Ariza, Y. (2015). Introducción de la metateoría estructuralista en la didáctica de las ciencias: didáctica modeloteórica de las ciencias, Tesis doctoral, Buenos Aires: UNTREF

UNIVERIDAD NACIONAL DE TRES DE FEBRERO POSGRADO EN EPISTEMOLOGÍA E HISTORIA DE LA CIENCIA

INTRODUCCIÓN DE LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS: DIDÁCTICA MODELOTEÓRICA DE LAS CIENCIAS

Tesis para optar al título de Doctor en Epistemología e Historia de la Ciencia

YEFRIN ARIZA

DIRECTOR: PABLO LORENZANO CODIRECTOR: AGUSTÍN ADÚRIZ-BRAVO

Buenos Aires, Argentina 2015

Dedicatoria

A la razón de mis pasos y la mejor escuela en la que seguiré cursando toda la vida, mi familia: a mis padres Angela Bareño y Miguel Ariza, a mis hermanas Miladys, Lizeth, Natalia y a Sebastián.

A la cómplice de mi vida, Andrea.

Agradecimientos

Gracias Dios. Por fortuna esto no es un final. No es la culminación de un proyecto (de vida) y tampoco lo último que espero hacer. Es un paso muy importante en mis objetivos personales y aunque éste paso no fue nada fácil, agradezco que hubiese sido así ya que lo hizo muy enriquecedor. Algunas veces creí que no sería posible, sea por lo económico o por lo personal, o por alguna circunstancia particular. Hubo momentos en los que me sentí débil, pero mi familia, mi novia, mis directores y mis amigos, hicieron constantemente que tomara como mías dos frases del increíble Farrokh Bulsara: “no hay tiempo para perdedores” (de We Are the Champions), “el espectáculo debe continuar” (de The Show Must Go On). A todos ellos les debo agradecer. A mi familia que ha pasado por tanto con mi ausencia (solo física) en los últimos años, les debo que sean el motor de mis metas, les agradezco su paciencia, confianza, amor, aliento, entrega y sobre todo por el esfuerzo que hacen todos los días por hacerme sentir que están cerca de mí. No hay mejor compañía que su pensamiento. A ellos, Miguel padre y amigo, Angela madre y guía, Miladys hermana y ejemplo, Lizeth hermana y confidente, Natalia hermana y cómplice y a mi querido Sebastián, gracias con todo mi corazón. A Andrea, le debo su paciencia, su fuerza, su honestidad y sobre todo, su amor. Ella me ha mostrado que si compartes tu vida con alguien tan loco como tú, la vida es más racional. Gracias por sonreír todos los días y apoyarme en todo momento. Mi carrera profesional te debe tu fortaleza y mi vida te debe tu amor. Gracias por construir contigo y Simón nuestro hogar. A Pablo Lorenzano y Agustín Adúriz-Bravo, les debo más que su apoyo personal y académico. Es impresionante lo que su vida profesional, su experiencia de vida y su forma de ser, han logrado influenciarme. Este trabajo es probablemente el fin de una etapa de aprendizaje a su lado, pero, por fortuna, como dije el principio, no es realmente un final. Gracias por su tolerancia y ayuda, por la confianza de poner sus manos sobre mis hombros, pero sobre todo por su amistad. A mis compañeros/as y amigos/as tanto del Programa de Filosofía e Historia de la Ciencia de la Universidad Nacional de Quilmes y del Grupo de Epistemología, Historia y Didáctica de las Ciencias de la Universidad de Buenos Aires; a todos ellos/as muchas gracias por sus críticas, sugerencias y apoyo. Agradezco al Concejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas-CONICET por su apoyo en los últimos años de este proyecto.

“Su tejo sí sirve ‘chino’ Ariza” Gustavo Bareño (1942-2009)

TABLA DE CONTENIDO

1.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 7

2. FUNDAMENTOS PARA LA VINCULACIÓN DE LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA CON LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS ................................................. 14 2.1. CONTEXTUALIZACIÓN DESDE LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS............................... 16 2.1.1. Niveles de vinculación de la filosofía de la ciencia y la didáctica de las ciencias ........... 21 2.1.2. Dificultades en la introducción de la filosofía de la ciencia en la didáctica de las ciencias ……………………………………………………………………………………………………….22 2.1.3. Área HPS.......................................................................................................................... 27 2.1.3.1. Línea NOS.................................................................................................................................. 28 2.1.3.1.1. Referencias metateóricas en la construcción de la NOS ....................................................... 29 2.1.3.1.1.1. Filosofía de la ciencia erudita y enseñanza de las ciencias .......................................... 31 2.1.3.1.1.2. Referencia desde una variedad de reflexiones metateóricas ......................................... 32 2.1.3.1.1.3. Filosofía de la ciencia, historia, sociología y psicología de la ciencia en la NOS ........ 33 2.1.3.1.1.4. Una referencia epistemológica desdibujada ................................................................ 33 2.1.3.1.1.5. La reflexión metateórica contemporánea: nuevos enfoques en la didáctica de las ciencias………………. .......................................................................................................................... 34 2.1.3.1.2. Estrategias de introducción de la NOS ................................................................................. 35 2.1.3.1.2.1. Tenets ............................................................................................................................ 36 2.1.3.1.2.2. Las ideas epistemológicas clave.................................................................................... 38

2.2. CONTEXTUALIZACIÓN DESDE LA FILOSOFÍA DE LA CIENCIA ................................. 39 2.2.1. La concepción semántica ................................................................................................. 40 2.2.2. El semanticismo en la filosofía de la ciencia ................................................................... 42 3.

CONTRIBUCIONES A LA DIDÁCTICA MODELOTEÓRICA DE LAS CIENCIAS ........... 45 3.1. APROXIMACIONES A LA CONCEPCIÓN SEMÁNTICA DESDE LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS ..................................................................................................................................... 46 3.2. DIFICULTADES EN LA INTRODUCCIÓN DE LA ESCUELA SEMANTICISTA .............. 47 3.2.1. Escasa formación en filosofía de la ciencia ..................................................................... 48 3.2.2. Comprensión ingenua de la filosofía de la ciencia contemporánea ................................. 48 3.2.3. Corta perspectiva histórica .............................................................................................. 49 3.2.4. Complejidad y multiplicidad de los contenidos................................................................ 50 3.2.5. Dificultad de los formalismos y herramientas conceptuales ............................................ 50 3.2.6. Ausencia de una guía de análisis ..................................................................................... 51 3.2.7. Ausencia de una guía para transponer ............................................................................ 52 3.3. UNA FAMILIA SEMANTICISTA O MODELOTEÓRICA .................................................... 52 3.3.1. Enfoques de la familia semanticista ................................................................................. 57 3.3.1.1. 3.3.1.2. 3.3.1.3. 3.3.1.4.

3.3.2.

Ronald Giere y las hipótesis teóricas ......................................................................................... 58 Bas van Fraassen y los espacios de estado .................................................................................. 60 Frederick Suppe y los espacios de fase ...................................................................................... 63 Estructuralismo metateórico ....................................................................................................... 65

Aspectos comunes y diferencias ....................................................................................... 76

4. ANÁLISIS ESTRUCTURALISTA DE LA TEORÍA DE LA NATURALEZA DEL ENLACE DE VALENCIA ........................................................................................................................................ 79 4.1. TEORÍA GENERAL DEL ENLACE DE VALENCIA ............................................................ 81 4.2. ¿QUÉ QUIERE EXPLICAR LA TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA? .......................... 84 4.3. ANÁLISIS ESTRUCTURALISTA DE NEV ........................................................................... 86 4.3.1. Modelos potenciales de NEV ........................................................................................... 87 4.3.2. Modelos de NEV .............................................................................................................. 90 4.3.3. Modelos parciales de NEV .............................................................................................. 91

4.3.4. 4.3.5. 4.3.6. 4.3.7.

Condiciones de ligadura de NEV .................................................................................... 93 Vínculos interteóricos de NEV......................................................................................... 94 Aplicaciones intencionales de NEV ................................................................................. 95 Red teórica de NEV ......................................................................................................... 96

5. PROPUESTA PARA INTRODUCIR LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS ....................................................................................................... 101 5.1. PLANEACIÓN DIDÁCTICA PARA LA INTRODUCCIÓN DE CONTENIDOS DE LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA EN LA FORMACIÓN DE PROFESORES DE CIENCIAS 103 5.2. INTRODUCIENDO LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA: UN EJEMPLO ............... 105 5.2.1. Actividad: teoría de la naturaleza del enlace de valencia bajo la mirada estructuralista ………………………………………………………….………………………………………….106 6.

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 111 6.1. IMPLICACIONES EN EL CAMPO GENERAL DE LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS 114 6.2. IMPLICACIONES PARA LA FORMACIÓN EN FILOSOFÍA DE LA CIENCIA DEL PROFESORADO DE CIENCIAS........................................................................................................ 115 6.3. IMPLICACIONES PARA LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS ...................................... 118 6.4. PERSPECTIVAS FUTURAS ................................................................................................. 119

7.

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 122

ÍNDICE DE ESQUEMAS Esquema 1. Relaciones entre la historia de la ciencia (H), la filosofía de la ciencia (E) y la didáctica de las ciencias (D) ........................................................................................................ 18 Esquema 2. Sistema de relaciones discursivas entre la filosofía de la ciencia y la didáctica de las ciencias (Adúriz-Bravo 2001, p. 60) ........................................................................................... 19 Esquema 3. Relación entre conjuntos de enunciados, modelos y los sistemas reales (Giere 1992, p. 108) ......................................................................................................................................... 55 Esquema 4. Relación representacional entre teoría y realidad entre la concepción sintácticoaxiomática y la concepción semántica (Guerrero Pino 2003, p. 105) ......................................... 55 Esquema 5. Esquema básico, central o característico de la familia semanticista ........................ 56 Esquema 6. Enfoque semanticista de Ronald Giere .................................................................... 60 Esquema 7. Enfoque semanticista de Bas van Fraassen ............................................................. 63 Esquema 8. Enfoque semanticista de Frederick Suppe ............................................................... 65 Esquema 9. Representación de algunos componentes del concepto estructuralista de elemento teórico ......................................................................................................................................... 69 Esquema 10. Esquema de la relación de M y Mp ....................................................................... 70 Esquema 11. Esquema de los modelos potenciales parciales Mpp, obtenidos al “recortar” los conceptos T-teóricos de los modelos potenciales Mp ................................................................. 70 Esquema 12. Esquema del conjunto I y su relación los Mpp....................................................... 71 Esquema 13. Representación de las condiciones de ligadura C ................................................. 71 Esquema 14. Representación de los vínculos interteóricos L (líneas rojas) ............................... 72 Esquema 15. Esquema más preciso de un elemento teórico para la metateoría estructuralista .. 72 Esquema 16. Representación esquemática de una red teórica .................................................... 74 Esquema 17. Representación esquemática de la noción de red teórica ...................................... 74 Esquema 18. Red teórica de NEV ............................................................................................. 100 Esquema 19. Ciclo generativo para la planeación de actividades. ............................................ 105

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Aspectos específicos de los cuatro enfoques de la familia semanticista ....................... 77 Tabla 2. Ejemplo de concretización de una idea epistemológica clave usando contenidos de la metateoría estructuralista........................................................................................................... 110

1.

INTRODUCCIÓN

Introducción

Varios autores han señalado el “surgimiento” de una didáctica de las ciencias que se apoya fuertemente en el constructo semántico de “modelo teórico” (p.e., Adúriz-Bravo 2009, 2013, Adúriz-Bravo, Ariza & Couló 2011, Chamizo 2010, 2013, IzquierdoAymerich & Adúriz-Bravo 2003, Develaki 2007, Oh & Oh 2011, Passmore, Gouvea & Giere 2014) proveniente de los escritos de la llamada visión basada en modelos, modelística, modeloteórica o semanticista (p.e., Balzer, Díez, Giere, Moulines, Lorenzano, Sneed, Stegmüller, Suppe, Suppes, van Fraassen, etc.) de las teorías científicas. Flores & Gallegos 1993 es un ejemplo de los tímidos acercamientos que se realizaban desde la didáctica finalizando el siglo pasado. En líneas generales la filosofía de la ciencia contemporánea está desdibujada o deformada en la literatura didáctica. Algunas de las causas probables son la escasa perspectiva histórica que tenemos respecto de las corrientes de la filosofía actuales; la escasa formación en filosofía de la ciencia de (una parte) de la comunidad de didactas de la ciencia y profesores de ciencias; la divulgación y compresión exigua de la producción contemporánea de la filosofía de la ciencia, la multiplicidad de los contenidos metacientíficos actuales, la dificultad de los formalismos a los que se recurre en los enfoques más recientes, y la ausencia de una “guía” para analizar las corrientes de hoy en día y poder transponerlas y adecuarlas a los objetivos actuales de la formación de profesores y profesoras de ciencias y de la educación científica contemporánea. Creemos que para introducir de manera más efectiva y sistemática a la filosofía de la ciencia contemporánea en la didáctica de las ciencias es necesario superar estas dificultades, estableciendo diálogos más fructíferos con las escuelas contemporáneas de la reflexión metacientífica que permitan entrever su actualidad y refinar, profundizar y ampliar sus aportaciones a los diversos ámbitos de trabajo de la didáctica de las ciencias. De los diversos enfoques en los estudios metacientíficos de la filosofía de la ciencia, hemos reconocido la presencia de un conjunto de rasgos distintivos dentro de la llamada “concepción semántica actual”, lo cual nos ha permitido sostener la existencia de una familia semanticista, a partir de la cual dichos rasgos distintivos son especificados de forma distinguible y permiten reconocer los enfoques semanticistas principales dentro de esta familia. Se pretende así contribuir al establecimiento de una didáctica modeloteórica (Adúriz-Bravo 2009) apoyada en la filosofía de la ciencia contemporánea, especialmente en esta familia semanticista. Hacemos eco de una buena cantidad de especialistas, tanto del campo de la filosofía de la ciencia como, 8

Yefrin Ariza

aunque en menor medida (pero cada vez de forma más creciente) del campo de la didáctica de las ciencias, que consideran a la concepción semántica como una de las propuestas más prometedoras, ejemplificante y esclarecedoras para entender a la ciencia, sus procesos, sus productos y sus cambios en el tiempo y, por tanto, como una candidata idónea para introducir en la formación de profesores de ciencias y en la enseñanza de las ciencias de todos los niveles educativos. Coincidimos así con gran parte de la comunidad de filósofos de la ciencia en que esta visión (la concepción semántica de las teorías) constituye un programa de investigación metateórico de basamento sólido, ampliamente difundido y fuertemente instituido, que proporciona un marco de reflexión más enriquecedor que sus antecesoras, e incluso que las demás escuelas filosóficas de la ciencia contemporáneas (cf. Estany 1993, Díez & Moulines 2008, French & Ladyman 1999, Moulines [2008] 2011). En este trabajo intentamos responder una pregunta (bastante frecuente) que se plantea desde el ámbito de la didáctica cuando se pretenden acercar contenidos de la filosofía de la ciencia a los contextos de formación de profesores de ciencias: ¿qué filosofía de la ciencia contemporánea podría aportar a una comprensión de la ciencia (como producto y actividad) más adecuada para su introducción en la didáctica de las ciencias y cómo podría ser vinculada a los ámbitos de formación de profesores y profesoras de ciencias? Las posibles respuestas que den solución a este problema, creemos, inciden directamente en las imágenes de ciencia y de científico que se construyen en las clases de ciencias de los diversos niveles educativos. Nuestra perspectiva podría interpretarse como un abordaje metacientífico con fines didácticos. Partiendo de aquí, se despliega la estructura general de este trabajo: 

El capítulo 2 constituye una contextualización del problema abordado en este trabajo en el que se pretenden establecer los fundamentos para la introducción de la familia semanticista y en particular de la metateoría estructuralista al ámbito de la didáctica de las ciencias. Para ello, se presenta una contextualización desde la didáctica de las ciencias que pretende ubicar teóricamente nuestro trabajo, presentando algunas de las dificultades que pueden encontrarse al intentar acercar a la filosofía de la ciencia general al ámbito de la didáctica de las ciencias. En esta sección se establece el área de investigación de la didáctica de las ciencias que soporta nuestra propuesta y la línea de investigación que podría permitir desplegar nuestra estrategia de

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Introducción

vinculación. La contextualización desde la filosofía de la ciencia pretende establecer nuestros marcos metateóricos de referencia. En ella se hace una presentación general de la concepción semántica de las teorías. 

El capítulo 3 constituye nuestra contribución (general) para un acercamiento de la familia semanticista a la didáctica de las ciencias. Si bien los principales rasgos de cada una de las propuestas que integran la familia semanticista se ampliarían con el acercamiento a sus obras fundamentales, cabe aclarar que en el ámbito de otras disciplinas,1 estos trabajos son casi desconocidos y, por supuesto, también las discusiones en torno a la existencia (o no) de una familia semanticista; en este sentido, la caracterización de las principales similitudes (y diferencias) de las propuestas que constituyen dicha familia se convierten en novedosas. Un acercamiento inicial de la perspectiva semántica contemporánea al creciente marco teórico de la didáctica de las ciencias modeloteórica –como el que pretende este capítulo– podría contribuir al fortalecimiento de las líneas de investigación que acuden a la filosofía de la ciencia para fundamentar sus propuestas, y sobre todo, al esclarecimiento de las relaciones que podrían establecerse entre “filosofía de la ciencia y didáctica de las ciencias” a través de un análisis global o, como se ha considerado llamar aquí, una “hoja de ruta” que dirija el acercamiento contemporáneo de la filosofía de la ciencia de una manera formativa, evitando ambigüedades y respetando la profundidad de la reflexión metateórica.



En el capítulo 4 analizamos, desde la perspectiva estructuralista, la teoría de la naturaleza del enlace de valencia. El propósito de esta sección es ejemplificar el modo en el cual el instrumental estructuralista nos permite explicitar la estructura fina de una teoría y, consecuentemente, identificar sus componentes principales. Esta reconstrucción nos servirá como insumo para la planeación de actividades que permitan introducir las nociones básicas del estructuralismo a la didáctica de las ciencias, y en particular, a la formación de profesores de ciencias. Este capítulo es, a su vez, de interés para la filosofía de la ciencia. La reconstrucción de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia si bien será usada como insumo para la planeación de

1

Se hace referencia principalmente a la didáctica de las ciencias.

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Yefrin Ariza

actividades en el capítulo 5, su análisis podría resultar interesante tanto para la reconstrucción de teorías científicas, como para los análisis de teorías en las filosofías especiales de la ciencia, en particular para la filosofía de la química. 

En el capítulo 5 presentamos una guía de trabajo y una actividad a modo de “ejemplificación” sobre la forma de introducción de las nociones básicas del estructuralismo en la formación de profesores de ciencias, y podrían, a su vez, servir en la planeación de otras actividades que coincidan con nuestros fines de una actualización de la filosofía de la ciencia en la didáctica de las ciencias.



El último capítulo pretende ser una síntesis de las principales conclusiones que nos ha permitido este trabajo. Esta sección constituye las conclusiones de esta pretensión general de establecer una línea de trabajo consolidable que vincule dos metadiscursos de referencia: la filosofía de la ciencia de corte semántico y la didáctica de las ciencias.

Creemos que la estructura del trabajo nos permite cumplir con los siguientes objetivos específicos: 

Identificar las relaciones que pueden establecerse entre la didáctica de las ciencias y la filosofía de la ciencia, a fin de establecer una ruta de integración de los contenidos contemporáneos de la familia semanticista.



Esclarecer las principales dificultades existentes en la didáctica de las ciencias cuando se introducen contenidos pertenecientes a la filosofía de la ciencia general e identificar las principales dificultades que tiene la introducción

específica

de

contenidos

provenientes

de

la

familia

semanticista. 

Caracterizar los acercamientos a la familia semanticista de las teorías que se han realizado desde la didáctica de las ciencias.



Establecer una hoja de ruta que permita identificar los contenidos presentes en la familia semanticista, a fin de seleccionar aquellos que coincidan con las exigencias actuales de la alfabetización científica de todos los niveles educativos y la formación de profesores de ciencias.



Adecuar la complejidad de algunos de los contenidos pertenecientes a la

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Introducción

metateoría estructuralista para introducirlos en la didáctica de las ciencias. 

Integrar al área de trabajo de la metateoría estructuralista un contexto novedoso para este programa: la enseñanza y divulgación de la ciencia.



Diseñar actividades de integración de contenidos específicos de la familia semanticista en la formación de profesores de ciencias.



Vincular reconstrucciones estructuralistas a actividades para la formación en filosofía de la ciencia de profesores/as de ciencias.

Estos objetivos engloban los siguientes objetivos generales: 

Actualizar las aportaciones que la filosofía de la ciencia tiene para la didáctica de las ciencias.



Introducir contenidos de la filosofía de la ciencia de corte semántico en la didáctica de las ciencias.



Contribuir al establecimiento y reconocimiento de una familia semanticista en la filosofía de la ciencia que funcione como guía de trabajo para identificar contenidos metacientíficos de valor para la didáctica de las ciencias.



Introducir el programa metateórico estructuralista en los contextos de formación de profesores de ciencias, enseñanza y divulgación científica.



Contribuir al establecimiento y reconocimiento de una didáctica de las ciencias modeloteórica nutrida por las aportaciones de la filosofía de la ciencia de corte semántico, y en particular, del estructuralismo.

Bajo las consideraciones anteriores, se hace evidente la pretensión de iniciar una exploración que permita acercar la metateoría estructuralista al campo de la didáctica de las ciencias. Al interior de este programa metacientífico no se dispone actualmente de una línea de investigación que indague sobre su influencia en la enseñanza de las ciencias o sobre las implicaciones que tendrían tanto sus elementos de análisis metateórico como la gruesa cantidad de teorías reconstruidas con el instrumental estructuralista (aunque resulta justo aclarar que no son muchas las escuelas filosóficas de la ciencia que toman como objeto de estudio su influencia en la enseñanza de las ciencias). Esto marcaría, en un sentido amplio, la expansión investigativa del ámbito de trabajo de la metateoría estructuralista hacia el campo de la didáctica de las ciencias.

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Yefrin Ariza

Este trabajo podría también verse como una investigación que pretende cumplir objetivos tanto de carácter didáctico (respecto de la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias) como de carácter filosófico sobre la ciencia (respecto del análisis de una teoría científica específica). Esperamos dar algunas respuestas posibles dentro de esos dos espacios de trabajo, o al menos, esperamos brindar guías de trabajo para hallar esas respuestas.

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2.

FUNDAMENTOS PARA LA VINCULACIÓN DE LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA CON LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS

Yefrin Ariza

Las disciplinas científicas generan, construyen, proponen o estructuran “modelos” de explicación, interpretación, descripción y predicción del mundo. El conocimiento científico es el resultado de determinada práctica o actividad específica que podemos denominar, en sentido amplio, teorización […] La actividad científica es una de las formas de esa práctica que hemos denominado genéricamente teorización (Díez & Moulines 2008, pp. 16-17).

En tanto que ciencias que toman como objeto de estudio parcelas de la realidad y fenómenos específicos del mundo, su dinámica, su estructura y su discurso, también pueden ser objeto de estudio para otras disciplinas de carácter metadiscursivo. En términos de Moulines (1991), los productos de la filosofía de la ciencia podrían caracterizarse como meta-X, donde X es la ciencia, “[…] y en particular, los productos más característicos de la reflexión científica, que denominamos justamente teorías científicas” (Moulines 1991, p. 50). Estas “teorizaciones” sobre los productos y procesos de la actividad humana sobre el mundo pueden ser entendidas como conceptualizaciones de segundo orden (Estany 1993, Moulines 1982). Estas disciplinas a las que hacemos referencia son denominadas de distintos modos: metadisciplinas, metadiscursos, metaciencias, disciplinas de nivel dos o de segundo orden, etc.; sin embargo, y aunque esta manera en la que se hace referencia a ellas es variada, es posible reconocer cierto consenso en cuanto a que sus modelos de explicación se realizan sobre el mismo objeto de estudio, las prácticas y los productos de las disciplinas científicas (i.e., química, física, biología, geología, etc.). Entre estas disciplinas que aquí denominaremos “metaciencias” se incluyen generalmente la filosofía de la ciencia, la sociología de la ciencia, la psicología de la ciencia, la historia de la ciencia y la didáctica de las ciencias (Adúriz-Bravo 2002), entre otras. Las conexiones entre las disciplinas metacientíficas son diversas y complicadas, y no exentas de tensión (Moulines 1991); sin embargo, en este mismo nivel de conceptualización también es posible establecer relaciones que permiten un dialogo “meta-disciplinar” continuo en una u otra dirección. La filosofía de la ciencia, por ejemplo, hace uso constante de la historia de la ciencia para evaluar y justificar sus propuestas; en otras palabras, una filosofía de la ciencia que no se apoye (hasta cierto punto) en la propia historia de la ciencia es significativamente susceptible de críticas, o como expone en su frase famosa Imre Lakatos (parafraseando a Kant), “la filosofía de la ciencia sin la historia de la ciencia es vacía; la historia de la ciencia

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

sin la filosofía de la ciencia es ciega” (Lakatos 1971, p. 91). De manera similar, es posible encontrar relaciones entre las distintas metaciencias: filosofía de la ciencia/sociología de la ciencia, historia de la ciencia/psicología de la ciencia, sociología de la ciencia/historia de la ciencia, didáctica de las ciencias/historia de la ciencia, etc. Estas relaciones son tensas y discutidas, al poder intervenirse de manera sustantiva sin excluir completamente a unas o a otras en la búsqueda de una conceptualización más precisa de los aspectos fundamentales de la ciencia, de su estructura, desarrollo, construcción y enseñanza. Al considerar a la filosofía de la ciencia como un saber relativo a los resultados (teorizaciones) de la práctica científica (Díez & Moulines 2008) o de las conceptualizaciones de primer orden (Estany 1993), y a la didáctica de las ciencias como una metaciencia, pueden presentarse entre ellas relaciones de implicación o recursión que han permitido fundamentar y ampliar su propio discurso.

2.1.

CONTEXTUALIZACIÓN DESDE LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS

La filosofía de la ciencia viene incursionando en el campo de la didáctica de las ciencias desde un tiempo relativamente reciente. En la literatura se pueden encontrar trabajos realizados hace más de veinte años (p.e., Currais & Pérez 1994, Duschl & Wright 1989, Porlán 1989). En la década de los ochenta, la preocupación por los contenidos metacientíficos y su relevancia en la enseñanza de las ciencias permitieron que estos contenidos iniciaran un camino de fundamentación, soporte y explicación de “la ciencia a enseñar” tanto en las aulas de secundaria como en la formación de profesores de ciencias. Posteriormente, en la década de los noventa, este camino se amplía y se profundiza por los estudios basados en las discusiones constructivistas sobre la enseñanza de las ciencias y el interés por fundamentar una didáctica de las ciencias de carácter autónomo. Si bien Norman Lederman (1992) sostiene que las investigaciones que indagan sobre la inclusión de contenidos metacientíficos habían iniciado a partir de 1950, Porlán et al. (1998) indican que las primeras investigaciones en esta línea fueron realizadas a partir de 1980. Una buena parte de estas investigaciones han evidenciado que aquellas concepciones sobre el conocimiento científico que mantienen los profesores de ciencias afectan o inciden directamente sobre las concepciones y actitudes de las y los estudiantes e influyen en las conductas de ellos mismos en las aulas de ciencias.

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Yefrin Ariza

En sus inicios la didáctica de las ciencias tuvo un carácter más tecnológico y es apenas en la década de los ochenta cuando las propuestas constructivistas, de fuerte influencia kuhniana, se incluyeron en la fundamentación de la didáctica de las ciencias emergente (Adúriz-Bravo & Izquierdo-Aymerich 2002). Sin embargo, en los últimos veinte años se ha hecho evidente que la vinculación entre filosofía, historia y didáctica de la(s) ciencia(s) lleva al fortalecimiento de las referencias fundamentales en las estructuras teóricas y prácticas que dirigen la enseñanza de las ciencias y la formación de profesores de ciencias. Actualmente, son varios los autores que hayan fundamentales dichos vínculos y que se dedican a ellos, reflexionando en torno a los discursos que desde la didáctica de las ciencias se generan sobre la filosofía de la ciencia o la historia de la ciencia, y viceversa (p.e., Adúriz-Bravo 2009, Gallego & Gallego 2007, Izquierdo & Adúriz-Bravo 2003, Matthews 1994b). Aunque la inclusión de contenidos metacientíficos –provenientes principalmente de la filosofía de la ciencia– en la didáctica de las ciencias está en aumento, al interior de la comunidad didáctica existen diferencias sustantivas en cuanto a cómo debería realizarse (o cómo es) este acercamiento. Actualmente la comprensión de las relaciones y la manera de llevarlas a cabo que establecen los propios especialistas en torno a estos dos campos de conocimiento de carácter meta, es heterogénea (cf. Matthews 1994b); el primero, la filosofía de la ciencia, institucionalizado y profesionalizado a partir de la conformación del Círculo de Viena y la publicación del manifiesto “La concepción científica del mundo: el Círculo de Viena” en 1929, y el segundo campo, la didáctica de las ciencias, relativamente nuevo y considerado en la actualidad como un campo de conocimiento autónomo que no constituye una parte de la didáctica general, aunque se relaciona crecientemente con ella (Adúriz-Bravo 2002). Es claro –al menos para la comunidad de didactas–2 que entre la didáctica de las ciencias y la filosofía de la ciencia existen cierto tipo de relaciones –en varios casos dialécticas– que se acoplan, referencian, discuten y determinan un discurso considerado en los últimos años como esclarecedor. En los siguientes párrafos se presenta una breve revisión de dos propuestas de análisis de estas relaciones a fin de ubicarnos, de modo 2

Sería interesante introducir la discusión respecto de las escasas preocupaciones por parte de la comunidad de filósofos de la ciencia hacia los ámbitos de enseñanza que intervienen en la divulgación del conocimiento científico. Parte de este trabajo pretende explicitar, al menos informalmente, la necesidad del establecimiento de diálogos entre filósofos de la ciencia y didactas de las ciencias que permitan superar las inadecuaciones que se presentan en la introducción de contenidos metacientíficos a la didáctica.

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

general, en las discusiones actuales acerca de estos vínculos metadiscursivos. Gallego y Gallego (2007) sostienen que el trabajo en el aula de cada modelo científico debería asumirse a partir de una caracterización de las razones que llevaron a la comunidad de especialistas a formularlo y aceptarlo, i.e., usando a la historia y la filosofía de la ciencia en los contextos de enseñanza de la ciencia. Para presentar aquellas relaciones que reconocen entre estos metadiscursos, usan el siguiente esquema:

Esquema 1. Relaciones entre la historia de la ciencia (H), la filosofía de la ciencia (E) y la didáctica de las ciencias (D)

Según estos autores, la relación entre historia (H) y filosofía de la ciencia (E)3 determina la mirada de las reconstrucciones históricas y, en consecuencia, estipula cuál es la versión que de esa historia se propone. La relación historia (H) y didáctica de las ciencias (D) es aquella en la que se usa la historia para una mejor comprensión entre el estudiantado, de esas razones por las cuales se propusieron las teorías que son objeto de trabajo en el aula. Respecto de la relación filosofía de la ciencia (E) y didáctica (D), si la aproximación es “deductivista-constructivista”, la didáctica sería asumida como una disciplina conceptual autónoma que toma como objeto central de estudio la “enseñabilidad” y la enseñanza. En caso de que la mirada sea desde una versión empiropositivista, la didáctica de las ciencias podría llegar a ser subsumida por la didáctica general. Las relaciones internas entre H-E-D que establecen Gallego y Gallego hablan acerca del estatus (disciplinar) de la didáctica de las ciencias con respecto a la historia y la filosofía de la ciencia, haciendo referencia a la pertenencia de la didáctica de las ciencias al mismo plano metateórico, esto es, entendiendo la didáctica de las ciencias como metaciencia (Adúriz-Bravo & Izquierdo-Aymerich 2002, Gallego 2004). Concluyen que En su trabajo Gallego y Gallego (2007) hacen referencia a “epistemología” como sinónimo de “filosofía de la ciencia”. 3

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Yefrin Ariza

estas relaciones son dialécticas, y la variación o cambio de perspectiva de una de estas metadisciplinas llevaría al replanteamiento de los fundamentos con que se discuten dichas relaciones. Agustín Adúriz-Bravo (2001), sin tener en cuenta la historia de la ciencia de manera explícita,4 hace referencia con mayor amplitud a las relaciones que se establecen entre la didáctica de las ciencias y la “filosofía de la ciencia”5 (además de las relaciones presentadas en Gallego y Gallego [2007], incluye relaciones recursivas). Agustín Adúriz-Bravo sostiene que las relaciones entre la “filosofía de la ciencia”, la historia de la ciencia y la didáctica de las ciencias son complejas (Adúriz-Bravo 2002, López Rupérez 1990) y, en este sentido, sería necesario establecer hasta qué punto una implica o es implicada por la otra (Adúriz-Bravo 2002). Agustín Adúriz-Bravo (2001) agrupa en siete relaciones discursivas las diferentes vinculaciones que se pueden establecer entre la didáctica y la “filosofía de la ciencia”:

Esquema 2. Sistema de relaciones discursivas entre la filosofía de la ciencia y la didáctica de las ciencias (Adúriz-Bravo 2001, p. 60)

El autor distingue a las primeras cinco relaciones de acuerdo con la posición que

Agustín Adúriz-Bravo (2001) señala que las “clases de relaciones” expuestas pueden ser aplicables de manera similar a las relaciones entre historia de la ciencia y didáctica de las ciencias, en parte debido a que la historia y la filosofía de la ciencia (en el ámbito de la didáctica de las ciencias) no se tienden a diferenciar de manera definitiva y constituyen un metadiscurso de doble referencia sobre la ciencia. En muchos casos la “filosofía de la ciencia” referenciada desde la didáctica de las ciencias suele incluir los aspectos históricos de la actividad y la producción científica. 5 En su trabajo Agustín Adúriz-Bravo usa el término “epistemología” como sinónimo de “filosofía de la ciencia”. 4

19

Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

toma un discurso respecto del otro (nombradas desde el punto de vista de la filosofía de la ciencia): 1. Relación material 2. Relación instrumental 3. Relación explicativa 3.1.

Relación explicativa inversa

4. Relación retórica 5. Relación metateórica Agustín Adúriz-Bravo además identifica otras dos relaciones (nombradas respecto de su objeto de estudio): 6. La fundamentación epistemológica de la ciencia erudita 7. La fundamentación epistemológica de la ciencia escolar Las primeras cinco categorías representan las relaciones “estructurales” entre los discursos de la didáctica de las ciencias y la filosofía de la ciencia, y las dos últimas presentarían la interacción entre estas dos metadisciplinas en torno al objeto de estudio compartido: la ciencia (en el ámbito erudito y escolar).6 Esta variedad de relaciones que pueden establecerse entre estas dos metadisciplinas permiten evidenciar el valor, los aportes y las finalidades que la filosofía de la ciencia tiene para la didáctica de las ciencias. Varios autores (p.e., Adúriz-Bravo 2001, Matthews 1994a, McComas 1998, Mellado & Carracedo 1993) concuerdan en que la filosofía de la ciencia tiene un alto valor para la didáctica de las ciencias y sus aportes pueden mejorar la formación de los/as profesores/as de ciencias, y a su vez, la calidad de la enseñanza (consecuentemente, el aprendizaje) de las disciplinas científicas. Aunque podría plantearse una larga lista de finalidades específicas 7 que la filosofía de la ciencia tiene para la didáctica de las ciencias, consideramos que –partiendo de los autores referenciados– la filosofía de la ciencia tiene, para la didáctica de las ciencias: 

Una finalidad justificativa-disciplinar que permite hablar acerca de la

6

Para una ampliación de estas relaciones, ver Adúriz-Bravo (2001). Para identificar con mayores referencias aquellas aportaciones metacientíficas al plano de la didáctica de las ciencias, cf. Matthews (1994a). 7

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Yefrin Ariza

didáctica de las ciencias como disciplina autónoma, reflexionando sobre su estatus disciplinar y su dinámica, ampliando su marco de referencia y justificando sus objetos de estudio. 

Una finalidad intrínseca

(Adúriz-Bravo 2001) relacionada con

la

formación general humana, fundamental en el currículo de formación del hombre y la mujer, en correlación e incluyéndola en las áreas sobre el saber científico que permiten la comprensión del mundo. 

Una finalidad específica (Adúriz-Bravo 2001) que permite la comprensión de la ciencia, ampliando la manera de ver el mundo al relacionarla con las preocupaciones

personales,

éticas,

políticas

y culturales (Matthews

1994a), proporcionando una imagen más completa, madura, y coherente, que permite la crítica y reflexión sobre las actividades humanas y los fenómenos del mundo. 

Una finalidad instrumental (Adúriz-Bravo 2001), que funciona como soporte y fundamentación de los procesos de enseñanza/aprendizaje de las ciencias y formación del profesorado. En este sentido, permite comprender los procesos de aprendizaje de las y los estudiantes (Adúriz-Bravo 2001, Matthews 1994a, Moreno & Waldegg 1998), contribuye a la mejora de los procesos de enseñanza (Adúriz-Bravo 2001, Matthews 1994a, Mellado & Carracero 1993), amplía la reflexión por parte de los profesores sobre los debates contemporáneos de la ciencia que enseñan (Matthews 1994a) y la forma de incluirlos en sus clases, y aporta bases esenciales para la fundamentación del currículo de ciencias y la formación del profesorado de ciencias (Hodson 1988, Izquierdo-Aymerich 1990).

2.1.1. Niveles de vinculación de la filosofía de la ciencia y la didáctica de las ciencias Nuestra perspectiva de trabajo reconoce diferentes niveles de vinculación de la filosofía de la ciencia con la didáctica de las ciencias. Cada uno de estos niveles de vinculación está relacionado con objetivos específicos subordinados a las relaciones presentadas en la sección anterior. De esta manera, cuando nos ubicamos en uno de estos niveles, los objetivos y estrategias para vincular a la filosofía de la ciencia en la didáctica podrían modificarse en cuanto al grado de profundidad de los conceptos que se introducen, el

21

Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

lenguaje utilizado y la actividad de introducción propiamente dicha. Podríamos vincular a la filosofía de la ciencia con la didáctica en los siguientes niveles: 

Nivel básico: la educación básica. Incluye educación básica primaria y secundaria.



Nivel universitario: la educación universitaria. Incluye la formación de científicos y la formación en filosofía de la ciencia de otras profesiones (p.e., filosofía, ingeniería, etc.).



Nivel docente: la formación de profesores. Incluye a profesores del nivel primario, secundario y universitario.

Estos niveles corresponden con grados de formación reconocibles en la educación general. Agregamos además un nivel metateórico: 

Nivel metateórico: el análisis metateórico sobre la didáctica de las ciencias. Este nivel hace referencia al análisis que desde la filosofía de la ciencia podría realizarse sobre la didáctica de las ciencias como disciplina. Por ejemplo, su estatus disciplinar, el análisis de teorías didácticas, etc.

Y por último, reconocemos un nivel de formación que hace referencia a los procesos propios de la dinámica científica. En particular, hacemos referencia a dinámicas propias de los científicos en las cuales la puesta en común de teorías nuevas podría interpretarse como un contexto de enseñanza. Bajo estas consideraciones, conceptos como los de inconmensurabilidad parcial o comparabilidad empírica (Lorenzano 2008) podrían jugar papeles fundamentales. El análisis (y la aceptación) de este nivel de vinculación se encuentra en etapas incipientes, pero su postulación podría funcionar a modo de hipótesis de trabajo en la continuación de este trabajo. 

Nivel científico: el análisis de la relación entre la divulgación (entre científicos) de nuevas teorías y su interpretación como un “tipo de enseñanza” especializada.

2.1.2. Dificultades en la introducción de la filosofía de la ciencia en la didáctica de las ciencias Una forma usual de acercamiento a la filosofía de la ciencia desde la didáctica de la 22

Yefrin Ariza

ciencia es a través de las periodizaciones de la historia de la filosofía de la ciencia del último siglo. En general las periodizaciones tienen en cuenta las obras originales de los autores más representativos de la filosofía de la ciencia, los movimientos sobresalientes y/o las corrientes de pensamiento predominantes en cierta época. Sin embargo, las interpretaciones que se hacen de ellas son en varios casos diferentes, y son reconstruidas en documentos que tienen distintos marcos referenciales, años, autores e ideas fundamentales para generar cada periodo. Así como la historia de la ciencia es el elemento de testeo de la filosofía de la ciencia, también la historia de la filosofía de la ciencia es el elemento de testeo de las periodizaciones sobre filosofía de la ciencia. Tal como Marc Bloch (1996) se refería a los cortes que en la historia realizan los historiadores para definir el pasado y presente de acuerdo con sus intenciones propias de análisis, de la misma manera los filósofos de la ciencia se encargan de definir sus periodizaciones de acuerdo con lo que para ellos mismos les es pertinente enunciar de acuerdo con las intenciones de sus trabajos. Cuando desde la didáctica de las ciencias se introducen contenidos, construcciones y estrategias provenientes de la filosofía de la ciencia, es frecuente encontrar reducciones, simplificaciones, exclusiones y deformaciones. Cuando los investigadores en didáctica acuden a esos referentes tal problemática se amplifica. Se suelen encontrar muchas investigaciones didácticas con consideraciones filosóficas sobre la ciencia y sobre la historia de la filosofía de la ciencia que podríamos denominar “inadecuadas” (Ariza, Lorenzano & Adúriz-Bravo 2009). Aunque estas inadecuaciones suelen presentarse desde diferentes niveles teóricos, podemos señalar algunas tales como: 1. La inclusión no matizada de Popper en el positivismo lógico o, por el contrario, la exageración de los elementos renovadores y rupturistas en este autor. 2. La utilización sin demarcación de denominaciones filosóficas confundidas o solapadas. Por ejemplo, identificar el positivismo con el positivismo lógico, o el positivismo lógico con la concepción heredada. 3. Diferencias amplias al exponer las épocas en las cuales se desarrolla cada fase de la filosofía de la ciencia, sus fechas de “nacimiento” y “defunción”, y sus autores y textos más representativos. 4. La exclusión de autores (de la filosofía de la ciencia o fuera de ella) que hacen aportes relevantes para cada fase en la historia de la filosofía de la

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

ciencia (clásica, historicista, contemporánea, etc.). 5. La consideración de la llamada “nueva filosofía de la ciencia” (años setentas y ochentas principalmente) como filosofía de la ciencia nueva o contemporánea. 6. Una sobrepresentación de la nueva filosofía de la ciencia (casi siempre encabezada por Thomas Kuhn, a quien también se lo considera el “derrocador” de la concepción heredada). Dentro de estas consideraciones que hemos llamado “inadecuadas”, haremos una breve discusión respecto de 4, 5 y 6. Principalmente porque dichas inadecuaciones obturan o desfavorecen nuestra intención de actualizar los aportes que tiene la filosofía de la ciencia a la didáctica de las ciencias. Como ya dijimos, hasta finales del siglo pasado buena parte de los trabajos de la didáctica de las ciencias encaminados a aproximarse a la filosofía de la ciencia acudieron a la corriente llamada comúnmente como “nueva filosofía de la ciencia”. Así, la referencia a la filosofía de la ciencia instalada en las producciones principales de la didáctica (p.e., Science & Education o Enseñanza de las Ciencias) estuvo constituida por obras clásicas como La estructura de las revoluciones científicas (Kuhn 1962), La metodología de los programas de investigación científica (Lakatos [1978] 1993), E l progreso y sus problemas (Laudan [1977] 1986) y La comprensión humana (Toulmin [1972] 1977). Este corpus de libros conformó el marco metateórico por excelencia de los investigadores en la didáctica de las ciencias (p.e., Colombo de Cudmani 2003, Gil Pérez 1986, Hodson 1988, López Rupérez 1990, Mellado & Carracedo 1993). Esto sucedió, en parte, […] por dos elementos contextuales: un rechazo frontal [de los especialistas en didáctica de las ciencias] al positivismo lógico anterior [a la nueva filosofía de la ciencia] y un marcado desconocimiento de las producciones posteriores [a ella] (Adúriz-Bravo 2005a, p. 23, las llaves son nuestras).

Se suele considerar, erróneamente, que la corriente historicista de la mano de Kuhn derrocó lo que quedaba del positivismo lógico instaurado por el famoso Círculo de Viena y continuado por la llamada “concepción heredada” en su versión carnapiana y/o popperiana. En contraposición a esta idea, se ha discutido y cuestionado que la obra de Kuhn conforme una ataque a la concepción carnapiana de la ciencia, más bien fue

24

Yefrin Ariza

forjada como una perspectiva (parcialmente) nueva sobre el desarrollo diacrónico de la ciencia, tópico descuidado –pero no desconocido– por la principal filosofía de la ciencia de la primera mitad del siglo pasado. En efecto, la discusión filosófica sobre la ciencia asumida por los autores anteriores a Kuhn se desplegaba mayoritariamente – pero no de manera exclusiva– en el plano sincrónico. La propuesta de este autor (Kuhn) dirigió esta perspectiva de investigación hacia el planteamiento de nuevos problemas, el surgimiento de una visión renovada acerca de la dinámica de los conocimientos científicos (que ahora lograba una amplia y profunda explicación desde nuevos planos de análisis), y la reivindicación de propuestas anteriores como la de Ludwik Fleck ([1935] 1986), referida a lo que él denominó “estilos de pensamiento” y “colectivo de pensamiento”. Todo ello permitió la inclusión de puntos de vista históricos y sociológicos8 en los análisis sobre la dinámica científica. Este punto de vista refrescante permitió, entre otros asuntos, cuestionar la famosa dicotomía entre los contextos de justificación y descubrimiento que postulara Hans Reichenbach en 1938. Paralelamente a la perspectiva historicista, otra perspectiva de trabajo se desarrolló y desplegó contemporáneamente a Kuhn, proveniente tanto del interior de la filosofía de la ciencia, como de otras disciplinas, del tipo de la filosofía del lenguaje. Esta perspectiva, conocida como “crítica interna” (Lorenzano 1986), dirigió su estudio principalmente a la comprensión de la estructura interna de las teorías científicas y la actividad de la ciencia. Aquí pueden incluirse los trabajos y –algunos– postulados de Willard van Orman Quine (1951) sobre la distinción entre enunciados analíticos y sintéticos y su propuesta (y defensa) del holismo semántico y, siguiendo a Duhem (1906), del holismo de la contrastación, también llamado “holismo epistémico”; los aportes de Hilary Whitehall Putnam (1987) a la discusión de la distinción “teóricoobservacional” y al concepto clásico de “teoría”; y las contribuciones de Norwood Russell Hanson (1958) sobre la carga teórica de la observación. Es la perspectiva de investigación conocida como “crítica interna” o “no historicista” la que constituyó un ataque frontal9 a la concepción carnapiana de la 8

Durante los años del positivismo lógico se habían contemplado puntos de vista de fuerte corte sociológico e histórico sobre la actividad científica, como los de Edgar Zilsel (1941), integrante activo del Círculo de Viena, o Ludwik Fleck ([1935] 1986), quien a pesar de no formar parte del Círculo de Viena estaba al tanto de lo que se realizaba en este último y viceversa. Sin embargo, estos autores no tuvieron mayor trascendencia durante esa época por la posterior especialización “logicista” de esta corriente. 9 Es preciso señalar que algunas de las críticas realizadas en esta época ya habían sido reconocidas por los propios miembros del Círculo de Viena u otros filósofos clásicos de la ciencia.

25

Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

ciencia. De hecho, algunos de los ideales de dicha concepción fueron confrontados abiertamente en las principales críticas de Quine o Putnam, pero algunos otros se mantuvieron, inclusive en los inicios de la concepción conjuntista de Patrick Suppes, o en los inicios de la metateoría estructuralista de Wolfgang Balzer, C. Ulises Moulines, Wolfgang Stegmüller, Joseph Sneed, etc. Sin embargo, y a pesar de que estas propuestas conformaron una estructurada línea de investigación filosófica que influyó fuertemente en las discusiones metateóricas sobre la dinámica científica y el producto principal de esta actividad: las teorías científicas, y cuya aparición fue fundamental para las actuales consideraciones sobre el conocimiento científico, los trabajos incluidos dentro de la crítica interna no se encuentran referenciados, o apenas son mencionados, en la literatura especializada de la didáctica de las ciencias. Nos interesa recuperar para la didáctica de las ciencias la idea de que una parte no menor de los filósofos de la ciencia contemporáneos o posteriores a Kuhn no se identificó completamente con la propuesta historicista. En línea con esta crítica, podemos afirmar que una de las dificultades más notables a la hora de utilizar las ideas historicistas –particularmente de corte kuhniano– en las propuestas actuales de la enseñanza de las ciencias y la formación del profesorado, es la variedad de interpretaciones respecto de los términos y conceptos que se generaron en esta fase de la historia de la filosofía de la ciencia.10 La propuesta historicista, sin negar sus valiosos aportes a los estudios metateóricos de la ciencia, como menciona Pablo Lorenzano (2003, p. 37), “[E]s imprecisa, en ocasiones tan extrema que termina por desdibujar casi en su totalidad lo que parecen intuiciones correctas […]”. La descentralización de interpretaciones respecto de los términos y conceptos que se generaron en este periodo es quizá una de las primeras dificultades que debe atribuirse a la hora de su utilización dentro de las propuestas actuales en enseñanza de las ciencias. Si bien las consideraciones metateóricas esbozadas por la nueva filosofía de la ciencia conformaron un fuerte campo de investigación –y en este sentido resulta imprescindible resaltar su aporte para la didáctica de las ciencias– es importante destacar que esta corriente no fue la única perspectiva de investigación y reflexión en la fase de la historia de la filosofía de la ciencia en la que vio la luz, y mucho menos en Como ejemplo, recuérdese la necesidad de Thomas Kuhn de escribir en 1969 un “epílogo” a la Estructura (que apareciera en la segunda edición de 1970), pretendiendo esclarecer el significado de varios de los conceptos utilizados por él, en especial el concepto central de “paradigma”, así como de distintos aspectos de su propuesta vinculados con él. 10

26

Yefrin Ariza

la actualidad. Los aspectos históricos, sociológicos, formales y semánticos de la ciencia, indagados no sólo en esta etapa histórica, sino también en la “clásica” (positivismo lógico, concepción heredada, racionalismo crítico) son de vital importancia para la comprensión actual de la actividad científica; sin embargo, dichos aspectos son muy incompletos, si no se añaden las contribuciones metacientíficas de los últimos cuarenta años. Resulta sugerente contemplar la idea de que el creciente acercamiento a una visión “semanticista” de la ciencia, que supere la visión “lingüísticoaxiomática” del positivismo lógico y la concepción heredada, y amplíe, integre y afine las reflexiones provenientes tanto de la filosofía de la ciencia historicista como las realizadas desde la crítica interna, puede contribuir al establecimiento de elementos teóricos de fuerte aplicación en la didáctica de las ciencias y convertirse en un marco de referencia metateórica potente. Consideramos entonces que las corrientes actuales resultarían sugerentes para proveer perspectivas comprehensivas y profundas cuando se intenta explicar la complejidad de la ciencia.

2.1.3. Área HPS El reconocimiento por parte de la comunidad de didactas de las ciencias, profesores en formación y profesores en ejercicio de los aportes de la filosofía de la ciencia a la didáctica de las ciencias ha permitido vincular a la filosofía de la ciencia al área de la didáctica de las ciencias que se ocupa de la identificación, reflexión y vinculación de las aportaciones de las metaciencias (principalmente filosofía de la ciencia, historia de la ciencia y sociología de la ciencia) a la educación científica, área conocida en el ámbito internacional como HPS,11 por History and Philosophy of Science, and Science Teaching (Matthews 1994a). Esta área indaga particularmente sobre la vinculación de estos estudios metacientíficos con las siguientes líneas actuales de investigación didáctica: 

El conocimiento profesional de las y los profesores para la enseñanza de conocimientos científicos.



La fundamentación de los modelos de enseñanza de las ciencias:

11

Por su amplia trayectoria, su producción multiplicada y la cada vez mayor comunidad de especialistas dedicados a sus líneas de trabajo, podemos asumir al área HPS como una área consolidada de la didáctica de las ciencias.

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

construcción

de conceptos, resolución de problemas y experiencia

metodológica. 

Evaluación de aprendizajes y evaluación curricular en ciencias.



Contexto:

Ciencia,

Tecnología,

Sociedad

y

Ambiente

para

la

enseñanza/aprendizaje de las ciencias. 

Modelos y métodos de investigación en didáctica de las ciencias.



Ideas previas y cambio conceptual.



La didáctica de las ciencias como disciplina (estatus epistemológico).



Fundamentación epistemológica del currículo.



Naturaleza de la ciencia o NOS (nature of science).

Este trabajo se enmarca en esta área de investigación –el área HPS–, área que ya tiene una cantidad importante de especialistas en sus filas y cuya producción se viene multiplicando considerablemente desde su aparición a finales del siglo XX. La lista larga de autores que han introducido conceptos, construcciones, propuestas, metodologías e incluso problemas propios de las metaciencias para el desarrollo de sus propuestas (p.e., Agustín Adúriz-Bravo, José Acevedo, José Antonio Chamizo, Richard Duschl, Mercé Izquierdo-Aymerich, Michael Matthews, Vicente Mellado, William McComas, Norman Lederman y Rafael Porlán, entre muchos otros); la publicación masiva de artículos en revistas de reconocimiento mundial –en el ámbito de la didáctica de las ciencias– como Science & Education, 1nternational Journal of Science Education o Enseñanza de las Ciencias; el surgimiento y asentamiento de líneas de investigación –como la mencionada línea NOS– y la realización de eventos de una congregación alta de especialistas y de producción académica (p.e., 3ra Conferencia Latinoamericana del International History, Philosophy and Science Teaching Group y la 11th International IHPST and 6th Greek History, Philosophy and Science Teaching Joint Conference [junto con sus versiones anteriores]) parecen una evidencia insoslayable de la importancia de establecer diálogos de distintas voces entre estas dos disciplinas, y la ampliación y refinamiento del área HPS.

2.1.3.1. Línea NOS Creemos que la comprensión fina de la ciencia por parte el profesorado podría influir en la imagen de ciencia que se construye en las aulas de clases. En esta sección

28

Yefrin Ariza

revisaremos brevemente a la línea NOS con el fin de identificar los espacios de trabajo que se disponen cuando se aborda la vinculación de la filosofía de la ciencia en la formación de profesores de ciencias. El referente principal de esta línea de investigación sostiene que todo individuo que se acerca a las disciplinas científicas ‒ya fuera novato o experto‒ actuará consecuentemente a la imagen de lo que cree “es ciencia” o “hacen los científicos” o “son los métodos científicos” o “son el o los métodos de la ciencia” (cf. Galagovsky 2007). Si se sostiene la tesis de que los fines actuales de la educación científica requieren de una mirada metacientífica –más específicamente, la provista por la filosofía y la historia de la ciencia–, que apoye y dé sustento tanto a la formación de profesores y profesoras de ciencias, como a los fundamentos y dinámicas de tal educación, resulta indispensable dar respuesta –aunque sea provisional– a las preguntas clásicas sobre qué filosofía e historia de la ciencia serían pertinentes para la didáctica de las ciencias, y cómo podrían vincularse los contenidos (más adecuados) provenientes de estas metadisciplinas. En esta sección intentaremos esbozar una respuesta a estas cuestiones examinando primero aquellas referencias metateóricas para la construcción de la NOS, y exponiendo luego dos estrategias (llamadas “tenets” e “ideas clave”) para esa aproximación, estrategias que tienen alta difusión en el ámbito de los especialistas.

2.1.3.1.1. Referencias metateóricas en la construcción de la NOS En la actualidad, la filosofía de la ciencia constituye una referencia insoslayable para la educación científica y para la formación del profesorado de ciencias; tanto es así que el movimiento desde una concepción lingüística (axiomática) de la ciencia hacia una concepción semántica viene ganando un espacio importante al interior de la didáctica de las ciencias. Esto permite hablar, hoy en día, de una nueva perspectiva emergente apoyada en la producción metateórica reciente. La filosofía de la ciencia especializada (“erudita”) ha tenido un importante desarrollo, avance, ampliación y diversificación desde su institucionalización en 192912 hasta nuestros días. Las referencias de la filosofía de la ciencia para la didáctica de las Tomamos como fecha de inicio “mítica” la publicación del “manifiesto” mediante el cual el Círculo de Viena ingresa a la vida pública, Wissenschaftliche Weltauffassung: Der Wiener Kreis (La concepción científica del mundo: El círculo de Viena). 12

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

ciencias constituyen, por consiguiente, una variedad amplia de contenidos y autores. Estos referentes se incorporan a las diferentes propuestas gestadas en el área HPS, y particularmente en la línea NOS. Es concebible, entonces, que la amplitud y multiplicidad de los marcos metateóricos referenciales conduzcan a que, en la introducción de una componente metateórica en la didáctica de las ciencias, se presenten divergencias en cuanto a los contenidos de la filosofía de la ciencia privilegiados, llevando incluso a que no haya un acuerdo general en la “concepción de NOS” entre los especialistas, y más aún, a la necesidad de una conciliación respecto de los contenidos que componen esta noción (Adúriz-Bravo 2009). Acevedo et al. (2005) han propuesto una definición de NOS que evidencia los disensos al interior de esta línea de investigación: [La naturaleza de la ciencia es] un metaconocimiento sobre la ciencia, que proviene de los análisis interdisciplinares hechos por especialistas en historia, filosofía y sociología de la ciencia, pero también por algunos científicos. Estas reflexiones son tan amplias y ricas en matices que es imposible pretender resumirlas en unas pocas líneas, pues la [naturaleza de la ciencia] presenta muchas caras. (Acevedo et al. 2005, p. 123, las cursivas y llaves son nuestras).

En todo caso, y más allá de los disensos, lo que se ve claramente es una participación protagónica de la filosofía de la ciencia en la construcción de la NOS. Por ello, queda planteada la pregunta sobre cuál es la filosofía de la ciencia de referencia para esa NOS, teniendo en cuenta el estado de desarrollo de las investigaciones e innovaciones en didáctica de las ciencias de los últimos años que tienen como objetivo primordial la introducción de la NOS en la enseñanza de las ciencias y en la formación de profesores y profesoras de ciencias. Sugerimos que existen al menos cuatro referencias principales: 1. la filosofía de la ciencia “erudita” (es decir, hecha por filósofos de la ciencia); 2. una “diversidad” o “polifonía” de filosofías de las ciencias; 3. la filosofía de la ciencia “hibridada” con otras metaciencias; y 4. una referencia epistemológica “desdibujada”. Luego, proponemos una quinta referencia metateórica basada principalmente en las concepciones metacientíficas contemporáneas, particularmente, la llamada concepción semántica de las teorías científicas, la cual ya ha ganado un terreno en la didáctica y se proyecta como una poderosa herramienta metateórica para la didáctica de las

30

Yefrin Ariza

ciencias.

2.1.3.1.1.1.

Filosofía de la ciencia erudita y enseñanza de las ciencias

Una de las premisas fundamentales de la línea de investigación NOS es que la filosofía de la ciencia brinda marcos referenciales más amplios y profundos con los cuales reflexionar sobre el mundo y sus fenómenos (Matthews 1994b). Sin embargo, esta tesis de partida puede llegar confundirse con la idea de que una filosofía de la ciencia “pura” sería suficiente para una ampliación reflexiva del marco de referencia. Se ha insistido en que la introducción de contenidos metacientíficos –en nuestro caso, contenidos de filosofía de la ciencia– funciona como soporte metateórico de la enseñanza de las ciencias en todos los niveles educativos y tiene como una de sus finalidades la formación de profesores de ciencia, más no la formación de filósofos de la ciencia puros. Estas dos consideraciones hacen de la filosofía de la ciencia sin más –es decir, sin ninguna mediación teórica– un corpus de saberes con una limitada capacidad para la transformación de la educación científica; de allí lo válido de la pregunta sobre qué filosofía de la ciencia se habla cuando se piensa en NOS. El reconocimiento que realiza Duschl (1985) acerca del carácter mutuamente excluyente de la filosofía de la ciencia y la didáctica de las ciencias hasta la década de los ochenta, y la posterior publicación de trabajos enormemente referenciados en este último ámbito de especialistas (como por ejemplo el ya clásico libro de Michael Matthews de 1994a, “Science Teaching: The Role of History and Philosophy of Science”) son evidencia de la preocupación que comenzó a sobrevolar en la comunidad de didactas, a fines del siglo pasado, en torno a los principales fundamentos metacientíficos a los que recurrir. En este sentido, consideramos que la selección de contenidos de la filosofía de la ciencia para la línea de investigación NOS, aunque soportada en la filosofía de la ciencia erudita, ha de conciliarse con los objetivos contemporáneos de la enseñanza de las ciencias y la formación del profesorado. De este modo, el marco de referencia metateórico debiera ser tratado “didácticamente” y no constituir contenidos “puros y duros”. Es sugerente entonces que se evite el traslado de contenidos de la filosofía de la ciencia a las aulas de ciencias empíricas tal cual como se lo construye, desarrolla y reproduce en la comunidad de especialistas en filosofía de la ciencia. Algunos contenidos metateóricos son demasiado abstractos y usan lenguajes

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

complejos. Es una tarea pendiente para la comunidad de didactas de la ciencia el establecer vínculos específicos que permitan un tránsito de información desde las referencias metateóricas de mayor poder explicativo sobre la ciencia, que sin perder el grado de profundidad metateórica, puedan ser abordados por los profesores de ciencias sin que impliquen mayores dificultades para su comprensión.

2.1.3.1.1.2.

Referencia desde una variedad de reflexiones metateóricas

Una característica fundamental de algunas de las actuales perspectivas en la enseñanza de las ciencias que han venido acercándose a la línea de investigación CTS (ciencia, tecnología y sociedad) es que acuden a campos de estudio variados y circundantes a la propia filosofía de la ciencia erudita, tales como la filosofía feminista, la filosofía de la tecnología o los contenidos específicos de CTSyA13 entre otros, como campos nutritivos para la NOS. Solbes y Vilches (1997) sostienen que los objetivos del enfoque CTS, y específicamente de las relaciones de este enfoque con la formación científica para todos y todas, permiten romper con esquemas, aspectos y visiones inadecuadas y descontextualizadas de la actividad científica. Además, agregan que los vínculos que podrían establecerse entre las relaciones CTS y la misma historia de la ciencia podrían evitar la construcción de una imagen deformada de la ciencia y del científico. Desde estas referencias, se pone a discusión la importancia de la comprensión de la dinámica científica y la dinámica tecnológica al mismo tiempo. Se sostiene que en la actualidad la “tecnociencia”, entendida como una modalidad novedosa de la actividad científico-técnica que caracteriza la sociedad de la información y del conocimiento (Echeverría 2003), es una realidad mundial en la que los ciudadanos del mundo se insertan debido a los avances de las relaciones entre investigación científica y desarrollo tecnológico y su implicación en el desarrollo socioeconómico de la humanidad. En los últimos años la tecnociencia ha transformado profundamente la estructura de la práctica científica-tecnológica y, sobre todo, ha influido profundamente en su axiología, al incorporar nuevos valores a dicha actividad (Echeverría 2003). Estas nuevas perspectivas disponibles reconfiguran la manera de comprender las dinámicas contemporáneas de la actividad de los científicos y científicas. 13

En una versión más amplia, la línea de investigación en CTS incorpora las implicaciones ambientales; por ello se acude a la denominación de CTSyA.

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Yefrin Ariza

Es de esta manera que la referencia metateórica ampliada a otros campos hace su incursión en el ámbito de la enseñanza de las ciencias, y más propiamente en la línea de investigación NOS, al aceptarse que la toma de decisiones y la posibilidad de implicación en la sociedad contemporánea está directamente influenciada por la manera en la que se construye una visión tecnocientífica crítica.

2.1.3.1.1.3.

Filosofía de la ciencia, historia, sociología y psicología de la

ciencia en la NOS El estudio de los aspectos más fundamentales de la actividad científica acude muchas veces a presupuestos teóricos provenientes del conjunto de las llamadas metaciencias, entre las que se cuentan no solo la propia filosofía de la ciencia, sino también la sociología, la historia y la psicología de la ciencia. Desde esta perspectiva “híbrida” (donde la filosofía de la ciencia aparece apuntalada por las demás metaciencias), la NOS pretende reflexionar sobre qué es la ciencia, su funcionamiento interno y externo, cómo se construye y desarrolla el conocimiento que produce, los métodos que usa para validar este conocimiento, los valores implicados en las actividades científicas, la naturaleza de la comunidad científica, los vínculos con la tecnología, las relaciones de la sociedad con el sistema tecnocientífico y viceversa, las aportaciones de la ciencia a la cultura y al progreso de la sociedad. Todos estos aspectos constituyen grosso modo la mayor parte de lo que se conoce como NOS, entendida esta ahora en un sentido ampliado, no exclusivamente reducido a lo epistemológico (Acevedo et al. 2005). Al elegirse esta tercera modalidad de referencia, no se requiere de la exclusividad y salvedad de una u otra metaciencia: se recurre continua y balanceadamente a las construcciones metateóricas generales. Un ejemplo que podría representar esta referencia se encuentra en la construcción de los denominados tenets, propuesta ampliamente difundida en la comunidad anglosajona.

2.1.3.1.1.4.

Una referencia epistemológica desdibujada

Cuando desde nuestra disciplina se reflexiona en torno al marco de referencia metateórico que debería transponerse para generar contenido NOS, es general el intento de establecer cierta distancia de los aspectos más complejos, abstractos, duros o cargados teóricamente pertenecientes a la actividad metacientífica. En este intento, los 33

Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

contenidos originales se han visto modificados por especialistas en didáctica de las ciencias con una idea básica de “simplicidad” o “reestructuración” para la enseñanza de las ciencias. Partiendo de esto, es que algunos didactas de las ciencias han construidos sus propias visiones de “filosofía de la ciencia”, visiones que, desde su mirada educativa, convergen en una visión de ciencia más adecuada para la educación científica para todos y todas. Estos marcos de referencia, que se pueden caracterizar como genuinas “construcciones didácticas”, no poseen una estructura rígida, estricta, específica o determinada de metateorización desde la cual fundamentar aspectos epistemológicos relevantes a incluir en la educación científica. Por tanto, estas versiones metateóricas de reflexión sobre la ciencia son propuestas de didactas de la ciencia que toman como referencia diversas escuelas de la historia de la filosofía de la ciencia, e incluso distintos campos intelectuales que sirven para pensar la ciencia, y proponen su propia visión de actividad y conocimiento científicos a incluir en la formación científica de la ciudadanía (p.e. AAAS, 1989, 1990).

2.1.3.1.1.5.

La reflexión metateórica contemporánea: nuevos enfoques en la

didáctica de las ciencias Se reconoce que en la actualidad no hay consenso unánime respecto de los marcos referenciales que deberían dirigir los estudios en la línea de investigación NOS (Vázquez, Acevedo & Manassero 2004, Acevedo et al. 2005, Adúriz-Bravo 2001). Una de las principales causas de ello es la amplitud de aspectos que intervienen a la hora de construir una visión robusta de la naturaleza de la ciencia, aspectos que pueden ser tomados de la filosofía de la ciencia, la sociología, la historia y la psicología de la ciencia y de los estudios sociales de la ciencia y de la técnica, y que tienen en cuenta también cuestiones tecnológicas y axiológicas. El pragmatismo y el eclecticismo dominantes se fundamentan en la necesidad de proveer a los y las estudiantes de herramientas intelectuales para la crítica reflexiva sobre la ciencia, y a profesores y profesoras de fundamentos metateóricos adecuados para la toma de decisiones en las aulas de clase. Aun así, y como reconocen Vásquez, Acevedo & Manassero (2004, p. 3), “[E]s posible encontrar algunos islotes de consenso en un mar de disensos. Esta […] posición invita a construir una educación científica basada en los posibles acuerdos existentes o alcanzables, que permita a los estudiantes aprender algo de [NOS]”.

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Como hemos mencionado, durante bastante tiempo (e incluso actualmente), la filosofía de la ciencia de referencia fue la llamada “nueva filosofía de la ciencia”. Sin embargo, las actuales perspectivas metateóricas sobre la ciencia se han venido vinculando tímidamente, y vienen promoviendo una reflexión cada vez más acentuada sobre la enseñanza de las ciencias, la formación de profesores, y el currículo de ciencias. La nueva didáctica modeloteórica (Adúriz-Bravo, 2009) estaría caracterizada, entre otras cosas, por su uso del constructo semántico de modelo teórico, gestado en la filosofía de la ciencia semanticista de los últimos treinta años. Dentro de los posibles acuerdos existentes alrededor de la NOS, autores como Adúriz-Bravo 2013, Izquierdo-Aymerich & Adúriz-Bravo (2003), Justi (2006) o Chamizo (2010), entre otros, han preferido una conceptualización tomada de la filosofía de la ciencia semántica más reciente. En efecto, muchos contenidos de las propuestas de la filosofía de la ciencia posteriores a la nueva filosofía de la ciencia se han venido incorporando a la didáctica de las ciencias a partir de la necesidad de tener una conceptualización metateórica profunda alrededor de la idea de modelo. Así, se han presentado tipologías de modelos (Chamizo, 2010) o consensos sobre la concepción de modelo más fructífera para la didáctica de las ciencias (Adúriz-Bravo, 2009). En particular se ha venido acudiendo constantemente a la concepción cognitiva de la ciencia de Ronald Giere (1988).

2.1.3.1.2. Estrategias de introducción de la NOS Una vez reconocidas, al interior de nuestra comunidad, la necesidad y la importancia de la NOS, se han generado algunas propuestas respecto de cuáles contenidos metacientíficos son más pertinentes para las aulas de ciencias y para la formación de los profesores que laborarán en ellas. Estas propuestas responden en parte a la variedad, pluralidad y complejidad de escuelas, contenidos, estrategias y métodos que integran el conjunto de las metaciencias. Si bien es cierto que aquellas metaciencias que los didactas hemos venido vinculando de una manera más sistemática han sido la filosofía y la historia de la ciencia, más recientemente el “juego” se ha ampliado a la sociología, la psicología, la lingüística y la antropología de la ciencia. La diversidad y sofisticación de todas estas metadisciplinas hacen de la labor de selección realizada en el área HPS y la línea NOS un trabajo nada fácil de llevar adelante. Pongamos ahora el caso concreto de la filosofía de la ciencia. Recurrir a esta

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

mirada “meta” trae consigo la necesidad de reflexionar cuidadosamente en torno al hecho de que no todos los contenidos filosóficos de la ciencia tienen el mismo valor para las propuestas de la didáctica de las ciencias. Como intento de hacer explícitos los criterios de selección y de adaptación de esta variedad de contenidos en la filosofía de la ciencia y de dar respuesta a qué naturaleza de la ciencia han de saber el profesorado o el estudiantado de ciencias, se han presentado, entre otras propuestas, la construcción de los llamados “tenets” e “ideas epistemológicas clave”. Desarrollaremos estos dos enfoques a continuación.

2.1.3.1.2.1.

Tenets

Los tenets (algo así como “principios” o “postulados”) NOS son una propuesta ampliamente difundida en la comunidad anglosajona. Se trata de afirmaciones o aserciones filosóficas de la ciencia intencionalmente sencillas que refieren a diversos aspectos de la naturaleza de la ciencia y que se nos aparecen como pretendidamente “consensuadas” por didactas, filósofos y profesorado de ciencias. Algunas propuestas sistemáticas en esta línea de trabajo se han presentado, por ejemplo, en McComas, Clough & Almazroa (1998), Fernández Montoro (2000) y Acevedo et al. (2007a, 2007b). Para la construcción de los tenets, los investigadores se han valido, entre otras estrategias metodológicas, de meta-análisis de la literatura en didáctica de la ciencia (McComas, Clough & Almazroa 1998) o de instrumentos de relevamiento como el “cuestionario de opiniones sobre ciencia, tecnología y sociedad” (COCTS) (Acevedo et al. 2007b). Sin embargo, el hecho de que todo el edificio de los tenets pivote sobre la necesidad del alcance de un consenso sobre cuáles son los principios estructurantes de la naturaleza de la ciencia –consenso, según muchos, muy difícil de conseguir– ha generado serias críticas. El didacta de las ciencias canadiense Brian Alters (1997), por ejemplo, sugiere que la evaluación a fondo de los tenets NOS debería pasar, primeramente, por determinar quiénes son las “autoridades competentes” en el tema; él propone que deberían ser los propios filósofos de la ciencia. En una relectura del trabajo de Alters, Vázquez, Acevedo & Manassero (2004) y Acevedo et al. (2007a) consideran que un examen más detenido de los tenets circulantes permite reinterpretarlos como surgidos de un “consenso parcial”; en este sentido, acuerdan con Smith et al. (1997) cuando sostienen que en el estudio realizado por Alters se

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exageran los disensos entre los filósofos de la ciencia consultados. Por su parte, Eflin, Glennan & Reisch (1999), desde el campo filosófico, comparten la idea de Alters de que resulta urgente reconsiderar los tenets; sin embargo, desacuerdan con las técnicas usadas por este último en su investigación, y por consiguiente consideran que sus conclusiones son injustificadas. Concluyen que el famoso paper de Alters (1997) de alguna manera oscurece las posibles áreas de encuentro entre los didactas de la ciencia y los filósofos de la ciencia, y sugieren que es mejor, antes que apelar a los filósofos de la ciencia como los expertos para identificar los “vectores” de la NOS, que sea el profesorado de ciencias el que se involucre en la discusión y se familiarice adecuadamente con los debates actuales en la filosofía de la ciencia. Michael Clough (2007), se opone a la estructura afirmativa (que podríamos llamar apodíctica) de los tenets. Siguiendo en parte a Eflin, Glennan & Reisch (1999), y retomando algunos trabajos anteriores en los que participó (McComas, Clough & Almazroa 1998, Smith et al. 1997), señala que los tenets presentados como “verdades cerradas” pueden ser fácilmente distorsionados por científicos, profesorado y estudiantado, y propone que la clave estaría más bien en explorar la naturaleza de la ciencia usando preguntas abiertas para capturar más profundamente la esencia de la mirada “meta” en clase. La última crítica que vamos a mencionar se enfoca en la “factura” de los tenets como afirmaciones demasiado genéricas e inocuas y, por ende, simplistas. La exagerada sencillez de los tenets fabricados por los didactas de las ciencias los aleja rápidamente de las propuestas más propias de la filosofía de la ciencia “erudita” (Adúriz-Bravo, 2001, p. 96): 

Sobre el tenet “el nuevo conocimiento debe ser dado a conocer clara y abiertamente”. En este postulado aparece una postura normativa (señalada por el “deber ser”), que sería parcialmente incompatible con el estudio naturalista de la ciencia propugnado por la filosofía de la ciencia contemporánea (cf. Giere 1985, Ambrogi 2000).



Sobre el tenet “los científicos son creativos”. La atribución de características especiales y “positivas” a los miembros de la comunidad científica es un rasgo de pensamiento del sentido común que refuerza imágenes elitistas de la ciencia (Manassero & Vázquez 2001).

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

2.1.3.1.2.2.

Las ideas epistemológicas clave

Una posible contribución de carácter práctico al área de innovación NOS está constituida por las llamadas ideas clave de la naturaleza de la ciencia (Adúriz-Bravo 2001, 2005a, 2005b). Se trata de afirmaciones formuladas en un lenguaje poco técnico, que pretenden capturar algunas características de la ciencia de acuerdo con modelos filosóficos de la ciencia bien establecidos. En Adúriz-Bravo (2001, p. 52, las llaves son nuestras), se las define como “afirmaciones genéricas acerca de la naturaleza de la ciencia, que se derivan de los campos [teóricos estructurantes] y sus combinaciones, al ser especificados estos en modelos [metacientíficos] particulares”. Las ideas clave son solo uno de entre un conjunto de elementos teóricos seleccionados y utilizados en la NOS con criterios propios de la didáctica de las ciencias. En esta propuesta, se formula una red de contenidos de naturaleza de la ciencia constituida por una serie de elementos de creciente grado de concreción, a saber: 1. Los aspectos de la naturaleza de la ciencia: las grandes miradas metateóricas, como la filosófica, la histórica o la sociológica. 2. Los campos teóricos estructurantes de la naturaleza de la ciencia: los “espacios de problemas” que dan identidad a la actividad metateórica, tales como preguntarse por la racionalidad de la ciencia, su evolución o su metodología. 3. Las cuestiones metateóricas clásicas de la naturaleza de la ciencia: las preguntas específicas que pretenden responder las metaciencias, tales como cuál es la relación entre realidad y predicación o si tiene es posible evaluar el “progreso” científico. 4. Las ideas clave de la naturaleza de la ciencia, entendidas como respuestas a esas preguntas formuladas desde un modelo metacientífico reconocible. La red completa permite identificar, agrupar y vincular contenidos fundamentales, estructurantes, característicos e irreducibles provenientes de la filosofía de la ciencia del siglo XX (Adúriz-Bravo 2001, 2003). Los aspectos de la naturaleza de la ciencia y los campos teóricos estructurantes conforman contenidos bastante generales y abstractos, aún formulados en lenguaje técnico; son demasiado complejos para las poblaciones en las que se pretenden aplicar. Las cuestiones metateóricas clásicas son demasiado abstractas: ella nos permiten plantear los problemas de filosofía de la ciencia

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à la Clough, pero no concretar soluciones modélicas “enseñables”. Las ideas clave, en el nivel más bajo de esta jerarquía de contenidos, pretenden “definir” o “describir” algún aspecto particular del modelo de filosofía de la ciencia que se ha elegido intencionadamente para dar una respuesta educativa a esas cuestiones.

2.2.

CONTEXTUALIZACIÓN DESDE LA FILOSOFÍA DE LA CIENCIA

En la historia de la filosofía de la ciencia es común encontrar diferentes escuelas, corrientes, y comunidades de pensamiento que discuten y reflexionan sobre su objeto de estudio, la ciencia misma, pero desde distintos enfoques y elaboraciones. En general, la existencia de corrientes en competencia en la reflexión sobre la ciencia (reflexión metateórica) ha sido una constante en la línea histórica del pensamiento metacientífico. Para aclarar las diferencias y similitudes entre dichas corrientes es frecuente requerir de una distancia histórica que facilite este análisis. Un ejemplo es la clásica caracterización del positivismo lógico o empirismo lógico como una “única escuela” con una línea de investigación definida;14 sin embargo, las revisiones y reflexiones que actualmente se realizan de dicha fase han esclarecido la integración de enfoques distintos, algunas veces compartidos y otras veces contrarios y en competencia, incluso al interior del propio Círculo de Viena. En la década final del siglo pasado la multiplicación de las investigaciones encaminadas a la identificación de las ideas previas del estudiantado y el profesorado de ciencias arrojaron resultados que en general sugerían la presencia mayoritaria de concepciones provenientes de las corrientes de la filosofía de la ciencia fundacional, especialmente del positivismo lógico y de la concepción heredada, pero también una insistente y sugerente aparición de algunas de los elementos básicos de la fase historicista (cf. Koulaidis & Ogborn 1995, Porlán, Rivero & Martín del Pozo 1998). Parecía alentador, al menos hasta entonces, que las propuestas historicistas empezaran a permear tanto la comunidad de especialistas en didáctica de las ciencias, como las propias prácticas del profesorado, puesto que marcaban un distanciamiento de las propuestas neopositivistas de principios del siglo pasado. Como se mencionó antes, en

Esto es válido sólo para una parte de los integrantes, pues algunos otros –como Otto Neurath o Philipp Frank– no compartían completamente el ideal de proporcionar los fundamentos exclusivamente axiomáticos de las teorías científicas (Reisch [2003] 2010). 14

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

la actualidad todavía estas concepciones son tomadas como marco metateórico referencial casi exclusivo, y nocivamente excluyente, por buena parte de los integrantes de dichas comunidades, lo que ha instalado un “cerrojo” para otras discusiones metateóricas interesantes, contemporáneas y posteriores a Thomas Kuhn (Ariza & Adúriz-Bravo 2012). Sin embargo, y al contrario de lo que se percibe en la didáctica de las ciencias, el desarrollo de la filosofía de la ciencia no termina en la escuela historicista; antes, durante y después de Kuhn se desarrollaron reflexiones metateóricas que condujeron al establecimiento de toda una rama de estudios sobre la ciencia desde diferentes perspectivas: unos, centrados en los determinantes sociales de la ciencia, lo que termina por asentar la sociología de la ciencia como disciplina; otros, preocupados por el estudio filosófico de disciplinas particulares (i.e., química, biología, etc.), las que Bunge denominó “filosofías de la ciencia regionales”; otros estudios se enfocaron en el uso de instrumentos, la importancia del experimento, etc. (p.e., Hacking, Ackermann); otros apelaron a la investigación de la ciencia usando métodos de las mismas ciencias empíricas, esta perspectiva se conoce actualmente como naturalización de la epistemología o epistemologías naturalizadas (p.e., P.M. Churchland, P. Churchland, Giere y Thagard), donde pueden incluirse los enfoques cognitivos y evolucionistas. Bajo estas nuevas perspectivas de investigación metateórica se desarrolla la concepción semántica de las teorías científicas, la cual retoma el camino principal –ya trazado previamente por von Neumann, Beth y McKinsey– señalado por Patrick Suppes a mediados del siglo XX: la caracterización de las teorías identificando una clase de modelos. En el capítulo 4 se presentará una introducción más amplia a esta corriente.

2.2.1. La concepción semántica El origen de la concepción semántica de las teorías científicas tiene como principales referencias los trabajos desarrollados en la primera mitad del siglo XX por John Charles Chenoweth McKinsey (más conocido como J.C.C. McKinsey) y Alfred Tarski sobre la teoría de modelos o semántica formal, el tratamiento conjuntista realizado por Evert Willem Beth de los fundamentos de la física para el análisis semántico de la mecánica newtoniana y la mecánica cuántica, y las aportaciones de Johann von Neumann y Garrett Birkhoff sobre el tratamiento a través de los “modelos

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de espacios de fase” de la mecánica cuántica. Desde los años cincuenta con el trabajo fundamental de Patrick Suppes sobre la reconstrucción de teorías físicas empleando los métodos conjuntistas propugnados por Tarski y McKinsey, se da inicio a una nueva concepción sobre las teorías científicas que actualmente se conoce como la concepción semántica, semanticista, modelista o modeloteórica (Díez & Lorenzano 2002). La principal novedad de la concepción semántica que se ‘cita’ en la literatura de la filosofía de la ciencia (p.e., Diederich 1996, Liu 1997) y de la didáctica de las ciencias, en los pocos casos en que esta escuela es mencionada (p.e., Adúriz-Bravo 2009, Develaki 2007), es que convierte en secundario el aspecto lingüístico de las teorías (sustentado en la concepción axiomática del positivismo lógico) y hace de los modelos el punto central en los análisis de las teorías. Bas van Fraassen (1989) expresa esta idea de la siguiente manera: […] to present a theory is to present a family of models. This family may be described in many ways, by means of different statements in different languages, and no linguistic formulation has any privileged status. Specifically, no importance attaches as such to axiomatization, and a theory may not even be axiomatizable in any non-trivial sense. (van Fraassen 1989, p. 188)

Esta nueva concepción es desarrollada, entre otros, por Wolfgang Balzer, Newton da Costa, Maria Luisa Dalla Chiara, Ronald Giere, C. Ulises Moulines, Günther Ludwig, Marian Przelecki, Joseph D. Sneed, Wolfgang Stegmüller, Frederick Suppe, Patrick Suppes, Giuliano Toraldo di Francia, Bas van Fraassen y Ryszard Wójcicki, constituyendo una verdadera familia, con distintas versiones que comparten algunos elementos generales (Lorenzano 2003, 2013). Dentro de la concepción semántica, Anna Estany (1993) incluye desde la concepción estructuralista hasta la escuela polaca de Ryszard Wójcicki y Marian Przelecki, pasando por los italianos Giuliano Toraldo di Francia y Maria Luisa Dalla Chiara; Estany resalta principalmente los trabajos de Suppe, van Fraassen y Giere. Frederick Suppe (1989), de una manera más radical, propone excluir la metateoría estructuralista de la concepción semántica, incluso Chakravartty (2001)15 apenas menciona a la concepción estructuralista de las teorías (particularmente a Joseph Sneed) en una nota al pie, e incluye en su análisis a otra propuesta menos difundida, la

15

Influenciado por la obra de Suppe.

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

realizada por Smith (1998) en su trabajo “Approximate Truth and Dynamical Theories”. A pesar de estos últimos intentos de exclusión, otros autores (p.e., Diederich 1996, Guerrero Pino 2003 y Lorenzano 2003, 2013) han argumentado a favor de la existencia de una familia semanticista en la que residen diferentes enfoques, entre los que se incluye a la metateoría estructuralista. Una de las premisas fundamentales de este trabajo es acercar a la metateoría estructuralista al ámbito de trabajo de la didáctica de las ciencias. Creemos que sus herramientas metateóricas presentadas de modo informal pueden cumplir un rol importante cuando se pretende identificar las características principales de las teorías y la actividad científica.

2.2.2. El semanticismo en la filosofía de la ciencia Una de las características más básicas (y esenciales) de la actividad filosófica sobre la ciencia –teorizar sobre el saber (y el hacer) de los científicos– es su capacidad para construir “modelos” interpretativos de la(s) dinámica(s) y los productos de la(s) ciencia(s). La variedad y cantidad de los “modelos” interpretativos construidos no solo en las fases anteriores a la familia semanticista sino también en la actualidad, hace que sea indispensable reconocer que: 1. Estos modelos interpretativos pueden ser más o menos adecuados, o precisos, o generales a su objeto. Sin embargo, esta precisión, adecuación o generalidad no depende de la posibilidad de establecer reglas sobre el “quehacer” científico (característica prescriptiva), ni de la posibilidad de reflejar (explicitar o elucidar) completamente la actividad y los productos de la ciencia (característica descriptiva), y tampoco de la capacidad de detectar y explicar todo esto bajo toda una teoría (característica interpretativa). La aceptabilidad de los modelos interpretativos sobre la ciencia dependerá entonces de su perspicuidad (Díez & Moulines 2008), es decir, de la capacidad que tengan para advertir y hacer explícitos (haciendo uso tanto de sus características prescriptiva, descriptiva e interpretativa) lo esencial de los constructos y la actividad de los científicos al nivel más profundo posible (Díez & Moulines 2008). 2. No existe únicamente una historia general de la filosofía de la ciencia

42

Yefrin Ariza

(particularmente de las diversas elucidaciones del concepto “científico” y “metacientífico” de teoría) sino también de la propia familia semanticista, e incluso de cada uno de los que hemos llamado aquí enfoques semanticistas. Por la escasa perspectiva histórica, la primera (la historia general de la filosofía de la ciencia) es mucho más amplia que las segundas (la historia de la familia semanticista y de cada enfoque semanticista). Respecto de 1., en la consideración de la adecuación o precisión de los modelos interpretativos, entendemos que de la multiplicidad de líneas actuales de investigación metacientífica, la concepción semántica de las teorías constituye un campo de investigación amplio, profundo, esclarecedor y prometedor sobre la manera de entender las que aún siguen siendo las unidades básicas de lo que denominamos ciencia: las teorías científicas (French & Ladyman 1999, Frigg 2006). Estas características la postulan como una corriente interesante –diríamos entonces, de un alto grado de adecuación y precisión– para los estudios de la filosofía de la ciencia, y además como un marco metateórico de fuerte aplicación en la didáctica de las ciencias. Es decir, la idea de que la concepción semántica y en particular la metateoría estructuralista, advierte y nos permite comprender ampliamente los constructos principales de la ciencia, y consecuentemente nos permite proponerla y asumirla como la opción a elegir dentro de la variedad de los modelos interpretativos sobre la ciencia, se debe (en parte y principalmente) a que: 

Respecto de los análisis realizados en la concepción clásica de las teorías (positivismo lógico y empirismo lógico) ha recuperado el ideal formalista que caracterizó a dicha fase de la filosofía de la ciencia, afinándolo y reconsiderándolo a través de otros “recursos formales” que parecerían más útiles para la elucidación de la estructura interna de las teorías (espacios de fase, teoría de conjuntos, etc.).



Respecto de los análisis historicistas de la llamada “nueva filosofía de la ciencia” (Kuhn, Lakatos, etc.) ha conectado y afinado algunas de las principales nociones historicistas (p.e., inconmensurabilidad, programas de investigación) con los estudios básicos alrededor de las teorías. En este sentido ha “re-encauzado” la preocupación metacientífica hacia el estudio de las teorías (ahora de sus modelos) pero esta vez sin desentenderse de sus

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Fundamentos para la vinculación de la metateoría estructuralista con la didáctica de las ciencias

determinantes históricos, sociales y cognitivos. 

En la “puesta a punto” de su propuesta general y de cada enfoque particular se ha valido del estudio, reconstrucción y ejemplificación de una gran cantidad de teorías que superan ampliamente las estudiadas por las corrientes antecesoras.



Respecto de las corrientes actuales, ha logrado conjugar los elementos de mayor riqueza meta-conceptual de las escuelas anteriores, afinándolos y conjugándolos en un meta-modelo que ha logrado abordar con resultados interesantes una buena cantidad de los problemas clásicos de la filosofía de la ciencia, y de las actuales discusiones más específicas sobre las teorías científicas, convirtiéndola en la elección predilecta por un gran número de filósofos de la ciencia contemporáneos.

Respecto de 2., sobre la historia de la filosofía de la ciencia general, y de la concepción semántica en particular, vale decir que habría que ser exhaustivos para presentar con detalle los inicios de la concepción semántica de las teorías científicas;16 sin embargo, nos limitamos (respecto de una historia general de la filosofía de la ciencia) a delinear de forma general y sin alto grado de exhaustividad las principales referencias de esta concepción en el siguiente capítulo.

16

Una guía [aunque mejorable] para entrever la historia de la concepción semántica de las teorías la podemos encontrar en el prólogo del libro de Frederick Suppe The Semantic Conception of Theories and Scientific Realism (1989).

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3.

CONTRIBUCIONES A LA DIDÁCTICA MODELOTEÓRICA DE LAS CIENCIAS

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

Este capítulo constituye un intento de acercamiento de los conceptos fundamentales de la concepción semántica a la didáctica de las ciencias. Creemos que para realizar una vinculación efectiva de esta corriente de la filosofía de la ciencia contemporánea es necesario identificar la actualidad de las aportaciones de los principales autores de esta escuela a fin de determinar sus similitudes y diferencias y esclarecer la actualidad metateórica. Ello podría contribuir a la identificación de los contenidos de mayor relevancia para la didáctica de las ciencias que puedan provenir o de un enfoque específico o de una variedad de enfoques dentro de esta familia semanticista, dependiendo de los objetivos que se planteen para esta vinculación. Nuestra posición al respecto es que la metateoría estructuralista podría ser una opción interesante cuando se pretende esclarecer la estructura fina de las teorías científicas y a la hora de identificar las características principales de la actividad científica.

3.1.

APROXIMACIONES A LA CONCEPCIÓN SEMÁNTICA DESDE LA

DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS Las propuestas historicistas –mencionadas más arriba– fueron introducidas en la didáctica de las ciencias veinte años después de lo que algunos consideran su punto inicial en la historia de la filosofía de la ciencia; es decir, si bien algunos trabajos habían incluido constructos historicistas en los currículos de ciencias con anterioridad (cf. Matthews 1994a), no es sino hasta mediados de los ochenta cuando se generó un acercamiento explícito y sistemático a esta corriente de la filosofía de la ciencia, cuyos principales trabajos (p.e., el famoso y ampliamente citado libro de Thomas Kuhn sobre las revoluciones científicas) fueron publicados a inicios de los años sesenta. Es entendible entonces que los primeros “coqueteos” entre la concepción semántica de las teorías científicas y las investigaciones en la didáctica de las ciencias surgieran – aunque de manera escasa– en la década de los noventa. Podemos hacer referencia, por ejemplo, al trabajo de Fernando Flores y Leticia Gallegos (1993), en el cual se recurre al empirismo constructivo de Bas van Fraassen y la caracterización que hacen Sneed y Stegmüller de los modelos potenciales (Mp) y los modelos potenciales parciales (Mpp) a fin de entender los modelos construidos por estudiantes de secundaria.17 17

Podría cuestionarse, incluso, que en este trabajo se haga una presentación completamente adecuada de los conceptos de modelos potenciales (Mp) y modelos parciales (Mpp) tal como son propuestos por Sneed y Stegmüller.

46

Yefrin Ariza

Otros trabajos (p.e., Pozo 1999) acuden a nociones de “modelo” que podríamos caracterizar como semanticistas. Aunque, como mencionamos antes, la didáctica de las ciencias se encuentra influenciada mayoritariamente por las concepciones del periodo historicista –incluso es normal encontrar recursiones hacia concepciones clásicas sobre la ciencia–, es alentador contar actualmente con evidencia empírica que nos permite afirmar la existencia de una didáctica de las ciencias modeloteórica (cf. Adúriz-Bravo 2009): 1. El uso que hacen diversos didactas de la ciencia de la unidad estructural y funcional básica de “modelo científico”, caracterizándola –explícita o implícitamente– con un enfoque similar al de las corrientes de la filosofía de la ciencia contemporánea de corte semántico (p.e., Adúriz-Bravo 2013, Chamizo 2010, Develaki 2007, Erduran & Duschl 2004, Izquierdo-Aymerich & Adúriz-Bravo 2003, Justi 2006, Koponen 2007, Sensevy et al. 2008). 2. La creciente publicación de artículos que centran su atención en el tema “modelos y modelización” en revistas del ámbito de la didáctica de las ciencias como Science & Education, lnternational Journal of Science Education, Ciencia & Educação o Enseñanza de las Ciencias. 3. El asentamiento de trabajos o reflexiones específicas dentro del área de investigaciones en torno a las aportaciones de la filosofía de la ciencia “modeloteórica” a la didáctica de las ciencias (HPS), y crecientemente dentro de la línea de investigación conocida en el ámbito didáctico como naturaleza de la ciencia (NOS). 4. La producción de reflexiones didácticas que acuden a conceptualizaciones “modeloteóricas” sobre la ciencia.

3.2.

DIFICULTADES

EN

LA

INTRODUCCIÓN

DE

LA

ESCUELA

SEMANTICISTA Desde nuestro punto de vista, y como se ha venido argumentando, la concepción semántica de las teorías científicas –en su versión más reciente– resultaría sugerente para la didáctica de las ciencias, en parte porque provee de fundamentos metateóricos sugerentes para las finalidades actuales de la educación científica y la formación de profesores de ciencias. Sin embargo, al día de hoy, la introducción de la filosofía de la

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Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

ciencia contemporánea de corte semántico en la didáctica de las ciencias no se muestra demasiado diferente respecto de las inadecuaciones de la introducción de las corrientes filosóficas sobre la ciencia que le antecedieron. A través de una breve revisión teórica hemos identificado, de manera informal, al menos siete dificultades principales que se presentan –y a superar– para la vinculación de la concepción semántica, en general, a la didáctica de las ciencias y consecuentemente de la metateoría estructuralista, en particular (Ariza, Lorenzano & Adúriz-Bravo 2010). A continuación trataremos brevemente esas dificultades:

3.2.1. Escasa formación en filosofía de la ciencia Resulta sin duda necesario conocer con cierta rigurosidad la filosofía de la ciencia cuando se pretende introducir contenidos de esta metaciencia en la enseñanza de las ciencias. En el ámbito de los didactas, se suelen cometer reducciones y simplificaciones de contenidos generales y específicos de la filosofía de la ciencia más especializada. Por otro lado, en el ámbito de la profesionalización del profesorado de ciencias, la fundamentación metacientífica se limita a la inclusión, en el currículo de formación de profesores, de un curso o seminario llamado comúnmente “filosofía de la ciencia” –a veces se abordan los mismo contenidos usando denominaciones como metodología de la ciencia o teoría de la ciencia, que no son sinónimos precisos de esta metaciencia–. Esta formación metacientífica exigua ha sido una causa de que durante la “ola” de estudios sobre las ideas previas en la década de los noventa se identificaran imágenes deformadas, ambiguas y descontextualizadas sobre la ciencia. Una formación superficial en filosofía de la ciencia o poco integrada a las necesidades propias de las y los profesionales, que tienen como uno de sus objetos de estudio la ciencia misma y su enseñanza, muestra no ser suficiente para abarcar la comprensión de los contenidos más importantes de filosofía de la ciencia, y esto se amplifica si hacemos referencia a la necesidad cada vez más recurrente de una comprensión más precisa de las principales propuestas filosóficas sobre la ciencia recientes y actuales.

3.2.2. Comprensión ingenua de la filosofía de la ciencia contemporánea Las concepciones sobre la filosofía de la ciencia contemporánea son influenciadas por corrientes anteriores a ella, y es posible entenderlas de manera más significativa con el conocimiento de dichas corrientes referenciales. Esto requiere, por tanto, un 48

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recorrido por el conocimiento filosófico sobre la ciencia que permita reconocer, aunque más no sea a trazo grueso, la reflexión desde las principales corrientes filosóficas sobre la ciencia del siglo XX. En la didáctica de las ciencias es escasa la incorporación de distinciones ricas en torno a la pluralidad de estas conceptualizaciones metacientíficas disponibles, recurriéndose a menudo a separaciones exageradamente simplistas, como entre “positivismo” y “constructivismo” o entre “racionalismo” y “relativismo”. Esto conlleva a que no se distingan claramente las líneas de investigación en filosofía de la ciencia de los últimos treinta años y sean usuales las confusiones respecto de autores, conceptos o herramientas metateóricas usadas por las líneas de trabajo más contemporáneas. En el caso específico de la concepción semántica, no se reconocen –con cierto grado de detalle– sus principales objetos, problemas y modalidades de trabajo.

3.2.3. Corta perspectiva histórica La novedad de los contenidos contemporáneos de la filosofía de la ciencia obstaculiza, en la didáctica de las ciencias, la elucidación de los elementos principales de la investigación metacientífica en nuestros días. A modo de ejemplo, podemos señalar que el conocimiento más amplio, profundo y especializado que tenemos en la actualidad acerca del Círculo de Viena permite identificar, entre otras cosas, las preocupaciones políticas de sus integrantes (Reisch [2003] 2010), escasamente referenciadas en trabajos anteriores sobre la historia de la filosofía de la ciencia y, por supuesto, casi imperceptibles en las investigaciones en didáctica de las ciencias que acuden a dicha corriente de reflexión sobre el conocimiento científico. Como segundo ejemplo, recordemos que en los últimos treinta años se dispone de una buena cantidad de investigaciones que toman como objeto de estudio los aportes de Ludwik Fleck, uno de los principales precursores de las ideas de Kuhn. En vida de Kuhn, Fleck era escasamente referenciado; actualmente, se ha reconocido que el programa historicista tiene en Fleck un “germen” a inicios de los años treinta (Lorenzano 2002, 2010). Resulta más complicado, en cambio, hacer análisis tan ricos sobre unos contenidos metacientíficos que empiezan a ser conocidos apenas hace un poco más de cuarenta años en la literatura de la filosofía de la ciencia, y que están circulando hace menos de diez años –a veces de manera explícita y otras apenas perceptibles de forma implícita– en la didáctica de las ciencias.

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3.2.4. Complejidad y multiplicidad de los contenidos En la actualidad, la complejidad reconocida de la ciencia ha contribuido fuertemente al establecimiento de propuestas contemporáneas al interior de la filosofía de la ciencia, la sociología de la ciencia y en general las metaciencias, que encaran desde muy diferentes perspectivas de investigación cada uno de sus aspectos. Se cuenta así con la filosofía de la ciencia feminista, filosofía pos-kuhniana, filosofía de la ciencias evolucionistas, filosofía axiológica de la ciencia, filosofía praxiológica de la ciencia, corrientes cognitivistas, nuevo experimentalismo, filosofías de la tecnociencia, objetivismo, concepción semántica, etc. (Echeverría 1999, Estany 1993, Lorenzano 2011, Moulines [2008] 2011). Esta pasmosa variedad de contenidos, perspectivas, estrategias, presupuestos filosóficos y herramientas conceptuales y formales se erige como un fuerte obstáculo frente a la escasa formación en filosofía de la ciencia de los didactas. Incluso si nos ocupamos exclusivamente de la concepción semántica, la variedad de posturas dentro de ella es importante. Cada miembro se ocupa a su manera de interpretar las características principales de las teorías, recurre a herramientas de diferentes tipos para realizar sus análisis (desde teorías formales hasta teorías cognitivas), y puede incluir diversas presunciones filosóficas, tales como el realismo hipotético, el racionalismo moderado, el empirismo constructivo, etc. Esto hace que la selección de contenidos provenientes de la concepción semántica se torne una tarea nada fácil de asumir con seriedad y profundidad y, por tanto, en una deuda pendiente para la comunidad de didactas.

3.2.5. Dificultad de los formalismos y herramientas conceptuales Algunas concepciones actuales sobre la ciencia se apoyan en lenguajes formales con los cuales caracterizan o definen sus nociones metacientíficas. Un caso que nos interesa especialmente es el enfoque semanticista del estructuralismo metacientífico. El enfoque estructuralista hace uso básicamente de los conceptos y métodos de la teoría de modelos tarskiana y de los medios de representación de la teoría de conjuntos elemental (Díez & Moulines 2008). Algunos de estos constructos formales pueden llegar a impresionar desfavorablemente a aquellos que no estén familiarizados con ellos. Parecería entonces que ello se convierte en un aspecto restrictivo –al menos de manera aparente– para el acercamiento desde la didáctica de las ciencias, aun cuando lo único que se requiere para éste es –además de una mínima disposición a entrar en contacto con 50

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algo que pudiera resultar novedoso desde el punto de vista conceptual, y no rechazar a priori, o entrar en pánico ante, cualquier tipo de simbolismo o formalismo–, el aprendizaje de nociones muy simples y básicas de lógica elemental, teoría informal de conjuntos y de la teoría de modelos. Otro ejemplo puede ser la compleja conceptualización que realiza Bas van Fraassen, haciéndose “eco” de los trabajos de Beth, sobre los espacios de estado. Un caso similar (al caso de van Fraassen) es la compleja caracterización de las teorías que hace Suppe. Aunque algunas herramientas formales (tales como las pertenecientes a la lógica y a la teoría de conjuntos) ya están incorporadas en la formación de científicos y profesores de ciencias (o incluso en momentos anteriores de la escolarización), éstas aparecen desconectadas de otros contenidos, y no como herramientas importantes para la comprensión de las conceptualizaciones complejas de algunas corrientes filosóficas sobre la ciencia actuales.

3.2.6. Ausencia de una guía de análisis La familia semanticista aunque comparte ciertas tesis fundamentales, las enfatiza de manera diferente, de tal manera que, por ejemplo, la noción de “modelo” en Bas van Fraassen termina siendo distinta de la sustentada por Ronald Giere. Esto mismo sucede con la caracterización de los sistemas empíricos, la relación entre los modelos y los sistemas empíricos, u otros aspectos de importancia similar en la caracterización de las teorías científicas. La variedad y complejidad de las conceptualizaciones que hace cada uno de los miembros de esta familia requeriría de un análisis detallado a fin de detectar aquellas consideraciones metacientíficas de mayor valor para la didáctica de las ciencias. Con las dificultades que ya hemos venido señalando en las líneas que anteceden, confluye la ausencia de una “hoja de ruta” que permita entrever las corrientes de hoy en día, y, específicamente, el abordaje asumido por los semanticistas. Ya desde la propia filosofía de la ciencia se han realizado algunos intentos (cf. Lorenzano 2003, 2011, 2013). Sin embargo, estas intenciones escasas no fueron realizadas con una finalidad didáctica y, por tanto, usan lenguajes técnicos, especializados y algunas veces formales, que no son “populares” o del todo comprendidos por los didactas de las ciencias, y mucho menos por los profesores de ciencias. Queda como tarea al área HPS, supeditada a la rigurosidad de la filosofía de la ciencia, crear tal “hoja de ruta”, para que dirija, modifique o adecue estos nuevos

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contenidos de la filosofía de la ciencia de una forma sencilla y formativa, pero evitando ambigüedades y respetando la profundidad de la reflexión metateórica.

3.2.7. Ausencia de una guía para transponer En ausencia de una “hoja de ruta” que dirija nuestras miradas a la identificación de los elementos esenciales de la familia semanticista, es difícil construir una estrategia de vinculación con la didáctica tal como los canónicos tenets de la naturaleza de la ciencia (cf. McComas, Clough & Almazroa 1998) o las llamadas “cuestiones” de la naturaleza de la ciencia (cf. Clough 2007). En la línea de generar una actividad transpositiva (Adúriz-Bravo 2012) –de carácter metacientífico– del semanticismo, hemos hecho algunos adelantos utilizando una propuesta proveniente de la didáctica de las ciencias que consideramos, de entre las ya existentes, coherente para la introducción de estos contenidos metateóricos novedosos (cf. Adúriz-Bravo, Ariza & Couló 2011). Hacemos referencia al constructo didáctico de idea epistemológica clave (Adúriz-Bravo 2001, 2005b) ya presentada en el capítulo 2. Consideramos plausible que el uso de ideas epistemológicas clave permite la inserción de los constructos metateóricos de la familia semanticista con una mayor solvencia y prosperidad que algunas de las otras herramientas didácticas, dos de ellas – tenets y cuestiones de la naturaleza de las ciencias–, quizás las más difundidas, fueron mencionadas en líneas anteriores.

3.3.

UNA FAMILIA SEMANTICISTA O MODELOTEÓRICA

El eslogan/lema básico de la familia semanticista –que es mencionado generalmente tanto en la literatura de la didáctica de las ciencias18 como en el ámbito de la filosofía de la ciencia– es que para la concepción semántica, las teorías científicas se caracterizan no por sus axiomas (enfoque sintáctico que se suele relacionar con la concepción científica promulgada por una parte de los integrantes19 del Círculo de Viena), i.e., que 18

Cuando se le menciona, que generalmente son muy pocos autores. Como se mencionó antes, integrantes como Otto Neurath o Phillip Frank, no compartían completamente dicha fundamentación axiomática de las teorías (Reisch 2003) en el Círculo de Viena; incluso se generaron discusiones relevantes entre Rudolf Carnap y Otto Neurath antes y después de la disolución del círculo respecto de otros aspectos no formalizables del conocimiento científico. 19

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una teoría no es representada satisfactoriamente por los axiomas (leyes) que la componen, si no por el conjunto, clase, familia, población o colección de modelos (cf. Balzer, Moulines & Sneed [1987b] 2012, Giere 1988, Suppe 1989, Thompson-Jones 2006, van Fraassen 1970) que ella contiene, y que, en consecuencia, el análisis sobre las teorías se hace (y parecería ser) más provechoso si se toman como objetos de estudio a éstos (los modelos) y no a aquéllos (los axiomas). En este sentido, identificar una teoría es identificar una clase de estructuras, sus modelos (van Fraassen 1970, Chakravartty 2001). Siguiendo muy de cerca a Pablo Lorenzano (2003, 2013), quien realiza un examen general de esta concepción metateórica, presentamos los aspectos principales en los cuales coinciden las propuestas semánticas más difundidas. Estas características similares permiten hablar de una familia semanticista que contiene aspectos en común, pero que difiere en la manera de abordarlos: 

El componente más básico para la identidad de una teoría es una clase de estructuras; más específicamente, una clase (familia, conjunto, población o colección) de modelos. Una teoría se caracteriza así en primer lugar por identificar un conjunto de modelos; presentar/identificar una teoría es presentar/identificar la familia de sus modelos característicos (Lorenzano 2003, p. 287). La determinación de los modelos se realiza mediante una serie de principios o leyes. Por tanto, las leyes se deben entender como definiendo una clase de modelos. Que las leyes “definan” los modelos no significa que una teoría sea una definición, o que sea verdadera por definición, o cosas parecidas. Que las leyes definan una serie de modelos significa solo que las leyes determinan qué entidades son las que se comportan de acuerdo con la teoría; p.e., cierta entidad, cierto “trozo del mundo”, es por definición un sistema (modelo) de la teoría si y solo si cumple tales y cuales principios.



Una teoría no solo determina –a través de sus leyes u otros mecanismos– una clase de modelos. Una teoría define sus sistemas (modelos) para dar cuenta de ciertos datos, fenómenos o experiencias correspondientes a determinado ámbito de la realidad (trozo del mundo). Parte de la identificación de la teoría consiste entonces en la identificación de esos fenómenos empíricos de los que pretende dar cuenta.



La teoría identifica los modelos con la pretensión de que representen 53

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adecuadamente estos fenómenos del sistema real; en términos más tradicionales, que tales fenómenos concretos satisfagan las leyes de la teoría, que se comporten como las leyes dicen. Esta pretensión se hace explícita mediante un acto lingüístico o proposicional, es decir, mediante una afirmación: la aserción empírica de la teoría. La aserción empírica afirma que entre los sistemas empíricos de los que queremos dar cuenta y los modelos determinados por las leyes, se da cierta relación. Lo que afirma es que nuestra teoría representa adecuadamente la “realidad”, esto es, que nuestros modelos se aplican bien a los sistemas que pretende explicar. Ahora bien, al sostener la presencia de una familia semanticista en la que existen “diferentes enfoques” se está proponiendo que: 1. Existe una vinculación entre cada propuesta semántica que permite agruparlos o identificarlos como una familia. 2. Aun coincidiendo con un núcleo básico de caracterización de las teorías científicas, existen diferencias en el modo de comprenderlo y caracterizarlo que conlleva a la distinción de enfoques en dicha familia. Estos dos puntos se desarrollarán en este capítulo y se propondrá –a partir de algunos de los aportes de Werner Diederich, Pablo Lorenzano, Germán Guerrero Pino, Ronald Giere y Agustín Adúriz-Bravo– un esquema que permita identificar tanto a la familia semanticista como a sus diferentes enfoques. No hemos encontrado ni en la literatura en filosofía de la ciencia, ni en la literatura en didáctica de las ciencias, por ahora, un intento de esquematizar la familia semanticista con un fin didáctico que permita una vinculación menos restrictiva20 desde la didáctica de las ciencias. Sin embargo, es importante señalar que en la filosofía de la ciencia ya se han realizado otras presentaciones esquemáticas –con una estructura triangular abierta entre mundo/modelo/teoría– de la noción de teoría científica de la escuela semanticista. Una de estas esquematizaciones está en Giere (1979), modificada en [1988] 1992 (p. 108):

El uso aquí de la palabra “restrictiva” se refiere a lo que en líneas anteriores denominamos dificultades en la introducción de la escuela semanticista. 20

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Esquema 3. Relación entre conjuntos de enunciados, modelos y los sistemas reales (Giere 1992, p. 108)

Otra representación que podríamos llamar “ejemplificante” desde la filosofía de la ciencia es la realizada por German Guerrero Pino (2003). Él presenta un esquema (que denomina “grafo”) en el que intenta caracterizar la manera en la que concibe la relación entre teoría y realidad de la concepción clásica de las teorías y la concepción semántica:

Esquema 4. Relación representacional entre teoría y realidad entre la concepción sintáctico-axiomática y la concepción semántica (Guerrero Pino 2003, p. 105)

Ronald Giere y Germán Guerrero Pino no pretenden (al menos no lo expresan) una caracterización particular de la familia semanticista –y menos, una caracterización con un fin didáctico específico–. Ronald Giere intenta presentar lo que desde su propia perspectiva sería la relación entre el conjunto de enunciados, modelos y los sistemas reales. Mientras que Germán Guerrero Pino solo intenta presentar una distinción entre la relación representacional entre teoría y realidad del enfoque clásico de las teorías científicas y la concepción semántica; incluso, agrupa en prácticamente una sola versión (posiblemente dos, las versiones de van Fraassen y Ronald Giere) la manera en la que se aborda esta relación por parte de la familia semanticista. Es difícil (y ambicioso) condicionar a estas estructuras los diversos enfoques –incluso los más representativos–

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de la familia semanticista, principalmente porque algunos de los términos usados en ellas pueden entrar en conflicto con uno u otro enfoque semanticista. Es posible que al realizar una revisión de estas esquematizaciones teniendo cierto grado de especialización en la filosofía de la ciencia se puede entender e incluso delinear aquello que comparten y lo que no comparten los distintos enfoques de la familia semanticista, sin embargo, este no es el caso de una buena cantidad de investigadores en didáctica de las ciencias, y por supuesto, tampoco de los profesores en formación en ciencias empíricas, donde es frecuente la escasa formación en filosofía de la ciencia. A pesar de la ausencia en los esquemas anteriores de un fin didáctico y de la escasa posibilidad de representar la confluencia de la totalidad de los enfoques semanticistas con dichos esquemas (al menos de los más representativos), nos han parecido sugerentes –en cierta medida– y por ello los hemos retomado, modificado y afinado en esta propuesta. En este sentido, consideramos apropiado proponer una forma esquemática sencilla, pero rigurosa, respecto del marco metateórico de referencia, en la que logremos identificar a la familia semanticista y a partir de la cual podríamos caracterizar los distintos enfoques que la conforman. Desde nuestro punto de vista, el esquema que presentamos a continuación permite obtener una visión global de la manera en la que la familia semanticista y los diferentes enfoques entienden o caracterizan a las teorías científicas:

Esquema 5. Esquema básico, central o característico de la familia semanticista

Los términos usados en el esquema anterior debieran considerarse sin interpretación fija (determinada) y sin comprometerse exclusivamente con solo uno de los enfoques semanticistas. Consideramos que esta propuesta resultaría útil para familiarizarse con este acercamiento metateórico, ya que pretende representar las nociones fundamentales

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de la familia semanticista, y además: 

Usar términos que se vinculan de una u otra manera a los distintos enfoques semanticistas, términos sencillos y flexibles como para ser compartidos por los miembros de la familia semanticista, pero suficientemente rigurosos como para no desbordar de los fundamentos generales de esta escuela.



Realizar un esfuerzo respecto de su “simplicidad” y “rigurosidad” que permite un acercamiento a especialistas y profesores en enseñanza de las ciencias.



Realizar una aproximación desde la filosofía de la ciencia y hacia la didáctica de las ciencias, lo que la convierte en un interesante “artefacto didáctico”.

El “esfuerzo de interpretación” desde el cual se realiza la lectura del esquema principal de la familia semanticista termina por sistematizarse en la presentación de cada uno de los enfoques semanticistas. En la medida en la que se presenta cada enfoque, se aumenta el grado de tecnicismo, debido principalmente a la caracterización específica de “teoría científica” que hace cada autor. Estos enfoques se presentan en las siguientes líneas.

3.3.1. Enfoques de la familia semanticista La existencia de distintos enfoques dentro de la familia semanticista se genera a partir de la manera en la que cada enfoque comprende estos aspectos que comparten y que se encontrarían representados en la figura 5. En otras palabras, la aceptación de enfoques al interior de la familia semanticista tiene que ver con las distintas maneras en que sus integrantes conceptualizan u operacionalizan esos tres puntales básicos. Aunque todos se pueden considerar seguidores de los trabajos desarrollados por Suppes, no todos están influidos directamente por él, o no necesariamente coinciden en los aspectos más específicos de su propuesta (Díez & Moulines 2008). Hemos identificado al menos cinco aspectos en los cuales pueden diferir las propuestas de Giere, Suppe, van Fraassen y la concepción estructuralista de las teorías: 1. La manera en la que se caracteriza la noción de modelo. 2. La manera en la que se identifican metateóricamente los modelos. 3. La manera en la que se caracteriza a los “sistemas empíricos” o “trozos de la

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realidad” de los que se quiere dar cuenta. 4. La manera en que se relacionan esos sistemas empíricos con los modelos. 5. Los componentes de una teoría científica.21 Partiendo de aquí, se acepta que los aspectos básicos “irreducibles” de la familia semanticista no son contradichos ni negados en cada uno de los cuatro enfoques que analizaremos; al contrario, cada uno de ellos parte de esta estructura central, respetándola y preservándola en el desarrollo de su propuesta específica y afinada. Para explicitar de una manera más adecuada dichas diferencias existentes en la familia semanticista, a continuación se presentan brevemente las propuestas más difundidas de esta concepción (i.e., Giere, Suppe, van Fraassen y el estructuralismo metateórico) y se propondrá una caracterización esquemática que surge del esquema básico.

3.3.1.1. Ronald Giere y las hipótesis teóricas En 1988 Ronald Giere publica su libro “Explaining Science: A Cognitive Approach”, en el que retoma sus estudios sobre la relación semántica (de sentido y significación) entre las teorías y el mundo (p.e., Giere 1979) y propone una versión cognitiva de las teorías científicas. La postura defendida por Giere se denomina realismo constructivista, y pretende dar cuenta de una construcción social del conocimiento científico: “[…] que los sistemas descritos por las diversas ecuaciones de movimiento son entidades socialmente construidas. No tienen más realidad que la que les confiere la comunidad de físicos” (Giere [1988] 1992, p. 79). Ronald Giere entiende a las teorías científicas, como “identificadas” por una familia de modelos: The situation in nuclear physics nicely illustrates my early characterization of a scientific theory as being a family of models. There is no single ‘Schrödinger model’ of the nucleus. Rather, there is a family of models whose members are all characterized by the general form of the Schrödinger equation, but differ in the types, and the details, of the included interaction potentials (Giere [1988], p. 184). 21

Los componentes de las teorías (i.e., componentes que dan su identidad), están resaltados en cada esquema con “negritas”.

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Para Giere, los modelos son, en congruencia con su realismo constructivista, representaciones mentales (internas, abstractas y no lingüísticas) de la realidad. Los modelos son entidades abstractas, conectados a la realidad a través de relaciones analógicas, que son llamadas relaciones de semejanza o de similaridad. Esta similaridad o relación de similaridad entre un modelo y un sistema real determinado está dada a través de hipótesis teóricas: “[Una hipótesis teórica es] una entidad lingüística, a saber: un enunciado que afirma cierto tipo de relación entre el modelo y un sistema real dado (o una clase de sistemas reales)” (Giere 1992, p. 104, las llaves son nuestras). Una hipótesis teórica tendría entonces la siguiente forma: “Tal y cual sistema real identificable es semejante al modelo designado en tales y cuales aspectos y grados” (Giere 1992, p. 105). Según se mantenga la relación de similaridad una hipótesis teórica puede ser verdadera o falsa: “That theoretical hypotheses can be true or false turns out to be of little consequence. To claim a hypothesis is true is to claim no more or less than that an indicated type and degree of similarity exists between a model and a real system” (Giere 1988, p. 81). Un problema explorado por Giere es el referido a la dificultad de “identificación” de las teorías. Es decir, que los modelos (todos los modelos) que identifican una u otra teoría no son definitivamente caracterizadores de dicha teoría, debido a que no se sabe con exactitud qué modelos o hipótesis teóricas hacen parte de ella. En palabras de Giere: “[…] no hay condiciones necesarias y suficientes que determinen qué modelos o qué hipótesis son parte de la teoría” (Giere 1992, p. 110). En consecuencia, los modelos que identificarían una teoría serían aquellos que guarden un parecido de familia: […] el modelo debe guardar un “parecido de familia” con alguna familia de modelos que ya pertenezca a la teoría [estos últimos definidos por las leyes de la teoría] […] los juicios colectivos de los científicos determinan si el parecido es suficiente (Giere 1992, p. 111, las llaves son nuestras).

El enfoque propuesto por Ronald Giere puede ser esquematizado de la siguiente manera:

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Esquema 6. Enfoque semanticista de Ronald Giere

3.3.1.2. Bas van Fraassen y los espacios de estado Inspirado por los trabajos de Evert Willem Beth (1948a, 1948b, 1949, 1960) sobre la mecánica cuántica –quien desarrolla trabajos previos de Hermann Weyl (1927, 1928)–, Bas van Fraassen publicó una serie de trabajos (van Fraassen 1970, 1972, 1974, 1976, 1980, 1987, 1989, 1997, 2008) en los cuales presenta, y desarrolla, su propia versión de la concepción semántica de las teoría conocida como el enfoque de espacios de estado. Para él: [t]o present a theory is to specify a family of structures, its models; and secondly, to specify certain parts of those models (the empirical substructures) as candidates for the direct representation of observable phenomena. (van Fraassen 1980, p. 64)

Respecto de la primera parte para la presentación de una teoría, van Fraassen concibe los modelos de una teoría física como estructuras matemáticas las cuales representan el comportamiento de los sistemas físicos. Mientras que “[u]n sistema físico es concebido como capaz de un conjunto de estados, y esos estados son representados por elementos de cierto espacio matemático” (van Fraassen 1970, p. 328). Un modelo de la teoría es una estructura matemática que satisface las ecuaciones, principios o leyes de la teoría –o como van Fraassen (1989, p. 223) llama, “leyes de modelos”– y representa un estado físico. Esto puede ser representado por una trayectoria en (mediante) el espacio de estado –si las leyes son de sucesión, i,e., si ellas dicen como el estado del sistema físico está conectado con estados posibles en otro instante–, o por una región en el espacio de estado –si las leyes son de coexistencia o de interacción, i.e., si ellas dicen como el 60

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estado del sistema físico está relacionado con otros estados posibles o resultados de las interacciones de dos sistemas físicos– (van Fraassen 1970, pp. 330-333). Respecto de la segunda parte para la presentación de una teoría, encontramos una diferencia entre los puntos de vista anteriores sobre los fenómenos y su relación con los modelos y sus aportaciones más recientes. De acuerdo con sus puntos de vista anteriores, los cuales pueden ubicarse antes de 1997, “una entidad observable concreta (las apariencias de los fenómenos) puede ser isomórficas con una entidad abstracta (subestructuras de modelos)” (van Fraassen 2008, p. 386, la traducción es nuestra). Estas subestructuras de modelos son concebidas como “las estructuras empíricas en el mundo [que] son las partes que son a la vez reales y observables” (van Fraassen 1989, p. 228, la traducción es nuestra). La relación postulada entre las apariencias o fenómenos y los modelos fue de isomorfismo (van Fraassen 1989, p. 228). Y este isomorfismo consiste en la adecuación empírica de la teoría: A theory is empirically adequate exactly if all appearances are isomorphic to empirical substructures in at least one of its models” (van Fraassen 1976, p. 631); “empirical adequacy consists in the embeddability of all these parts [which are at once actual and observable] in some single model of the world allowed by the theory” (van Fraassen 1989, p. 228).

Si una teoría es empíricamente adecuada, podemos decir que “salva los fenómenos” (van Fraassen 1976, 1980, p. 4). A causa de esto, podemos aceptar la teoría. Pero de acuerdo con la forma especial de anti-realismo de van Fraassen, que él llama empirismo constructivo, debemos distinguir entre la aceptación de una teoría (como empíricamente adecuada) y creer la teoría i.e., creer que la teoría es verdadera. No son lo mismo. “el empirismo siempre ha sido una guía filosófica principal en el estudio de la naturaleza. Pero el empirismo requiere teorías solo para dar cuenta verdadera de lo que es observable” (van Fraassen 1980, p. 3). I use the adjective ‘constructive’ to indicate my view that scientific activity is one of construction rather than discovery: construction of models that must be adequate to the phenomena, and not discovery of truth concerning the unobservable” (van Fraassen 1980, p. 5).

Por lo tanto, la única creencia que participa en la aceptación de una teoría científica es la creencia en su adecuación empírica, mientras que la aceptación de una teoría no nos compromete a la creencia en su verdad, en la verdad de toda ella (y no sólo en su parte 61

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

observable), en particular en la realidad de cualquier cosa que fue o no observable o no real (van Fraassen 1980, p. 197). Desde 1997, van Fraassen comienza a modificar sus antiguos puntos de vista sobre los fenómenos y su relación con los modelos: [I]n The Scientific Image […] I define empirical adequacy using unquestioningly the idea that concrete observable entities (the appearances or phenomena) can be isomorphic to abstract ones (substructures of models)” (van Fraassen 2008, p. 386).

Pero sólo una estructura matemática puede ser isomórfica a subestructuras de modelos o puede ser subsumida en otra estructura matemática. For a phenomenon to be embeddable in a model, that means that it is isomorphic to a part of that model. So the two, the phenomenon and the relevant model part must have the same structure. Therefore, the phenomenon must have a structure (van Fraassen 2008, p. 247).

Para resolver este problema (paradoja o perplejidad), van Fraassen (2008) hace uso de del concepto –tomado de Suppes (1962)– de modelo de datos. Actualmente, según él: [a] scientific theory will first of all represent the phenomena by means of mathematical structures, and then show how those structures fit into larger ones, the theoretical models (van Fraassen 2008, p. 240).

Estas estructuras matemáticas que representan los fenómenos son los modelos de datos. Así, la relación de subsunción ya no es una relación entre un fenómeno y un modelo teórico, sino entre el modelo de datos, que representa el fenómeno, y el modelo teórico. Consiste en “un juego”, como él también lo llama ahora (van Fraassen 2008, p. 240) entre dos estructuras matemáticas: el modelo teórico y el modelo de datos. Para su nueva posición, que hace hincapié en la importancia de las estructuras matemáticas, no sólo como una manera de concebir los modelos teóricos, sino como una forma de representar los fenómenos y según la cual todo lo que sabemos a través de la ciencia es estructura (van Fraassen 2008, p. 238), van Fraassen prefiere el nombre de “estructuralismo empirista”. Los componentes principales del enfoque de van Fraassen pueden esquematizarse como sigue:

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Esquema 7. Enfoque semanticista de Bas van Fraassen

3.3.1.3. Frederick Suppe y los espacios de fase Influido por los trabajos sobre los modelos de espacios de observación y los modelos de espacios de fase de la mecánica cuántica de Johann von Neumann y Garrett Birkhoff, y la caracterización de las teorías físicas esbozada por Patrick Suppes, Frederick Suppe, en su tesis doctoral de 1967 inicia una propuesta que continúa desarrollando y ampliando durante 1970-1980. Coincidiendo con Patrick Suppes, Frederick Suppe considera que la caracterización de “teoría científica” asumida por la familia semanticista es superior a la caracterización realizada por el enfoque sintáctico del periodo clásico (Suppe 1974). Sin embargo, a diferencia de la caracterización de los modelos como estructuras conjuntistas en el sentido de la teoría de modelos y el instrumental conjuntista de Bourbaki tal como lo sugiere Suppes, Suppe determina dichos modelos a través de la caracterización de lo que denomina espacios en un espacio de estados o espacio de fases. Una teoría, en el sentido de Suppe, es un sistema relacional (Suppe 1989) que contiene los estados lógicamente posibles de los sistemas (espacios de fase) de los cuales pretende dar cuenta la teoría: “[…] a physical system is a relational system having a domain of states and attributes defined over these states” (Suppe 1989, p. 94). Las relaciones establecidas por las leyes (en cualquier formulación de dichas leyes) determinan los modelos posibles de la teoría: “[…] laws are relations which determine possible sequences of states occurrences over time that a system within the law’s intended scope may assume” (Suppe 1989, p. 155). 63

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

A este sistema relacional Suppe lo denomina sistemas físicos causalmente posibles. Éstos –los sistemas físicos causalmente posibles– caracterizarían los “modelos teóricos” de la teoría. Mediante la determinación de los sistemas físicos causalmente posibles (i.e., los modelos), la teoría pretende dar cuenta de cierto ámbito de la experiencia que está constituida por sistemas físicos que ejercen de datos “duros” para la teoría: […] the observation reports or ‘hard’ data to which the theory is applied are partial description of the behavior of some physical system, the physical system being an abstract replica of the phenomena from which the data were collected (Suppe 1989, p. 68).

A este ámbito de la experiencia Suppes lo denominó el alcance pretendido por una teoría (Suppe 1974, 1989). Aunque Suppe coincide con van Fraassen en que aceptar una teoría no requiere necesariamente la aceptación de toda ella, difieren en el tipo de realismo que sostienen – van Fraassen propone un anti-realismo y Suppe un cuasi-realismo–. En este sentido, Suppe sostiene que las teorías no dicen literalmente cómo funciona el mundo, tan solo dan descripciones contrafácticas de cómo funcionaría el mundo en el caso de que los parámetros estimados (por la teoría) no fuesen influidos por los parámetros desestimados, es decir, un sistema físico funcionando de manera aislada. Por tanto, una teoría (o parte de ella) no sería verdadera, por cuanto no describe literalmente al mundo, en el sentido de que solo describe a través de parámetros seleccionados. Aceptando esto, se sigue que una teoría sería contrafácticamente verdadera (comportamiento ideal) ya que desestima parámetros que al menos en algunos casos influyen sobre los sistemas físicos. En este caso, aunque la mayoría de los parámetros se puedan controlar experimentalmente, no es posible controlar su totalidad y como máximo las teorías establecen relaciones homomórficas (a través de descripciones contrafácticas) entre los sistemas físicos causalmente posibles (modelos específicos de la teoría) y los sistemas empíricos particulares (‘hard’ data) de su alcance pretendido:

Theories are asserted to stand in some mapping relationship M to real systems within the scope of the theory. On a realistic version, M would be a homomorphism; on Suppe’s quasi-realistic version, M would be a counterfactual relationship specifying how the real systems would behave were they isolated from influence by variables not in T (Suppe 1998).

La propuesta de Frederick Suppe podría esquematizarse de la siguiente forma:

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Yefrin Ariza

Esquema 8. Enfoque semanticista de Frederick Suppe

3.3.1.4. Estructuralismo metateórico Esta versión de la familia semanticista se originó en la obra de Joseph Sneed “The Logical Structure of Mathematical Physics” (Sneed 1971 [1979]). El trabajo de Sneed es desarrollado en los años 70 y 80, principalmente por Wolfgang Stegmüller (1973, 1979), y sus discípulos C. Ulises Moulines (1975, 1982), y Wolfgang Balzer (1978, 1982, 1985). Este enfoque se denominó inicialmente “visión Ramsey-modificada” o simplemente Sneedismo, después “visión no enunciativa”, y hoy en día “visión estructuralista de las teorías”, “estructuralismo” o, con el fin de distinguirlo de otros estructuralismos, “metateoría estructuralista”, “estructuralismo metacientífico” o “estructuralismo Sneediano” (en algunos círculos anglosajones suelen denominarlo “estructuralismo alemán” o “escuela estructuralista alemana”). Los resultados más importantes de este primer período se sistematizan en el libro de Balzer, Moulines y Sneed, publicado en 1987: “An Architectonic for Science: The Structuralism Program”. Desde entonces, el programa estructuralista continúa su crecimiento y desarrollo a través de los esfuerzos de muchos seguidores, no sólo en Europa central (sobre todo en Alemania, pero también en los Países Bajos y Finlandia), también en los países de habla hispana, que pertenece a Europa y Latinoamérica, como España, México, Colombia y Argentina (cf. Diederich, Ibarra & Mormann 1989, 1994, y Abreu, Lorenzano & Moulines 2013).22 22

Para una presentación completa y totalmente precisa de este programa ver el libro antes mencionado de Balzer, Moulines & Sneed (1987b). Para una presentación breve y más informal ver Moulines (2002).

65

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

La propuesta de Sneed sigue las enseñanzas de su director de tesis, Patrick Suppes, al aceptar la tesis semántica fundamental (según el cual es más adecuado identificar a las teorías mediantes sus modelos, que a través de un conjunto de axiomas), y, al tratar de ser lo más más preciso posible, también en la preferencia pragmática del uso de la teoría (elemental) de conjuntos –siempre que sea posible– como la herramienta formal más importante para el análisis metateórico.23 Sin embargo, esta herramienta formal no es esencial para los procedimientos de representación estructuralista de las ciencias; de hecho, otras herramientas formales también son utilizadas, como la lógica, la teoría de modelos, la teoría de categorías, y la topología, así como las maneras informales de análisis. Pero, en cualquier caso, en los planteamientos estándar de los modelos el estructuralismo metateórico los concibe como estructuras conjuntistas (o modelos en el sentido de la semántica formal), y su clase se identifica por definición (o introducción) de predicados conjuntistas, como Suppes. Adicionalmente, por una parte, Sneed acepta la propuesta de Ernst Adams (1955, 1959) de incluir un componente de carácter pragmático en la elucidación del concepto de teoría empírica, a saber: las aplicaciones intencionales. Ellos constituyen los fenómenos o sistemas a los que se pretende aplicar una teoría. Y, por otro lado, de acuerdo al estructuralismo, hay otros componentes de una teoría empírica además de la clase de modelos M y el dominio de las aplicaciones intencionales I: i) la clase de modelos potenciales de la teoría Mp, ii) la clase de modelos potenciales parciales Mpp, iii) las llamadas condiciones de ligadura C, y iv) los vínculos interteóricos L. Con el fin de caracterizar las nociones básicas estructuralistas debemos tener en cuenta dos distinciones: la distinción entre dos tipos de “condiciones de definición”

23

Balzer, Moulines y Sneed no sólo habían sugerido el empleo de la teoría de categorías como alternativa [al lenguaje conjuntista], sino que en su versión original disponían de “un manuscrito voluminoso que se había vuelto completamente inmanejable [en donde] una porción del texto había sido concebida en el lenguaje de la teoría de categorías […], mientras que otra parte era expuesta en el estilo conjuntista más convencional, acentuando la intuitividad y lo concreto” (Balzer, Moulines & Sneed 1987b, p. xi), hasta que, siguiendo la idea de la Dra. Adriana Valadés de Moulines, deciden “dividir el material en dos textos: uno de un carácter más elemental y concreto (que a su tiempo resultaría en este libro [An Architectonic for Science: The Structuralist Programme]) y otro de una naturaleza más abstracta, que esperamos ser capaces de concluir en el futuro” (Balzer, Moulines & Sneed 1987b, p. xi). A pesar de que el segundo libro anunciado nunca viera la luz del día, en trabajos anteriores ya habían expuesto las ideas centrales de la concepción estructuralista valiéndose del lenguaje de la teoría de categorías (Balzer, Moulines & Sneed 1983, Sneed 1984) y aun habían hecho uso de él para el análisis de una teoría empírica particular, la estequiometría daltoniana (Balzer, Moulines & Sneed 1987a).

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Yefrin Ariza

(también llamadas “axiomas”) de un predicado conjuntista y la distinción entre los términos T-teóricos /T-no-teóricos (o conceptos) de una teoría T. De acuerdo con la primera distinción, hay dos tipos de “condiciones de definición” (o “axiomas”) de un predicado conjuntista: los que constituyen las “condiciones marco” de la teoría y que “no dicen nada sobre el mundo (o no se espera que lo hagan), pero conforman las propiedades formales” (Moulines 2002, p. 5) de los conceptos de la teoría, y los que constituyen las “leyes sustanciales” de la teoría y que “dicen algo acerca del mundo por medio de los conceptos previamente determinadas” (Moulines 2002, p. 5). De acuerdo con la segunda distinción, que sustituye a la tradicional distinción teórico/observacional, es posible establecer, en (casi) cualquier teoría analizada, dos tipos de términos o conceptos: los términos que son específicos o distintivos de la teoría en cuestión y que son introducidos por la teoría (cuyo significado depende de la teoría, o, en una semántica extensional, su extensión sólo puede ser determinada mediante la utilización de la teoría) llamados (términos o conceptos) T-teóricos, y aquellos que están antecedentemente disponibles (cuyo significado no depende de la teoría) y que constituyen su “base empírica” son los llamados (términos o conceptos) T-no-teóricos, que suelen ser teóricos para otras teorías presupuestas T , T ,…etc. La visión estructuralista proporciona un criterio preciso a la T-teoricidad que puede caracterizarse de manera informal como sigue: un término o concepto utilizado por T es T-teórico si y sólo si su extensión no se puede determinar sin presuponer las leyes de T, es decir, si y sólo si todos los métodos de determinación de la extensión del concepto utiliza alguna ley de la T, de lo contrario, el término o concepto utilizado por T es T-no-teórico. Ahora, estamos en condiciones de caracterizar las nociones básicas estructuralistas: 

la clase de los modelos potenciales Mp de la teoría es la clase total de entidades (i,e, de estructuras) que satisface las “condiciones marco” que conforman las propiedades formales de los conceptos de la teoría, pero no necesariamente las “leyes sustanciales” de la teoría;



la clase de modelos (actuales) M de la teoría es la clase de entidades (i.e., de estructuras) que satisface las “condiciones marco”, así como además las “leyes” de la teoría;



la clase de modelos potenciales parciales Mpp que se obtienen de “cortar” los conceptos T-teóricos de los modelos potenciales Mp;

67

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias



las condiciones de ligadura C que caracterizan conexiones o relaciones entre diferentes aplicaciones o modelos de la misma teoría;



los vínculos interteóricos L que caracterizan conexiones “esenciales” de la teoría con otras teorías;



el dominio de las aplicaciones intencionales de una teoría. Aunque está entidad depende en gran medida de factores pragmáticos e históricos que, por su propia naturaleza, no son formalizables, se determinan conceptualmente a través de conceptos ya disponibles, es decir, a través de conceptos T-noteóricos, y por lo tanto cada aplicación intencional puede ser entendida como un sistema empírico (i.e., T-no-teórico) representado por medio de una estructura del tipo de los modelos potenciales parciales Mpp.

Todos estos componentes constituyen el tipo más simple de estructura conjuntista que se puede identificar con, o puede ser considerada como una explicación formal o reconstrucción de, una teoría (en un sentido informal, intuitivo). Esta estructura conjuntista es denominado “elemento teórico”24 y puede ser identificado, en una primera aproximación, con un par ordenado que consiste en el “núcleo (formal)” K –compuesto por las clases ordenadas de modelos potenciales, de modelos actuales, de modelos potenciales parciales, de las condiciones de ligaduras y de vínculos interteóricos i.e., K = Mp, M, Mpp, C, L– y el dominio de aplicaciones intencionales de la teoría I: T = K, I. Las afirmaciones empíricas realizadas por medio de las teorías científicas son del siguiente tipo: que un dominio dado de aplicaciones intencionales puede ser aproximadamente subsumido bajo las leyes, condiciones de ligadura y vínculos de la teoría. Esta afirmación simplemente hace explícita una intención que ya figura implícitamente en el par K, I. Es cierto que si identificamos los elementos teóricos de esta manera, las teorías son, estrictamente hablando, ni verdaderas ni falsas. Las teorías, estos pares, están en una relación uno-a-uno con las entidades que por cierto son susceptibles de ser verdaderas o falsas: sus aserciones. Por lo tanto, aunque no podemos atribuir valores de verdad a las teorías, podemos decir que una teoría es “derivativamente verdadera” si y sólo si todas sus aserciones son ciertas. Si hay un 24

El concepto de elemento teórico puede ser visto como una precisión y elaboración de una idea Kuhniana: “Una teoría consiste, entre otras cosas, de generalizaciones verbales y simbólicas junto con ejemplos de su función en el uso” (Kuhn 1969, p. 501)”.

68

Yefrin Ariza

“cierto sentido” en el que las teorías no son falsables, no es porque no sean entidades a las que no pueden ser atribuidos los predicados de “verdadero o falso”. No pueden ser atribuidos directamente, pero sin duda se pueden atribuir de manera derivada, y esto es suficiente para el sentido importante de falsificación: si la afirmación empírica es falsa, la teoría se convierte en “falseada” en el sentido de que no todo puede seguir siendo lo mismo. Típicamente, en cualquier teoría “realmente existente”, la “versión exacta” de la llamada aserción empírica central de la teoría –de que todo el dominio de las aplicaciones intencionales I pueden ser realmente subsumidas (exactamente) bajo K– puede ser estrictamente falsa. Lo que suele ocurrir es que, o hay una subclase de aplicaciones intencionales para las que la afirmación empírica sea verdadera, o que la aserción empírica central es falsa, pero aproximativamente verdadera.25 Algunos componentes del concepto estructuralista de un elemento teórico puede esquematizarse como sigue:

Esquema 9. Representación de algunos componentes del concepto estructuralista de elemento teórico

Es importante señalar que en el esquema anterior se presenta el esquema básico de una teoría, incluye sólo la clase de modelos (actuales) M y el dominio de las aplicaciones intencionales I. Pero, como se ha mencionado, de acuerdo con el estructuralismo, una teoría empírica tiene más componentes: i) la clase de modelos potenciales de la teoría

25

Vale la pena señalar que el estructuralismo metateórico per se es neutral con respecto a la cuestión del realismo científico (cf. Sneed 1983, Stegmüller 1986), entendido en términos de la “descripción verdadera” (o “ descripción aproximadamente verdadera”) del “mundo real” dado por una teoría, o de la “realidad” denotada por los términos T-teóricos de una teoría, aunque hay partidarios de este enfoque que han abordado el problema dentro de este marco metateórico y se han posicionado en contra del realismo científico.

69

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

Mp, ii) la clase de modelos potenciales parciales Mpp, iii) las condiciones de ligadura C, y iv) las relaciones interteóricas L. La clase de modelos actuales M tienen una relación de inclusión en la clase de los modelos potenciales de la teoría Mp. La relación entre M y Mp puede esquematizarse de la siguiente manera:

Esquema 10. Esquema de la relación de M y Mp

Se introduce la distinción teórico/no-teórico relativizada a una teoría −que induce la distinción entre la clase de modelos potenciales y la clase de modelos potenciales parciales y permite caracterizar lo “empírico”, es decir, T-no-teórico, independiente, la base de contrastación y el dominio de aplicaciones intencionales−. La clase de modelos potenciales parciales Mpp se obtienen de “recortar” los conceptos T-teóricos de los modelos potenciales Mp. Este “recorte” puede ser esquematizado de la siguiente manera:

Esquema 11. Esquema de los modelos potenciales parciales Mpp, obtenidos al “recortar” los conceptos Tteóricos de los modelos potenciales Mp

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Yefrin Ariza

Las aplicaciones intencionales I tienen una relación de inclusión con la clase de modelos potenciales parciales Mpp de la teoría. Las I y su relación con los Mpp puede esquematizarse como sigue:

Esquema 12. Esquema del conjunto I y su relación los Mpp.

Los otros componentes, aunque menos evidentes (pasan desapercibidos para otros enfoques de la familia semántica) pero igualmente esenciales, en la caracterización de una teoría: las condiciones de ligadura C que representan relaciones intermodélicas, es decir, las relaciones entre modelos de la misma teoría−; y los vínculos interteóricos L que representan relaciones interteóricas, es decir, las relaciones de los modelos potenciales (parciales) de una teoría, a través de ciertos conceptos, los T-no-teóricos, con los modelos de otras teorías, podríamos esquematizarlos como sigue:

Esquema 13. Representación de las condiciones de ligadura C

71

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

Esquema 14. Representación de los vínculos interteóricos L (líneas rojas)

Como vemos, el esquema básico o central para la familia semanticista en el caso del enfoque estructuralista es más rico, ya que lo que representamos en una de las ‘cajas’ como la clase de modelos (esquema 9), sería de forma más precisa el conjunto (formal ) del núcleo de la teoría (entendido como un elemento teórico), que incluye otros tipos de modelos: la clases de modelos potenciales y de modelos potenciales parciales, así como las conexiones (condiciones de ligadura) entre los diferentes modelos del elemento teórico y las conexiones “esenciales” con otras teorías (vínculos interteóricos). Presentamos entonces a continuación una versión más completa de la representación esquemática de un elemento teórico:

Esquema 15. Esquema más preciso de un elemento teórico para la metateoría estructuralista

72

Yefrin Ariza

Los casos más simples (de teorías) pueden ser reconstruidos como un elemento teórico, pero normalmente las teorías en el sentido intuitivo han de ser concebidas como agregados de varios elementos teóricos. Estos agregados se denominan redes teóricas. Se componen de un conjunto jerárquicamente organizado de elementos teóricos vinculados por un tipo particular de relación interteórica denominada “especialización”, la cual es reflexiva, antisimétrica y transitiva.26 Basically, a theory-net is a partially ordered set of theory-elements with a basic element on the “top”, from which the rest of the theory-elements come out by a process of successive restrictions of the class of actual models (and constraints and links) and of the range of intended applications. What gives its unity to the theory-net is the basic element (Moulines 2002, p. 8).

Una red teórica es el concepto estructuralista de “teoría” estándar desde un punto de vista estático o sincrónico. Lo podríamos esquematizar de la siguiente forma:

26

El concepto de red teórica se puede ver, de nuevo, como la precisión y la elaboración de otra idea de Kuhn, a saber, la idea de “principio general más relación de especificación”: “[…] generalizations [like f = ma…] are not so much generalizations as generalization-sketches, schematic forms whose detailed symbolic expression varies from one application to the next. For the problem of free fall, f = ma becomes mg = md2s/dt2. For the simple pendulum, it becomes mgSinθ = – md2s/dt2. For coupled harmonic oscillators it becomes two equations, the first of which may be written m1d2s1/dt2 + k1s1 = k2(d + s2 – s1). More interesting mechanical problems, for example the motion of a gyroscope, would display still greater disparity f = ma and the actual symbolic generalization to which logic and mathematics are applied” (Kuhn [1970], p. 465).

73

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

Esquema 16. Representación esquemática de una red teórica

La estructura de una teoría desde un punto de vista estático o sincrónico puede ser representada como una red teórica (figura 16), donde los nodos representan los diferentes elementos teóricos y las líneas representan las relaciones de especialización. Una teoría también puede ser concebida como un tipo de entidad que se desarrolla en el tiempo. Una teoría en el sentido diacrónico no es una red teórica que sigue vigente en la misma forma a través de la historia, sino una red teórica cambiante. Tal entidad es llamada una evolución teórica.27 Se trata básicamente de una secuencia de redes teóricas que cumplen dos condiciones: en el nivel de los núcleos, se requiere por cada red teórica nueva, que en la secuencia, todos sus elementos teóricos son especializaciones de algunos elementos teóricos de la red teórica anterior; a nivel de las aplicaciones intencionales, se requiere que los dominios de la red teórica nueva tengan al menos algún solapamiento parcial con los dominios de la red teórica anterior (Balzer, Moulines & Sneed 1987b, pp. 218-219). Una representación esquemática de la noción de red teórica podría ser la siguiente:

Esquema 17. Representación esquemática de la noción de red teórica

Desde la publicación de “An Architectonic for Science: The Structuralism Program” (traducida y revisada por Pablo Lorenzano [2012]), el instrumental de la metateoría estructuralista ha permitido develar los elementos principales de la identidad de las teorías científicas y han permitido analizar/reconstruir teorías de una buena cantidad de 27

Una vez más, el concepto de red teórica puede ser visto como una precisión de otra idea de Kuhn, a saber, el de la ciencia normal.

74

Yefrin Ariza

disciplinas científicas, y consecuentemente, aportar a la elucidación de conceptos y temas clásicos de la filosofía de la ciencia contemporánea. Ulises Moulines en el prólogo a

la edición en castellano de “An Architectonic for Science: The

Structuralism Program” señala (pp. 17-18) que desde 1987 se ha aplicado la metodología estructuralista a teorías de: 

la metrización fundamental (José A. Díez);



las ciencias de la computación (Wolfgang Balzer, Charles-David Wajnberg);



la física y la astronomía (Thomas Bartelborth, Thomas Brückner, Ulrich Gahde, C. Ulises Moulines, Martin Rotter);



la química (Maria Caamaño, Theo Kuipers);



la bioquímica (Ana Donolo, Lucía Federico, César Lorenzano, Pablo Lorenzano);



la biología (Wolfgang Balzer, Mario Casanueva, Pablo Lorenzano, Diego Méndez);



la neurofisiología y la psicología (Wolfgang Balzer, John Bickle, César Lorenzano, Klaus Manhart, Rainer Reisenzein, Rainer Westermann, Hans Westmeyer);



la economía (Alfonso Ávila del Palacio, Wolfgang Balzer, Werner Diederich, Adolfo García de la Sienra, Bert Hamminga);



la lingüística (Wolfgang Balzer, Adriana Gonzalo, Luis Miguel Peris-Viñé).

Y ha contribuido a la elucidación de conceptos y temas clásicos de la filosofía de la ciencia: 

argumentos en favor del holismo científico (Ulrich Gahde);



la contraposición entre fundamentismo y coherentismo en la filosofía de la ciencia científica (José Luis Falguera);



la relación entre teoría y experiencia (José A. Diez, José Luis Falguera, Jesús P. Zamora Bonilla);



la naturaleza de las explicaciones científicas (Thomas Bartelborth, John Forge);



el método hipotético-deductivo (Wolfgang Balzer, Theo Kuipers);



aproximación e idealización en la ciencia (Wolfgang Balzer, Xavier de

75

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias

Donato, Theo Kuipers, C. Ulises Moulines, Reinhard Straub); 

las relaciones interteóricas y en especial la reducción de teorías (John Bickle, C. Ulises Moulines, Marek Polanski);



los aspectos pragmáticos de la ciencia (Werner Diederich, C. Ulises Moulines, Matti Sintonen);



la comparación del estructuralismo metateórico con otros enfoques generales en filosofía de la ciencia, como el positivismo lógico (Thomas Mormann), la concepción de los dos niveles (Holger Andreas), la teoría de los paradigmas de Kuhn y la tesis de la inconmensurabilidad (María Caamaño, José Luis Falguera, Juan Manuel Jaramillo, el propio Thomas Kuhn, Pablo Lorenzano, C. Ulises Moulines), el empirismo constructivo de van Fraassen (Werner Diederich, Ana Rosa Pérez Ransanz) o el pluralismo modelista de Nancy Cartwright (Ulrich Gahde).

Estas aportaciones han permitido postular a la metateoría estructuralista como una concepción metateórica de un alto grado de adecuación y precisión para los estudios generales de la filosofía de la ciencia y para los estudios de caso concretos.

3.3.2. Aspectos comunes y diferencias Aceptamos que los aspectos básicos e irreducibles de la familia semanticista no son negados por los cuatro enfoques semánticos que parten de la estructura central, respetándola y preservándola en el desarrollo de cada propuesta específica, aunque cada enfoque semántico difiere en la forma de caracterizar algunos elementos estructurales de las teorías. En la tabla siguiente se presenta una síntesis de los principios específicos de los cuatro enfoques de la familia semanticista: Enfoque de Giere 1. Noción de Una entidad “modelo” abstracta, una representación mental (interna, abstracta y no lingüística) de la realidad 2. Identificación Por leyes y de la clase de ecuaciones

Enfoque de van Enfoque de Enfoque Fraassen Suppe estructuralista Una estructura Sistemas físicos Una estructura matemática causalmente matemática posibles (descripciones contrafácticas)

Por (trayectorias Por (trayectorias Por un predicado o regiones en) o regiones en) conjuntista

76

Yefrin Ariza

modelos 3. Caracterizaci Sistemas ón de los reales “sistemas empíricos”

un espacio estado Modelos datos representan fenómenos

de un espacio de fase de Sistemas Aplicaciones que empíricos (datos intencionales os ‘duros’) representadas por los conceptos Tno-teóricos Subsunción Homomorfismo Subsunción

4. Relación Similaridad entre los modelos y los sistemas empíricos 5. Componentes Una familia de Una clase de Los modelos de una teoría modelos y sus modelos y sus teóricos (un hipótesis hipótesis sistema teóricas teóricas relacional integrado por todos los estados (lógicamente) posibles de todos los sistemas físicos (lógicamente) posibles de la teoría junto con las leyes de la teoría.

Entendida como un elemento teórico: el núcleo (que consta de las clases de modelos potenciales, de modelos, de modelos potenciales parciales, de las condiciones de ligadura y de los vínculos interteóricos) y el dominio de aplicaciones intencionales. Entendida como una red teórica: una red jerárquicamente ordenada de elementos teóricos relacionados mediante especializaciones. Entendida como una evolución teórica: una secuencia de redes teóricas que cumplen requisitos adicionales.

Tabla 1. Aspectos específicos de los cuatro enfoques de la familia semanticista

La identificación de las similitudes y diferencias entre estos enfoques podría sugerir que la metateoría estructuralista es una opción interesante cuando se pretende vincular tratamientos metateóricos o contenidos metateóricos con la didáctica de las ciencias. Esta posición surge debido a que: 77

Contribuciones a la didáctica modeloteórica de las ciencias



Con respecto de los análisis realizados en la fase clásica de la filosofía de la ciencia, recupera su ideal formalista, refinándolo y reconsiderándolo a través de otros “recursos formales” (como la teoría de conjuntos) que han resultado ser útiles para la elucidación de la estructura interna de una gruesa cantidad de teorías científicas.



En cuanto al análisis metateórico de la “nueva filosofía de la ciencia” ha conectado

y

afinado

nociones

historicistas

principales

(p.e.,

inconmensurabilidad, ciencia normal, etc.), con los estudios básicos acerca de las teorías. 

Entre los enfoques semánticos, el estructuralismo es el que ofrece el análisis más detallado de la estructura de las teorías, tanto de sus componentes sincrónicos como de sus componentes diacrónicos. Y esto puede tener que pagar un precio: “Este es el panorama complejo de la ciencia que ofrece el estructuralismo. Una imagen bastante complicada, de hecho. ¡Demasiado complicada! –algunos podrían exclamar–” (Moulines 2002, p. 9). Sin embargo, por favor, no “culpen al mensajero”: “la culpa de esta complicación (si se trata de un fallo en absoluto) no reside en la imagen externa, sino más bien en el objeto representado. Después de todo, la estructura de la ciencia teórica es un asunto bastante complicado” (Moulines 2002, p. 9). 28



El estructuralismo es también el enfoque semántico que ha analizado y reconstruido un mayor número de teorías particulares, su estructura y sus bases conceptuales, que van desde la física y la química a través de la biología, la neurofisiología y la psicología a la sociología, la economía, las ciencias de la administración, la lingüística y la teoría literaria.



En cuanto a las propuestas actuales de la filosofía de la ciencia, ha logrado resultados interesantes de acuerdo con muchos de los problemas clásicos de la filosofía de la ciencia, y las discusiones más específicas sobre las teorías científicas actuales.

28

Algunos autores han reconocido el desarrollo y avance del programa estructuralista. Nancy Cartwright sugiere que, en comparación con otros enfoques semánticos “the German structuralists undoubtedly offer the most satisfactory detailed and well illustrated account of the structure of scientific theories on offer” (Cartwright 2008, p. 65). Sebastián Enqvist hace una observación similar al afirmar que “The structuralist model of theories is impressive in two respects: first, it presents a very detailed analysis of what may be called the deep structure of an empirical theory. Second, it has been shown that a range of actual scientific theories can be reconstructed as theory nets” (Enqvist 2011, p. 107).

78

4.

ANÁLISIS ESTRUCTURALISTA DE LA TEORÍA DE LA NATURALEZA DEL ENLACE DE VALENCIA

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

En 1916, Gilbert Newton Lewis (1875-1946) publicó su trabajo “The Atom and the Molecule”, en el cual presentaba la estructura interna de los elementos químicos y la forma en la cual los electrones interactúan para conformar sustancias polares y no polares, en lo que se denominó “la teoría del átomo cúbico”, constituyendo la base para la teoría del par electrón (Russell 1971). Sus ideas fueron seguidas (y desarrolladas) por científicos como Irving Langmuir (1919), Walter Heitler & Fritz London (1927) y Linus Carl Pauling (1931, 1939), entre otros. Estos trabajos constituyen sendas referencias en la literatura química contemporánea y constituyen la base teórica y experimental para uno de los conceptos más importante de esta disciplina: el enlace químico. Con la presentación de la ecuación de Schrödinger en 1925 se lograba describir un átomo a través de su interpretación como una partícula masiva no relativista, pero no era posible la descripción de sistemas multielectrónicos. Walter Heitler y Fritz London en 1927 publicarían “Wechselwirkung neutraler Atome und homöopolare Bindung nach der Quantenmechanik” constituyendo, junto con la teoría de los orbitales moleculares (Hund 1927, Lennard-Jones 1929, Mulliken 1932), las primeras aproximaciones de la mecánica cuántica a la química y, consecuentemente, constituiría lo que podría considerarse como el nacimiento de la química cuántica. Slater (1929) y Pauling (1931, 1939) complementarían la propuesta de Heitler y London, al introducir nociones como “resonancia” e “hibridación de orbitales” a la versión estándar de la teoría del enlace de valencia. En términos generales, la teoría del enlace de valencia asume que los electrones ocupan orbitales atómicos cuando participan de un enlace atómico (a diferencia de la teoría del orbital molecular que asume que los electrones ocupan orbitales moleculares a partir de los orbitales atómicos). Explica entonces la naturaleza de los enlaces a través del solapamiento de orbitales atómicos ocupados por solo un electrón, y consecuentemente, la combinación de los espines electrónicos de cada electrón. Las propiedades del enlace se describen mediante funciones de onda de las estructuras resonantes de los átomos del enlace. Asimismo, mediante la noción de extensión de solapamiento, se da cuenta de la fortaleza del enlace y permite identificar la orientación de los enlaces atómicos, lo que constituye la base para la identificación de la forma o geometría molecular. En la actualidad, la teoría del enlace de valencia es objeto de estudio por su relación con otras teorías del enlace químico (p.e., Hettema 2012a, 2012b, Harris 2008, Hendry 2008, Hoffman, Hiberty & Shaik 2003, McWeeny 1979), la importancia de su estudio 80

Yefrin Ariza

con la discusión sobre la reducción de la química a la física (Harris 2008, Labarca & Lombardi 2010, Scerri 2007, Schummer 2010, Soukup 2005) o su posible reconstrucción informal usando herramientas del estructuralismo metateórico (Hettema 2012b).

4.1.

TEORÍA GENERAL DEL ENLACE DE VALENCIA

La teoría propone que un enlace par-electrón resulta cuando dos átomos se aproximan el uno al otro de tal manera que los orbitales de valencia de cada átomo ocupados por un solo electrón se superponen o se solapan (overlapping), permitiendo el apareamiento de electrones con espines opuestos. La valencia de un átomo, podría verse como determinada por el número de electrones desapareados que ocupan orbitales atómicos. Las ideas principales de la propuesta de Heitler y London (1927) pueden resumirse como sigue: -

Los enlaces covalentes están formados por el solapamiento de orbitales atómicos, cada uno de los cuales contienen un electrón desapareado con diferente (opuesta) orientación del espín electrónico.

-

Cada uno de los átomos enlazados mantiene sus propios orbitales atómicos, pero el par de electrones en los orbitales enlazados es compartido por ambos átomos.

-

Dos electrones que forman un par compartido no pueden tomar parte en la formación de pares adicionales.

Pauling (1931) retoma los aportes de Heitler y London (1927) y propone las que denomina “reglas”: In addition we postulate the following three rules, which are justified by the qualitative consideration of the factors influencing bond energies […] 1.

The main resonance terms for a single electron-pair bond are those involving only one eigenfunction from each atom.

2.

Of two eigenfunctions with the same dependence on r, the one with the larger value in the bond direction will give rise to the stronger bond, and for a given eigenfunction the bond will tend to be formed in the direction with the largest value of the eigenfunction.

81

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

3.

Of two eigenfunctions with the same dependence on θ and φ, the one with the smaller mean value of r, that is, the one corresponding to the lower energy level for the atom, will give rise to the stronger bond.

Here the eigenfunctions referred to are those for an electron in an atom, and r, θ and p are polar coordinates of the electron, the nucleus being at the origin of the coordinate system (Pauling 1931, p. 1369).

Pauling introduce dos nociones fundamentales: hibridación y resonancia. Aunque formalmente parece haber una restricción que prohíbe que los electrones apareados en un átomo se separen, se considera admisible si durante el proceso de desapareamiento junto con la promoción a otro orbital de uno de los electrones (hibridación), no implica una cantidad excesiva de energía, lo que puede transcurrir si no hay variación del número cuántico principal. Se introduce entonces el término “orbital híbrido” para explicar la mezcla de orbitales atómicos en un átomo (por lo general el átomo central) que generan un conjunto de orbitales híbridos disponibles para enlaces de valencia. El sistema puede ser descrito entonces mediante una función de onda antisimétrica 𝜓 (función de enlace de Heitler y London). A través del concepto de resonancia se puede representar la estructura de una molécula y describir los valores de 𝜓 (función de onda de Heitler y London) mediante la combinación lineal de las funciones de onda de las estructuras posibles de una molécula (estructuras resonantes o en resonancia) que no coinciden con la estructura empírica si se toman por separado. Este híbrido de estructuras suele denominarse híbrido de resonancia. Este híbrido de resonancia permite referirse a la probabilidad finita de que ambos electrones estén asociados con el mismo núcleo en un instante determinado. Un híbrido de resonancia sería entonces una representación de una estructura molecular mediante diferentes estructuras moleculares individuales (formas canónicas), ninguna de las cuales representa en sí misma a la molécula, sino que ésta es diferente de todas y cada una de las formas canónicas. Para el caso de un enlace en el que participan dos átomos tendríamos, cuando los átomos se encuentran distantes y sin interacción, la función de onda 𝜓: I.

𝜓 = 𝜑𝑎(1) 𝜑𝑏(2)

Donde 𝜑 es la función de onda que representa el orbital atómico implicado en enlace, a y b designan cada núcleo de los átomos del enlace, y sus electrones respectivos son designados como 1 y 2. Cuando se considera que 1 y 2 son electrones de espines contrarios (+1/2, -1/2), a medida que se acercan se inicia una interacción atractiva, que 82

Yefrin Ariza

pasa a ser repulsiva cuando la distancia r es considerablemente pequeña. Si consideramos a los electrones como partículas indistinguibles, una descripción igualmente válida del sistema podría ser: I’. 𝜓 = 𝜑𝑎(2) 𝜑𝑏(1) La función de onda del sistema considerando la probabilidad de que un electrón se encuentre en las proximidades del otro átomo sería: 𝜓 = 𝜑𝑎(1) 𝜑𝑏(2) + 𝜑𝑎(2) 𝜑𝑏(1) Si se considera que aunque los electrones tienden a repelerse y alejarse entre sí, también existe la probabilidad de que ambos electrones puedan encontrarse en las proximidades de uno de los dos átomos, lo que genera parejas de iones las cuales influyen en la estabilización del sistema: II. 𝜓 = 𝜑𝑎(1) 𝜑𝑎(2) II’. 𝜓 = 𝜑𝑏(1) 𝜑𝑏(2) Ahora, podríamos describir el sistema mediante la función de onda de Heitler y London como sigue: 𝜓𝐻𝐿 = 𝜑𝑎(1) 𝜑𝑏(2) + 𝜑𝑎(2) 𝜑𝑏(1) + 𝜆 [𝜑𝑎(1) 𝜑𝑎(2) + 𝜑𝑏(1) 𝜑𝑏(2) ] La resonancia entre las estructuras I, I’ y II, II’ (representadas por cada una de las probabilidades que se enuncian en 𝜓𝐻𝐿 ) se conoce como resonancia iónica-covalente y la energía adicional del enlace resultante de ella recibe el nombre de energía de resonancia iónica-covalente. Se imponen algunas condiciones adicionales para que exista la resonancia, es decir y más precisamente, las condiciones generales impuestas por la teoría a las funciones de onda de estructuras simples para que éstas contribuyan de forma apreciable a la función de onda total del enlace: que las estructuras contribuyentes deben tener energías semejantes, que las posiciones relativas de los núcleos deben ser aproximadamente las mismas, y que el número de electrones desapareados debe ser el mismo. Las aportaciones de Pauling y Slater amplían las nociones propuestas por Heitler y London y aportan a la explicación del carácter direccional de los enlaces. 83

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

De acuerdo con Pauling (1931), una molécula alcanza un máximo de estabilidad cuando todos y cada uno de sus orbitales atómicos están utilizados, acomodando electrones no enlazantes (p.e., de las capas internas) o formando enlaces mediante el solapamiento de los orbitales de cada átomo. La fuerza del enlace aumentara, cuanto mayor sea la extensión del solapamiento. La extensión del solapamiento de los orbitales puede medirse mediante la integral de las funciones de onda de los orbitales participantes en el enlace: 𝑒𝑠 = ∫ 𝜑𝑎 𝜑𝑏 𝑑𝑟 Donde 𝜑𝑎 𝜑𝑏 corresponden a las funciones de onda de los orbitales de los átomos a y b que intervienen en el enlace, y r la distancia internuclear entre los mismos. Si el solapamiento es menor que 0 (es < 0) habrá repulsión y no se formará el enlace. Si la extensión del solapamiento es igual a 0 (es = 0) presentara tangencia. Si la extensión del solapamiento es mayor que 0 (es > 0) habrá superposición (enlace par-electrón), y más fuerte cuanto mayor sea es. De dos autofunciones con la misma dependencia de r, el que tiene el valor más alto en la dirección del enlace dará lugar a la unión más fuerte, y para una determinada autofunción del enlace tenderá a formarse en la dirección con el mayor valor de la autofunción. Es decir, de dos orbitales de un átomo que participan en un enlace, aquel que puede solapar más el orbital del otro átomo (mayor extensión de solapamiento) formará el enlace más fuerte, haciendo que el enlace tienda a dirigirse hacia la orientación espacial del orbital concentrado. De esta forma se hace posible la predicción y el cálculo de los ángulos de enlaces así como las estructuras moleculares. Según esto, es posible obtener información acerca de la estereoquímica de las moléculas y justificar su forma molecular.

4.2.

¿QUÉ QUIERE EXPLICAR LA TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA?

En las presentaciones usuales de la teoría del enlace de valencia se presenta a esta teoría como pretendiendo responder a dos preguntas principales: ¿cuál es la naturaleza del enlace de valencia? y ¿cuáles son las propiedades (energía y orientación espacial) del enlace? Consideramos que la primera pregunta puede ser respondida sin resolver la segunda pregunta. Sin embargo, también podríamos considerar que la determinación de la energía del enlace puede hacerse independientemente de la determinación de la

84

Yefrin Ariza

orientación espacial. Luego de construir una explicación para dar cuenta de la naturaleza del enlace, con la introducción de algunas funciones y relaciones adicionales, es posible explicar la energía del enlace y, partiendo de allí, podría ser posible explicar la orientación espacial de los enlaces, nuevamente agregando algunas funciones y relaciones, lo que explicaría la forma molecular.29 Podríamos, entonces, en una primera teoría, dar razón de cómo el carbono pueden formar más de dos enlaces (y no dos nada más, como lo sugerían teorías atómicas previas mediante el uso de la configuración electrónica de los átomos). Mediante una segunda teoría, podría darse razones para sugerir que en un enlace atómico la existencia de estructuras iónicas contribuye a la energía del enlace y la determinación de la fortaleza del enlace indicaría cuáles serían las disposiciones espaciales de dichos enlaces. Aunque no realizamos el análisis detallado de la relación específica de estas (posibles) teorías, lo que podría constituir un trabajo posterior, podríamos informalmente sugerir la existencia de relaciones de teorización. Para el caso de la teoría de la naturaleza del enlace (que llamaremos NEV) y la teoría de la energía del enlace (que podríamos llamar EEV) podría tratarse de una teorización fuerte, en donde todos los conceptos EEV-no-teóricos provienen de NEV (sean NEV-teóricos o NEV-noteóricos). Si llamáramos a la teoría de la orientación espacial del enlace de valencia OEV, los mismo ocurriría para el caso de OEV y EEV: tendríamos que OEV es una teorización fuerte de EEV.30

29

En un análisis posterior podría plantearse la necesidad de establecer las relaciones interteóricas de (toda) esta teoría con la mecánica cuántica. El análisis sobre la forma en la que la teoría del enlace de valencia explica la “forma molecular” resulta interesante cuando se establecen los vínculos que pueda tener esta teoría con la mecánica cuántica. Si solo hiciéramos referencia a la explicación de la forma molecular como lo postula Pauling (1931), es una aplicación intencional (incluso exitosa) de la teoría del enlace de valencia de forma clara. En el caso de la mecánica cuántica, resulta un tanto más forzoso decir que la “forma molecular” haría parte también de las aplicaciones intencionales. La geometría molecular es una aplicación introducida por los químicos y, de hecho, los físicos tienden a reconocer que la noción de geometría molecular (molecular shape) es problemática en el ámbito de la mecánica cuántica, ya que la descripción de los estados estacionarios cuánticos de una molécula no soporta el concepto de geometría molecular (cf. Woolley 1976, 1977, 1978, Woolley & Sutcliffe 2003). Aun así, en química algunas propiedades de las moléculas como reactividad, polaridad, fase, color, magnetismo y actividad biológica son descritas en función de la geometría molecular: “This calculation provides the quantum mechanical justification of the chemist’s tetrahedral carbon atom, present in diamond and all aliphatic carbon compounds, and for the tetrahedral quadri pounds, and for the tetrahedral quadri phosphorus atom, as in phosphonium compounds, the tetrahedral boron atom in B 2H6 (involving single-electron bonds), and many other such atoms.” (Pauling 1931, p. 1378). 30 Estos supuestos debieran esclarecerse al realizar la reconstrucción tanto de EEV y OEV. Por ahora, podrían funcionar como “hipótesis de trabajo” en las futuras reconstrucciones.

85

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

Como se mencionó, en las presentaciones usuales de la teoría del enlace de valencia no se realiza esta distinción. Esto podría deberse a la ausencia de un instrumental metateórico adecuado para indicar la distinción. En los siguientes apartados realizaremos un análisis estructuralista de NEV.

4.3.

ANÁLISIS ESTRUCTURALISTA DE NEV

NEV pretende dar cuenta de la naturaleza del enlace de valencia, es decir, dar una explicación de porqué dos átomos se unen para compartir electrones. En la teoría de Lewis se aceptaba que dos átomos estaban unidos en un enlace covalente ya que compartían pares de electrones y la determinación de la cantidad de enlaces que podría tener un átomo se daba mediante la configuración electrónica de dicho átomo, lo que brindaba la información acerca de la cantidad de electrones del ultimo nivel de energía que estaban disponibles para compartir. Para NEV, se requiere cumplir ciertas restricciones para que pueda darse una unión química que implique la compartición de electrones. Algunas teorías atómicas (p.e., Bohr, Thompson) habían dado descripciones sobre los átomos que permitían describir a los electrones en términos de los niveles de energía, subniveles de energía y orbitales atómicos (entendidos como orbitas definidas). De esta manera, un átomo podría entenderse como constituido por núcleos, electrones ocupando niveles internos (anteriores al nivel de valencia) y electrones ocupando el nivel de valencia, en orbitales atómicos. NEV establece la restricción de que los electrones que ocupan orbitales atómicos (espacios de probabilidad) de los átomos que participan en el enlace se encuentren desapareados y su valor de espín sea opuesto. El número de orbitales atómicos ocupados por un electrón que tiene un átomo podría ahora interpretarse como la valencia atómica. Con consideraciones previas a NEV era posible, en un primer momento, explicar la forma en la que los electrones estaban dispuestos en el átomo de hidrogeno para producir su unión en la molécula de hidrogeno (H2). Es decir que bastaba con suponer que una configuración electrónica del hidrógeno en la que su último nivel (único nivel) de energía tenía un solo electrón y con ello posibilitaba la unión con otro átomo de hidrogeno. El requerimiento principal, ahora en NEV sería entonces que el orbital atómico del último nivel de energía del átomo se encontrara ocupado por solamente un electrón y éste, a su vez, tener un valor de espín contrario con el otro átomo al cual se une. Sin embargo, en la descripción de la unión química recurriendo exclusivamente a la

86

Yefrin Ariza

configuración electrónica de los átomos, se podría predecir, para moléculas en las que participara el átomo de carbono, solo uniones covalentes con solamente dos átomos. Esto, debido a que en el átomo de carbono, el último nivel (o nivel de valencia) solo tiene disponibles para el enlace dos orbitales ocupados por un electrón. ¿Por qué entonces se encontraban átomos de carbono con cuatro enlaces con, por ejemplo, cuatro hidrógenos? Este sería el caso del metano (CH4). La forma de explicar este tipo de enlaces es, para Pauling, a través de la noción de hibridación. Pauling sugiere que en el átomo de carbono los orbitales s y p de su último nivel de energía se hibridan para formar orbitales híbridos que tendrían valores de energía y orientaciones espaciales que serían la media aritmética de los orbitales que participan de la hibridación. Para el caso específico del metano, la hibridación previa a la formación de los enlaces se daría con participación del orbital atómico s que está ocupado por dos electrones, con los tres orbitales atómicos p, dos de los cuales están ocupados por un electrón, y el tercero será un orbital atómico vacío. Esto permitiría, ahora, que el carbono tenga cuatro orbitales atómicos híbridos ocupados por un electrón, disponibles para los enlaces. La cantidad de orbitales que participan en la hibridación, sería la misma cantidad de los orbitales híbridos resultantes. De esta manera, el átomo de carbono unido a cada átomo de hidrogeno en el metano, estaría conformado mediante la superposición o solapamiento de orbitales híbridos que tiene un solo electrón con opuesta orientación de espín respecto del electrón compartido por el hidrógeno. Por tanto, en un enlace pueden participar tanto orbitales atómicos puros, como orbitales atómicos híbridos, siempre que cumplan las restricciones de los espines y de la disposición de un solo electrón por cada orbital atómico que participe del enlace. Presentaremos a continuación el análisis estructuralista para NEV.

4.3.1. Modelos potenciales de NEV D1

Mp(NEV):

𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉

es

un

modelo

potencial de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia (x ∈ Mp(NEV)) syss: (1)

𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉

(2)

𝑁 es un conjunto finito, no vacío (“núcleos atómicos”)

(3)

𝐸𝑖 , 𝐸𝑣 son conjuntos finitos, no vacíos y tales que 𝐸𝑖 ∩ 𝐸𝑣 = ∅ (Def. )𝐸𝑖 ∪ 𝐸𝑣 = 𝐸 (“electrones”)

87

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

(4)

𝐴 ⊆ 𝑁1 × Pot(𝐸𝑖 ) × Pot(𝐸𝑣 ) es no vacío (“átomos”)

(5)

𝐸𝐿𝐶 ⊆ 𝐴 × 𝐴 (“enlace”)

(6)

𝐸𝑆𝑃 (“espacio euclidiano de tres dimensiones”)

(7)

𝑇 = {𝑡1 , 𝑡2 } (“tiempo”)

(8)

̅̅̅̅ son conjuntos finitos, no vacíos y tales que 𝐸𝑄 ∩ 𝐸𝑄 ̅̅̅̅ = ∅ (Def. )𝐸𝑄 ∪ 𝐸𝑄, 𝐸𝑄 ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 = 𝑄 (“estados cuánticos”) 1

1

(9)

𝑆𝑃 = {+ 2 , − 2} (“valores de espín”)

(10)

𝑠: 𝐸 → 𝑆𝑃 (“espín”)

(11)

𝜑: 𝐸𝑣 × 𝐸𝑆𝑃 × 𝑇 → 𝑄, 𝑐𝑜𝑛 ‖𝐸𝑣 ‖ = {0, 1, 2} (“orbital atómico”)

(12)

𝜉 ⊆ 𝜑 × 𝜑 (“solapamiento”)

(13)

𝑣 ⊆ 𝐴 × Pot(𝜑(𝐸1 )) (“valencia”)

Comentarios sobre los axiomas -

N representa al núcleo atómico. Puede interpretarse como el origen de las coordenadas espaciales polares sobre las que se describe el estado del electrón.

-

Los conjuntos 𝐸𝑖 y 𝐸𝑣 representan a los electrones internos (o anteriores al nivel de valencia) y a los electrones del nivel de valencia (último nivel de energía). De modo que conforman la partición de un conjunto E de electrones, definido a partir de la unión 𝐸𝑖 ∪ 𝐸𝑣 = 𝐸 y tal que 𝐸𝑖 ∩ 𝐸𝑣 = ∅. En un enlace, los electrones que son compartidos pertenecen al subconjunto 𝐸𝑣 .

-

𝐴 representa los átomos. Es un subconjunto del producto cartesiano 𝑁1 × 𝑃𝑜𝑡(𝐸𝑖 ) × 𝑃𝑜𝑡(𝐸𝑖 ). Cada elemento 𝑎 ∈ 𝐴 se considera entonces como un tuplo 〈𝑁, 𝐸𝑖 , 𝐸𝑣 〉. En esta caracterización no serán esenciales para la presentación de la teoría otros componentes de los átomos (protones, neutrones, etc.). No es por tanto una caracterización exhaustiva de la noción de átomo.

-

𝐸𝐿𝐶 representa el enlace entre dos átomos. Se entenderá como una relación entre dos átomos los cuales comparten un par de electrones. Corresponde con la noción de “enlace” clásica.

-

ESP representa un espacio euclidiano de tres dimensiones, con valores en ℝ3 .

88

Yefrin Ariza

-

T representa el tiempo y {𝑡1 , 𝑡2 } representan dos instantes temporales.

-

̅̅̅̅ representan los estados cuánticos. Conforman una partición de un 𝐸𝑄 y 𝐸𝑄 conjunto Q de “estados cuánticos” definido a partir de la unión 𝐸𝑄 ∪ ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 = 𝑄 y tal que 𝐸𝑄 ∩ ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 = ∅. El conjunto auxiliar “estados cuánticos” caracteriza los estados estacionarios del electrón. Sus elementos son los ̅̅̅̅. 𝐸𝑄 es el subconjunto de los estados cuánticos del subconjuntos 𝐸𝑄 y 𝐸𝑄

sistema que puede ser representado por los números cuánticos n, l y m que determinan la energía (nivel de energía), el momento angular (y subnivel de energía) y la proyección del electrón. Estos números cuánticos son una ̅̅̅̅ caracterización de las coordenadas polares esféricas (𝑟, 𝜃, 𝜙) del electrón. 𝐸𝑄

es el subconjunto que representa estados cuánticos “promedio”. No corresponden a los valores propios de n, l y m sino a valores promedio de ̅ , 𝑙̅ y 𝑚 ̅ ), es decir, valores promedio (de dos o más esos números cuánticos (𝑛

estados cuánticos) que describen el estado cuántico del electrón y que caracterizan sus coordenadas polares esféricas (𝑟, 𝜃, 𝜙). -

SP es el conjunto auxiliar “estados de espín”. Son valores que puede adoptar 1

1

la propiedad espín los cuales serán solo dos valores posibles, + 2 o − 2. -

𝑠 representa el espín del electrón. Es el momento angular (o momento de giro) de los electrones. Es una propiedad intrínseca de los electrones cuyos 1

1

valores están en los estados de espín (SP); + 2 o − 2. -

𝜑 representa a los orbitales atómicos. En las presentaciones usuales de la teoría se hace referencia a orbitales del nivel de valencia. Si bien es un lenguaje en uso por los científicos, la interpretación de NEV es que son funciones de onda de cuadrado integrable sobre electrones del nivel de valencia. Al interpretarla como una función de onda de cuadrado integrable permite asumirla como la probabilidad de que el electrón se encuentre en una región y niveles de energía específica (esto es coincidente con al tratamiento de Born a la función de onda mecánico cuántica), representada por los números cuánticos n, m, l, los cuales caracterizan coordenadas polares esféricas(𝑟, 𝜃, 𝜙). Estás coordenadas describen la energía, forma y dirección del espacio de probabilidad “ocupado” por 1, 2 o 0 electrones, y puede ser compartido por un máximo de dos electrones. Por tanto, para NEV la función de onda (de cuadrado integrable) que representa al orbital puede

89

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

proyectarse sobre un espacio que no está ocupado por electrones, pero que pueden participar previo al momento del enlace para generar orbitales híbridos con electrones desapareados. La función “orbital” puede ser 𝜑𝑝𝑢𝑟 (orbital atómico puro) o 𝜑ℎí𝑏 (orbital atómico híbrido). Cuando la función es 𝜑𝑝𝑢𝑟 el espacio de probabilidad es descrito por los valores del conjunto 𝐸𝑄 (subconjunto del conjunto 𝑄 “estados cuánticos”) y representan los espacios de probabilidad comúnmente conocidos como orbitales puros (𝜑𝑝𝑢𝑟 ) s, px, py, pz,…etc., que aquí se caracterizarán como 𝜑𝑠 , 𝜑𝑝𝑥 , 𝜑𝑝𝑦 , 𝜑𝑝𝑧 , … , 𝜑𝑛 . Si la función es 𝜑ℎí𝑏 el espacio de probabilidad es descrito por los valores del conjunto ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 (subconjunto del conjunto 𝑄 “estados cuánticos”) y representan los espacios de probabilidad conocidos como orbitales híbridos sp, sp2, sp3, etc., que aquí se caracterizarán como 𝜑𝑠𝑝 , 𝜑𝑠𝑝2 , 𝜑𝑠𝑝3 , … , 𝜑𝑛. -

𝜉 representa el solapamiento. Es una relación que representa la superposición de los espacios de probabilidad de cada electrón (𝜑) en un enlace. Esta relación intenta capturar una noción fundamental dentro de NEV, la referida a la interpretación de un enlace como el solapamiento de orbitales atómicos puros o híbridos.

-

𝑣 representa la valencia. NEV interpreta la valencia de una átomo como la cantidad de orbitales atómicos (𝑃𝑜𝑡(𝜑(𝐸1 )) − {∅}) ocupados por un solo electrón del nivel de valencia (por tanto, será también igual al número de enlaces que tiene un átomo). Esta noción de “valencia atómica” permite que su valor pueda variar en un mismo átomo, en contraposición el concepto clásico “valencia”, referido a la cantidad de electrones que tiene un átomo en el nivel de valencia e interpretada como una propiedad atómica invariable.

4.3.2. Modelos de NEV D2

M(NEV): 𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉, es un modelo de NEV (x ∈ M(NEV)) syss:

(1)

𝑥 = 𝐌(𝐍𝐄𝐕)

(2)

dados 𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄 𝑦 𝑆𝑃, las funciones 𝑠, 𝜑 y las relaciones 𝜉, 𝑣, se cumple que para todo par 𝑎, 𝑎′ ∈ 𝐴, 𝑒𝑣 , 𝑒𝑣′ ∈ 𝐸𝑣 con 𝑒𝑙𝑐 ∈ 𝐸𝐿𝐶, existe 𝜉, si y solo si 𝜑(𝑒1 ), 𝜑 ′ (𝑒 ′1 ) & 𝑠(𝑒) ≠ 𝑠(𝑒 ′ ): 90

Yefrin Ariza

𝑣𝑎 = ‖Pot𝜑(𝑒1 )‖ & 𝑣𝑎 ′ = ‖Pot𝜑′(𝑒′ 1 )‖ El axioma 2 caracteriza la ley fundamental de NEV, que afirma que: si los orbitales híbridos o puros que se solapan tienen un solo electrón respectivamente y el espín del electrón de cada átomo es opuesto, se cumple que la valencia de los átomos será el número de orbitales con un electrón del átomo que participa en el enlace.

4.3.3. Modelos parciales de NEV Ya hemos identificado dos componentes del núcleo K de NEV: la clase de los modelos potenciales (Mp(NEV)) y la clase de los modelos (M(NEV)). Vamos ahora a caracterizar los modelos parciales de NEV (Mpp(NEV)). Es necesario establecer la distinción entre conceptos NEV-teóricos y NEV-no-teóricos, es decir, identificar cuáles conceptos son determinados con independencia de NEV y cuáles presuponen a NEV para su determinación. N, E y A pueden ser determinados por otras teorías químicas, tales como la teoría atómica de Rutherford y la teoría atómica de Thompson. ELC es una noción básica dentro de la teoría de Lewis, la unión atómica en Lewis es interpretada como enlaces “par electrón” en el que dos átomos comparten electrones según la regla de Abegg (regla del octeto). ESP corresponde a un espacio euclidiano. En cuanto a T puede interpretarse como un término NEV-no-teórico, cuya determinación puede hallarse en una teoría de la cronometría. Q y SP son conjuntos auxiliares. 𝑠 simboliza la función espín que presupone el principio físico conocido como el principio de exclusión de Pauli, el cual puede ser derivado del teorema espín-estadística aplicado a partículas idénticas, usado frecuentemente por la mecánica cuántica. Es entonces un concepto claramente mecánico cuántico. Se utiliza el mismo término 𝜑 que en la mecánica cuántica (interpretada como una “función de onda de cuadrado integrable”) para asignar a los electrones la probabilidad de estar en un espacio de coordenadas esféricas, caracterizado por los números cuánticos. Sin embargo, su concepto es más amplio en NEV y en algunos casos incluso se opone al concepto orbital función de onda de la mecánica cuántica. En NEV, al solucionar la ecuación de onda, sus valores corresponden a 𝑄, es decir, valores en 𝐸𝑄 o ̅̅̅̅, donde para los valores en n, l y m de 𝐸𝑄, que son valores discretos, no hay mayor 𝐸𝑄

dificultad en corresponder con los orbitales “puros” 𝜑𝑝𝑢𝑟 usualmente conocidos como

91

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

𝜑𝑠 , 𝜑𝑝𝑥 , 𝜑𝑝𝑦 , 𝜑𝑝𝑧 , … , etc., coincidente con la mecánica cuántica. En NEV, sin embargo, para orbitales “híbridos” 𝜑ℎí𝑏 (pe., 𝜑𝑠𝑝 , 𝜑𝑠𝑝2 , 𝜑𝑠𝑝3 , … , etc.), los valores de 𝑄 serán valores del subconjunto ̅̅̅̅ 𝐸𝑄, es decir, medias aritméticas de dos o más valores de 𝐸𝑄, en otras palabras, medias aritméticas para los valores de dos o más orbitales “puros” ocupados por dos o menos electrones. Estos valores de ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 también caracterizan energías y espacios de probabilidad para un electrón, los cuales también pueden participar cuando en un enlace se solapan los orbitales de cada átomo, pero los valores de estos números cuánticos (promedio) que permiten describir su estado estacionario ya no son valores discretos. Si bien podría decirse que es un recurso artificial que nos permite explicar la naturaleza de los enlaces, por ejemplo, del carbono, en sistemas como el metano, donde la noción de orbital atómico puro no brinda una explicación precisa, es sugerente revisar que la ecuación de Schrödinger fue solo resuelta de manera precisa para el átomo de hidrogeno, donde los orbitales puros (con valores solamente en 𝐸𝑄) brindan descripciones rigurosas del comportamiento electrónico y que la naturaleza de sus enlaces puede describirse mediante el solapamiento de estos orbitales. Sin embargo, la generalización de este tratamiento para átomos como el carbono o el nitrógeno no funciona. En NEV, la naturaleza de los enlaces de los átomos de, por ejemplo, carbono y nitrógeno, se explica por el solapamiento de orbitales atómicos híbridos; esta última noción puede ser entendida como una “aproximación” a una solución de una función de onda, pero su determinación presupone aceptar NEV. 31 Siguiendo el criterio usual de T-teoricidad: Un concepto t es llamado teórico relativo a la teoría T (o, simplemente, T-teórico) syss toda determinación (una relación perteneciente a) t en cualquier aplicación de T presupone la existencia de al menos un modelo actual de T. (Balzer, Moulines & Sneed [1987b] 2012, p. 106)

El concepto 𝜑 sería NEV-no-teórico y su determinación presupone “alguna teoría del orbital” pero no exactamente la noción de orbital de la mecánica cuántica. Lo que Bien podría usarse el criterio no usual de T-teoricidad (cf. Lorenzano 2012, p. 73): “un término es Tteórico si algún método de determinación presupone directa o indirectamente la validez de las leyes de T; si todos no la presuponen, e.e. si sólo puede determinarse mediante otras teorías que no presupongan T, el término es T-no-teórico”. En donde 𝜑 sería entonces NEV-teórico, ya que para la determinación del concepto de orbital híbrido no basta con presuponer, estrictamente, la mecánica cuántica, pero si las leyes de NEV. Hemos seguido en esta reconstrucción el criterio usual de T-teoricidad. 31

92

Yefrin Ariza

ocurre en este caso es que 𝜑 hace parte de los modelos parciales de NEV, al igual que el concepto de espín, pero no aparecen en la descripción de los sistemas empíricos de los que quiere dar cuenta NEV, si, en cambio, son usados para “dar cuenta” de esos sistemas empíricos. Aunque NEV usa el formalismo de la mecánica cuántica, conserva parcialmente la interpretación “clásica” de orbital mediante la regla de Born, según la cual el cuadrado de la función de onda representa la probabilidad de que los electrones se encuentren en un espacio caracterizado por los valores en 𝑄. Sobre esta noción, NEV introduce la relación de solapamiento (𝜉), para explicar un enlace entre dos átomos. La relación de solapamiento de los orbitales atómicos que participan del enlace, sean estos puros o híbridos, es la contraparte teórica de la noción “clásica” de enlace. 𝜉 será en esta reconstrucción NEV-teórica. 𝑣 es una relación introducida por NEV para determinar la cantidad de solapamientos que puede tener un átomo. Se refiere a la cantidad de orbitales puros o híbridos ocupados por un electrón del nivel de valencia. 𝑣 no es constante y puede variar en un átomo dependiendo del enlace en el cual participa. Para su determinación no alcanza la noción clásica de “valencia”, según la cual su valor (número) será igual a la cantidad de electrones del último nivel. Su determinación entonces dependerá de aceptar la ley fundamental de NEV, siendo así NEV-teórica. D3

Mpp(NEV): 𝑦 es un modelo parcial de 𝐍𝐄𝐕 (𝑦 ∈ 𝐌𝐩𝐩 (𝐍𝐄𝐕)) syss:

(1)

𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉 ∈ 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕)

(2)

𝑦 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑠, 𝜑〉

4.3.4. Condiciones de ligadura de NEV Las condiciones de ligadura de NEV son relaciones de las llamadas de igualdad. Es decir que los modelos de esta teorías no son independientes unos de otros, sino que están conectados mediante la condición de ligadura de igualdad. En una condición de este tipo, se considera a alguna función que representa alguna propiedad de los objetos. Siempre que los objetos ocurran en diferentes aplicaciones de NEV los valores de la función serán los mismos en cada aplicación. En el caso de NEV los orbitales atómicos puros o híbridos que participan de un enlace tendrán valores energéticos y orientaciones espaciales específicas. Para el caso de los orbitales atómicos puros sus valores vendrán dados por cada tipo específico de

93

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

orbital {𝜑𝑠 , 𝜑𝑝𝑥 , 𝜑𝑝𝑦 , 𝜑𝑝𝑧 , … , 𝜑𝑛 } y para el caso de los orbitales híbridos dependerá de los orbitales atómicos que participan en la hibridación que dan origen a los orbitales híbridos del conjunto {𝜑𝑠𝑝 , 𝜑𝑠𝑝2 , 𝜑𝑠𝑝3 , … , 𝜑𝑛 }. Los valores de cada función (orbital atómico puro u orbital híbrido) sobre cada electrón de los átomos que participa en el enlace, será el mismo en otras ocurrencias de esos electrones del átomo. Para el caso de moléculas en las cuales el carbono tiene cuatro enlaces con otros átomos, los valores de las funciones de onda de los electrones que participan de cada enlace, serán los mismos que, por ejemplo, en la molécula de metano. La condición de ligadura para las funciones orbital podrían expresarse así: 1. 𝑋 ∈ 𝐂1 (𝐍𝐄𝐕) si y solo si ∅ ≠ 𝑋 ⊆ 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕) y para todo 𝑥, 𝑦 ∈

𝑋 y para todo 𝑒:si 𝑒 ∈ 𝐸𝑥 ∩ 𝐸𝑦 , entonces 𝜑𝑚𝑥 (𝑒) = 𝜑𝑚𝑦 (𝑒) También podemos identificar una segunda condición de ligadura para el valor de espín: 2. 𝑋 ∈ 𝐂2 (𝐍𝐄𝐕) si y solo si ∅ ≠ 𝑋 ⊆ 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕) y para todo 𝑥, 𝑦 ∈ 𝑋 y para todo 𝑒: 𝑠𝑖 𝑒 ∈ 𝐸𝑥 ∩ 𝐸𝑦 , entonces 𝑠𝑥 (𝑒) = 𝑠𝑦 (𝑒)

De esta manera, la condición de ligadura global para NEV es: 𝐂𝐆(𝐍𝐄𝐕) =𝒅𝒆𝒇 𝐂𝟏 (𝐍𝐄𝐕) ∩ 𝐂𝟐 (𝐍𝐄𝐕)

4.3.5. Vínculos interteóricos de NEV Los vínculos interteóricos de esta teoría señalan un “traspaso de información” entre NEV y otras teorías que determinan aquellos conceptos NEV-no-teóricos. NEV tiene al menos tres vínculos fundamentales. Los primeros son aquellos que relacionan la noción de electrones, núcleos atómicos, átomos y enlaces con teorías provenientes de la química, por ejemplo, de la teoría de Lewis que podríamos denominar ATOM (aun cuando no dispongamos de una reconstrucción de dichas teorías). Este vínculo es importante ya que establece un dominio específico para NEV al determinar los tipos de sistemas a los cuales “se aplica” la teoría, que para este caso, son sistemas químicos. Si suponemos que N, E, A y ELC aparecen en el tuplo que constituye M(ATOM) en el lugar 𝑛𝑁 , 𝑛𝐸 , 𝑛𝐴 y 𝑛𝐸𝐿𝐶 , entonces el vínculo necesario para la identidad de NEV sería:

94

Yefrin Ariza

𝐋1 (𝐍𝐄𝐕) ⊆ 𝐌(𝐀𝐓𝐎𝐌) × 𝜋(𝐀𝐓𝐎𝐌, 𝑛𝑁 , 𝑛𝐸 , 𝑛𝐴 , 𝑛𝐸𝐿𝐶 ) × 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕) × 𝜋(𝐍𝐄𝐕, 2, 3, 4, 5). El segundo vínculo fundamental es el que relaciona el conjunto de puntos del espacio ESP con el de la geometría euclidiana físicamente interpretada (GEO). Si suponemos que ESP aparece en los tuplos que constituyen M(GEO) en el lugar 𝑛𝐸𝑆𝑃 , el vínculo sería: 𝐋2 (𝐍𝐄𝐕) ⊆ 𝐌(𝐆𝐄𝐎) × 𝜋(𝐆𝐄𝐎, 𝑛𝐸𝑆𝑃 ) × 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕) × 𝜋(𝐍𝐄𝐕, 6). El tercero es el que vincula el conjunto de instantes temporales con el conjunto de instante T de la cronometría (TIE) (Balzer 1997). Si suponemos que T se encuentra en el lugar 𝑛𝑇 de los tuplos de M(TIE), tendríamos el siguiente vínculo: 𝐋3 (𝐍𝐄𝐕) ⊆ 𝐌(𝐓𝐈𝐄) × 𝜋(𝐓𝐈𝐄, 𝑛𝑇 ) × 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕) × 𝜋(𝐍𝐄𝐕, 7). El cuarto y último es el que vincula a la función s de la mecánica cuántica MQ. Si suponemos que s se encuentra en el lugar 𝑛𝑠 de los tuplos de M(MQ), tendríamos el siguiente vínculo: 𝐋4 (𝐍𝐄𝐕) ⊆ 𝐌(𝐌𝐐) × 𝜋(𝐌𝐐, 𝑛𝑠 ) × 𝐌𝐩 (𝐍𝐄𝐕) × 𝜋(𝐍𝐄𝐕, 10).

4.3.6. Aplicaciones intencionales de NEV El conjunto de aplicaciones intencionales es descripto por los conceptos de la teoría para los que la determinación de su extensión no presupone las leyes de NEV, es decir, los NEV-no-teóricos y se corresponden con el conjunto de sistemas empíricos a los que se quiere aplicar la teoría. Si bien no pueden ser caracterizados formalmente en su totalidad, podemos decir que una aplicación intencional puede representarse mediante aquellas estructuras con las que se representan los modelos parciales: 𝐈(𝐍𝐄𝐕) ⊆ 𝐌𝐩𝐩 (𝐍𝐄𝐕) Los miembros de 𝐈(𝐍𝐄𝐕) son enlaces de átomos (formados por núcleos y electrones) como el hidrógeno o el carbono. Las aplicaciones paradigmáticas 𝐈0 (𝐍𝐄𝐕) constituyen un subconjunto de las aplicaciones intencionales de NEV.

95

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

𝐈0 (𝐍𝐄𝐕) ⊆ 𝐈(𝐍𝐄𝐕) Algunos ejemplos paradigmáticos de aplicación de la teoría son los enlaces formados por los átomos de hidrógeno, y los enlaces formados por el átomo de carbono: 𝐈0 (𝐍𝐄𝐕) = {𝐸𝐿𝐶ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 , 𝐸𝐿𝐶𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑜 } Podríamos ahora caracterizar al elemento teórico básico de NEV así: 𝐓(𝐍𝐄𝐕): = 〈𝐊(𝐍𝐄𝐕), 𝐈(𝐍𝐄𝐕)〉

4.3.7. Red teórica de NEV La teoría de la naturaleza del enlace de valencia no resulta adecuadamente considerada si se la identifica solo mediante el elemento teórico básico. El elemento teórico básico es demasiado general y por tanto se requiere de una identificación más específica de lo que afirma sobre sus aplicaciones intencionales. Esto se hace a través de la identificación de elementos teóricos especializados. Estos elementos teóricos especializados, junto con el elemento teórico básico ya presentado anteriormente, conformarán lo que en el capítulo 3 hemos denominado una “red teórica”. M(NEV) expresa la ley fundamental del elemento teórico básico y las especializaciones expresarán leyes especiales de la teoría. Ordenados jerárquicamente, la ley fundamental (el elemento teórico básico) ocuparía un lugar superior respecto de las leyes especiales (especializaciones) que conformarán la red teórica. En NEV, los átomos que participan en el enlace pueden estar solapados mediante orbitales atómicos puros, es decir, orbitales atómicos que, previo al enlace, se encontraban ocupados por un solo electrón. Esto conlleva a una restricción sobre la ley fundamental, que constituye una especialización que llamaremos NEVP. Para esta ley especial, un enlace será el solapamiento de orbitales atómicos puros pertenecientes a cada átomo que participa en el enlace. Por otro lado, un enlace de valencia se puede presentar de forma tal que los orbitales que participan en el enlace son orbitales atómicos híbridos, esto es, orbitales que son producidos por la combinación de orbitales puros. Esta especialización la llamaremos NEVH:

96

Yefrin Ariza

D4

M(NEVP): 𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉, es un modelo de NEVP (x ∈ M(NEVP)) syss:

(1)

𝑥 = 𝐌(𝐍𝐄𝐕𝐏)

(2)

dados 𝜑(𝑒1 ) 𝑜 𝜑′(𝑒 ′1 ), 𝜑(𝑒1 ) 𝑜 𝜑′(𝑒 ′1 ) son (𝜑𝑝𝑢𝑟 (𝑒1 ), 𝜑𝑝𝑢𝑟 ′(𝑒 ′1 )) si se cumple que (𝜑𝑝𝑢𝑟 (𝑒𝑛 )) , 𝑛 = 1 → (𝜑𝑝𝑢𝑟 (𝑒𝑛 )) , 𝑛 = 1 , & 𝜑(𝑒𝑛 ) → 𝐸𝑄 𝑡1

𝑡2

El axioma 2 es la ley especial que dice que un enlace es formado por el solapamiento de orbitales puros del átomo que participa en el enlace, cuando los valores de la función orbital corresponden con los valores en EQ. Es decir, la descripción de ese estado se hace mediante los números cuánticos principales; que describen los orbitales atómicos 𝜑𝑠 , 𝜑𝑝𝑥 , 𝜑𝑝𝑦 , 𝜑𝑝𝑧 , … , etc. Enlaces como los del hidrógeno se explican mediante el solapamiento de orbitales puros. D5

M(NEVH): 𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉, es un modelo de NEVH (x ∈ M(NEVH)) syss:

(1)

𝑥 = 𝐌(𝐍𝐄𝐕𝐇)

(2)

dados 𝜑(𝑒1 ) 𝑜 𝜑′(𝑒 ′1 ), 𝜑(𝑒1 ) 𝑜 𝜑′(𝑒 ′1 ) son (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ), 𝜑ℎ𝑖𝑏 ′(𝑒 ′1 )) si se cumple que (𝜑𝑝𝑢𝑟 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑝𝑢𝑟 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 2, 𝑘 ≤ 1 → (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒𝑛 ), 𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 1, 𝑘 𝑡2

𝑡1

= 1, donde ((𝜑𝑝𝑢𝑟 ) ) = ((𝜑ℎ𝑖𝑏 )𝑛 ) & 𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒𝑛 ) → ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 𝑛 𝑡1

𝑡2

El axioma 2 es la ley especial que dice que un enlace es formado por el solapamiento de orbitales híbridos del átomo que participa en el enlace, cuando previo al enlace, los orbitales atómicos puros se combinan para generar orbitales híbridos, siendo la cantidad de orbitales puros en 𝑡1 , igual a la cantidad de orbitales híbridos en 𝑡2 y los valores de la función orbital corresponden con los valores en ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 . Esta línea de especialización es particularmente importante ya que la formación de enlaces del carbono pueden ser explicados mediante el solapamiento de orbitales atómicos híbridos. Constituye por tanto una línea de especialización fundamental para la química orgánica. La hibridación de orbitales del átomo central, si bien explica la naturaleza de algunos enlaces atómicos, es posible establecer algunas condiciones al tipo de orbitales híbridos que se solapan. Esto permitiría identificar especializaciones que restringen la hibridación, para tipos especiales de hibridación con dependencia de los orbitales y el 97

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

número de orbitales que participan de la hibridación. Identificaremos aquí especializaciones para las combinaciones de orbitales puros que producen orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝 como NEVHSP , para los orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝2 como NEVHSP2 y para los orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝3 como NEVHSP3. Las demás hibridaciones pueden especificarse de forma similar y contemplarían la formación de orbitales 𝜑𝑠𝑝3𝑑 y 𝜑𝑠𝑝3𝑑2 y consecuentemente especializaciones igualmente identificables. D6

M(𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑): 𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉, es un modelo de 𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑 (x ∈ M(𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑)) syss:

(1)

𝑥 = 𝐌(𝐍𝐄𝐕𝐇)

(2)

′ ′ (𝑒 ′1 ), (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ) 𝑜 𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒 ′1 ) son 𝜑𝑠𝑝 si se cumple que dados (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ), 𝜑ℎ𝑖𝑏

(𝜑𝑠 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑝 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 2, 𝑘 ≤ 1 → (𝜑𝑠𝑝 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑠𝑝 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 1, 𝑘 = 1 & 1

𝑡2

𝑡1

̅̅̅̅ 𝜑𝑠𝑝 (𝑒𝑛 ) → 𝐸𝑄

El axioma 2 es la ley especial que dice que un enlace es formado por el solapamiento de orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝 del átomo que participa en el enlace, cuando previo al enlace, un orbital atómico puro 𝜑𝑠 ocupado por dos electrones, se combinan con un orbital atómico puro 𝜑𝑝 , para generar dos orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝 cada uno con un electrón y los valores de la función orbital corresponden con los valores en ̅̅̅̅ 𝐸𝑄. D7

M(𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟐 ): 𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉, es un modelo de 𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟐 (x ∈ M(𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟐 )) syss:

(1)

𝑥 = 𝐌(𝐍𝐄𝐕𝐇)

(2)

′ ′ (𝑒 ′1 ), (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ) 𝑜 𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒 ′1 ) son 𝜑𝑠𝑝2 si se cumple que dados (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ), 𝜑ℎ𝑖𝑏

(𝜑𝑠 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑝 (𝑒𝑘 ), 𝜑𝑝 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 2, 𝑘 ≤ 1 → 𝑥

𝑦

𝑡1

(𝜑𝑠𝑝2 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑠𝑝2 (𝑒𝑘 ), 𝜑𝑠𝑝2 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 1, 𝑘 = 1 & 𝑡2

𝜑𝑠𝑝2 (𝑒𝑛 ) → ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 El axioma 2 es la ley especial que dice que un enlace es formado por el solapamiento de orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝2 del átomo que participa en el enlace, cuando previo al enlace,

98

Yefrin Ariza

un orbital atómico puro 𝜑𝑠 ocupado por dos electrones, se combinan con dos orbitales atómicos puros 𝜑𝑝 𝑦 𝜑𝑝 , para generar tres orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝2 cada uno con un 𝑥

𝑦

̅̅̅̅. electrón y los valores de la función orbital corresponden con los valores en 𝐸𝑄

D8

M(𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟑 ): 𝑥 = 〈𝑁, 𝐸, 𝐴, 𝐸𝐿𝐶, 𝐸𝑆𝑃, 𝑇, 𝑄, 𝑆𝑃, 𝑠, 𝜑, 𝜉, 𝑣〉, es un modelo de 𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟑 (x ∈ M(𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟑 )) syss:

(1)

𝑥 = 𝐌(𝐍𝐄𝐕𝐇)

(2)

′ ′ (𝑒 ′1 ), (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ) 𝑜 𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒 ′1 ) son 𝜑𝑠𝑝3 si se cumple que dados (𝜑ℎ𝑖𝑏 (𝑒1 ), 𝜑ℎ𝑖𝑏

(𝜑𝑠 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑝 (𝑒𝑘 ), 𝜑𝑝 (𝑒𝑘 ), 𝜑𝑝 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 2, 𝑘 ≤ 1 → 𝑥

𝑦

𝑧

𝑡1

(𝜑𝑠𝑝3 (𝑒𝑛 ), 𝜑𝑠𝑝3 (𝑒𝑘 ), 𝜑𝑠𝑝3 (𝑒𝑘 ), 𝜑𝑠𝑝3 (𝑒𝑘 )) , 𝑛 = 1, 𝑘 = 1 & 𝑡2

̅̅̅̅ 𝜑𝑠𝑝3 (𝑒𝑛 ) → 𝐸𝑄

El axioma 2 es la ley especial que dice que un enlace es formado por el solapamiento de orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝3 del átomo que participa en el enlace, cuando previo al enlace, un orbital atómico puro 𝜑𝑠 ocupado por dos electrones, se combinan con tres orbitales atómicos puros 𝜑𝑝 , 𝜑𝑝 𝑦 𝜑𝑝 , para generar cuatro orbitales híbridos 𝜑𝑠𝑝3 cada uno 𝑥

𝑦

𝑧

ocupado por un electrón y los valores de la función orbital corresponden con los valores en ̅̅̅̅ 𝐸𝑄 . NEVP, NEPH, 𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑, 𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟐 , 𝐍𝐄𝐕𝐇𝒔𝒑𝟑 corresponden a las especializaciones del elemento teórico básico NEV. Podremos ahora representar un grafo que representaría la red teórica de NEV, en donde los puntos indican cada elemento teórico y las líneas indican las relaciones de especialización.

99

Análisis estructuralista de la teoría de la naturaleza del enlace de valencia

Esquema 18. Red teórica de NEV

100

5.

PROPUESTA PARA INTRODUCIR LA METATEORÍA ESTRUCTURALISTA EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS

Propuesta para introducir la metateoría estructuralista en la didáctica de las ciencias

En este capítulo presentaremos una guía general para la introducción de las nociones básicas del estructuralismo metateórico en la formación de profesores de ciencias. La idea es que esta guía pueda ser desarrollada en los ámbitos de formación en los cuales se introducen contenidos metateóricos durante la formación (inicial o continuada) del profesorado de ciencias, que generalmente son cursos introductorios a la “filosofía de la ciencia” o como un capítulo dentro de los cursos de didáctica de las ciencias. Presentamos luego una actividad para la formación de profesores de química usando como ejemplo la reconstrucción realizada en el capítulo anterior sobre la teoría de la naturaleza del enlace de valencia. No es el caso entonces que se deban hacer análisis estructuralistas detallados sobre las teorías para que ellas puedan ser usadas luego, como ejemplo para la introducción de los contenidos metateóricos estructuralistas. La reconstrucción realizada en el capítulo anterior fue solo una forma específica de ejemplificar el tratamiento estructuralista para el análisis de teorías científicas y de sugerir que dicho tratamiento permite identificar características de las teorías que resultan ser esenciales cuando se pretender comprender lo que es una teoría. Esta reconstrucción a su vez funciona a modo de insumo para proponer la actividad de la siguiente sección, de un modo informal, pero igualmente enriquecedor. Es posible hacer análisis informales sobre las teorías que permitan identificar los componentes esenciales de las teorías científicas sin explayar un bagaje conjuntista extraordinario. Lo que el estructuralismo identifica en las teorías (y las diversas formas de entender ese concepto) no son más que representaciones precisas de lo que hay en la ciencia. De no poder identificarse esos componentes, podría decirse que tendríamos serias sospechas de creer entonces que no están o no hacen parte de las teorías. Al contrario, el camino recorrido por el estructuralismo y los resultados de su aplicación en los estudios sobre las teorías, parecen mostrar que lo que el estructuralismo identifica en, o representa de, (las teorías de) la ciencia empírica, brinda una imagen fina de lo que de hecho son –o al menos nos da pistas interesantes sobre lo que podrían ser– las teorías científicas. De aquí podrían partir fácilmente otros planteamientos para la formación de los profesores de otras disciplinas científicas (p.e., profesores de biología, profesores de física etc.). Nuestra población de destino sería entonces los profesores y las profesoras de ciencias en ejercicio y los profesores y las profesoras de ciencias en formación. Nuestro objetivo es basarnos en la enseñanza explícita de la filosofía de la ciencia para el profesorado de ciencias. 102

Yefrin Ariza

Como punto de partida para esta vinculación usamos el constructo didáctico de ideas epistemológica clave (Adúriz-Bravo 2001) para introducir contenidos provenientes de la metateoría estructuralista para el profesorado de ciencias. Partimos de la idea de que la enseñanza de la filosofía de la ciencia podría cumplir objetivos contemporáneos de la didáctica como: 1. que los profesores comprendan la ciencia como actividad y producto partiendo de perspectivas metateóricas reconocibles y actuales; 2. que la reflexión metateórica pueda permitir la construcción de valores y la toma de decisiones para su desenvolvimiento en la sociedad.

5.1.

PLANEACIÓN

CONTENIDOS

DE

DIDÁCTICA LA

PARA

METATEORÍA

LA

INTRODUCCIÓN

ESTRUCTURALISTA

EN

DE LA

FORMACIÓN DE PROFESORES DE CIENCIAS Creemos que la formación en filosofía de la ciencia del profesorado de ciencias podría abordarse desde el tratamiento metateórico de teorías utilizadas efectivamente en sus futuras prácticas de enseñanza. Es usual la presentación de modelos metateóricos reconocidos haciendo uso ejemplificante o paradigmático de las teorías de mayor influencia del último siglo (provenientes especialmente de la física). Si bien este podría considerarse un primer paso, el acercamiento metateórico que pretendemos parte de la base de que en la formación en filosofía de la ciencia del profesorado se deben abordar los análisis metateóricos (adecuados didácticamente) haciendo uso la gran variedad de teorías que coincidan con los intereses disciplinares de cada profesor, i.e., hacer uso de teorías que el profesor o profesora reconoce (dada su formación disciplinar) y que efectivamente trabajara en el futuro en sus clases de ciencias. Podría entenderse como la enseñanza explícita de la filosofía de la ciencia para el profesorado de ciencias. Nuestra propuesta parte de una sucesión de fases (ciclo generativo) para la planeación de actividades (Adúriz-Bravo 2001) para la enseñanza explícita de la metateoría estructuralista: 

Fase de elicitación que correspondería a identificar una teoría científica específica y la realización de un esbozo histórico de su construcción.



Fase de problematización en la que se postulan aquellas preguntas sobre la estructura de la teoría que permitan problematizar en torno de su posible estructura. Se explicitan de manera informal, aunque de forma más clara y

103

Propuesta para introducir la metateoría estructuralista en la didáctica de las ciencias

precisa, los problemas conceptuales y las suposiciones principales. 

Fase de aplicación que constituye el análisis metateórico básico e informal sobre la teoría. Esta fase busca responder preguntas tales como: I.

¿Qué conceptos, dominios base, relaciones y/o funciones, son introducidos/ determinados por otras teorías (base empírica), y cuáles son propios de la teoría (aquellos que se introducen a fin de explicar esa base empírica)?

II. III.

¿Cómo aparecen relacionados esos conceptos en la teoría? ¿Cuáles son los sistemas empíricos de los que intenta dar cuenta la teoría?

IV.

¿Cuáles son las teorías de donde provienen los conceptos, dominios base, relaciones y/o funciones, que no son propios de la teoría?

V. 

¿Cómo se relacionan los modelos de esta teoría?

Fase de síntesis en la cual se relacionan las nociones básicas de la metateoría estructuralista, con las respuestas brindadas a las preguntas de la fase anterior. Es particularmente interesante que las respuestas a las preguntas planteadas en la fase anterior se corresponden efectivamente con la estructura de una teoría, de modo que no esperaríamos mayores complicaciones en la determinación de sus respuestas, pero además, dadas esas respuestas, es posible relacionarlas con (algún, o algunos, o la mayoría, o todos) los conceptos metateóricos que el estructuralismo utiliza para los análisis metateóricos.



Fase de reflexión en la que se discuten las ideas relevantes acerca de las teorías científicas y la actividad científica. Esta fase podría considerarse como un punto de partida en la construcción de la imagen de ciencia que el profesorado traslada a sus clases y podría relacionarse directamente con los campos teóricos estructurantes de la filosofía de la ciencia (ver AdúrizBravo 2001). Esta fase contempla entonces la reflexión en torno a las características esenciales de las teorías científicas elucidadas a partir de la identificación/determinación de sus modelos. Cuestionamientos como qué es una teoría científica, cómo se relacionan entre sí las teorías científicas, cómo se contrasta una teoría, cuáles –si los hay– son los factores pragmáticos de una teoría, cómo cambian las teorías en el tiempo, etc., estas cuestiones, que harían parte de un campo teórico estructurante, posibilitan el planteamiento 104

Yefrin Ariza

de respuestas específicas (ideas epistemológicas clave) relacionadas con una imagen de ciencia que consideramos más adecuada a la complejidad de las teorías científicas y que son ejemplificadas en las propias teorías científicas con las que los profesores de cada disciplina científica trabajan en sus clases. Consideramos importante concretar los constructos de campos y cuestiones a través de las mencionadas “ideas epistemológicas clave” (Adúriz-Bravo 2001, 2012), ubicada en el nivel más concreto de esa propuesta. Estas ideas que pueden tomarse como postulados que afirman algo acerca de la ciencia (podrían afirmar algo acerca de los métodos científicos, de los cambios de las teorías en el tiempo, de las relaciones con la sociedad, etc.) pretendemos conectarlas de forma sistemática con los análisis informales sobre las teorías, desde el punto de vista estructuralista.

Esquema 19. Ciclo generativo para la planeación de actividades

5.2.

INTRODUCIENDO

LA

METATEORÍA

ESTRUCTURALISTA:

UN

EJEMPLO En esta sección desarrollamos el ciclo presentado en la sección anterior, usando como insumo disciplinar la teoría sobre la naturaleza del enlace de valencia y como referente metateórico al estructuralismo. Bien podría usarse o modificarse en función de la población a la cual se aplica.

105

Propuesta para introducir la metateoría estructuralista en la didáctica de las ciencias

5.2.1. Actividad: teoría de la naturaleza del enlace de valencia bajo la mirada estructuralista Aquí describiremos la actividad y las respuestas o soluciones posibles en el desarrollo de cada fase propuesta. Esas “respuestas posibles” las presentaremos de una manera (muy) general, ya que pretenden ser soluciones guía de la actividad. 1. Fase de elicitación: se describen los sucesos históricos previos a la postulación por parte de Heitler, London, Slater y Pauling de la teoría del enlace de valencia. Esta descripción bien podría partir de los desarrollos de la teoría atómica realizados, por ejemplo, por Thompson y Bohr, pasando por la teoría del átomo cúbico y la llamada “regla del octeto electrónico” de Lewis, junto a las aportaciones realizadas por Langmuir. En esta sección se presenta de modo informal a la teoría del enlace de valencia presentando (si se quiere de forma diacrónica) los supuestos iniciales de Heitler y London, junto con la ampliación introducida por Pauling para la conceptualización del “enlace químico”. Es sugerente recurrir aquí, además, a una breve contextualización política, social y económica del periodo en el cual se postula la teoría. 2. Fase de problematización: en esta fase se presenta al grupo de trabajo algunas preguntas que sirvan como problematizadoras para identificar del modo más general posible los sistemas empíricos que quiere explicar la teoría y los postulados que la teoría usa para explicarlos. Preguntas como ¿qué se entiende, previo a la teoría del enlace de valencia, por enlace?; la teoría del enlace de valencia quiere explicar el enlace: ¿todos los enlaces?, ¿qué, del enlace, quiere explicar la teoría del enlace de valencia?, ¿hay un solo supuesto o principio general?, ¿o varios?, ¿o unos más abarcadores que otros?, ¿o unos para explicar algo y otros para explicar otro algo del enlace?; ¿quiénes decidieron lo que se quería explicar con la teoría del enlace de valencia?, podrían ser orientadoras en ese sentido problematizador. A continuación sugerimos algunas respuestas: La teoría del enlace de valencia quiere explicar la naturaleza y las propiedades principales de los sistemas conformados por (al menos)

106

Yefrin Ariza

dos átomos cuando se enlazan y comparten electrones. En ese sentido los químicos se preguntan ¿cómo es un enlace entre dos átomos? y ¿cómo determinar las propiedades (principales) de ese enlace? En particular, se intenta dar respuesta al problema del enlace químico desde una nueva perspectiva que vincula tanto a la química como a la física (o a los químicos con los físicos). Sobre “cómo es un enlace”, esta teoría considera que los enlaces son solapamientos de regiones (de cada átomo que participa del enlace) en los cuales es más probable encontrar los electrones. Los “espacios”, que denomina orbitales atómicos, se representan como una función de onda y podrían ser en algunos casos los orbitales puros que conocemos como s, p, d, etc., mientras que en otros casos pueden ser mezclas de esos orbitales puros. Dice que los electrones deben tener espines contrarios cuando están compartiendo esos espacios de probabilidad y que, cuando los “orbitales” se solapan, tienen cada uno un solo electrón. Dice, además, que lo que se conocía como valencia ahora es un concepto diferente, cuyo valor puede cambiar en el mismo átomo y dependerá de los orbitales atómicos que tengan un solo electrón. Sobre “cómo determinar las propiedades” y en particular la energía y la orientación de los enlaces, la teoría dice que, para la energía, se deben combinar linealmente las funciones de onda del sistema (sería más preciso decir que se combinan los productos de las funciones de onda de las estructuras resonantes; sin embargo, en esta primera presentación podrían pasarse por alto demasiadas precisiones); y para la orientación del enlace, la teoría dice que se deben determinar los orbitales que tienen mayor solapamiento, y la orientación de esos orbitales (de mayor solapamiento) indica la orientación del enlace. Una primera impresión es que la teoría intenta explicar el enlace químico, pero varias cosas del enlace químico, con varios postulados cada uno de los cuales abordaría preguntas tales como ¿cómo es un enlace, o cuál es su naturaleza?, ¿cómo determino la energía de ese enlace? y ¿cómo determino la orientación espacial de ese enlace? Bien podría abordarse cada pregunta por separado y continuar, desde cada una, con la siguiente fase. Aquí nos concentraremos en la pregunta sobre 107

Propuesta para introducir la metateoría estructuralista en la didáctica de las ciencias

¿cuál es la naturaleza del enlace? 3. Fase de aplicación: esta fase busca responder preguntas tales como: I.

¿Qué conceptos, dominios base, relaciones y/o funciones, son introducidos/ determinados por otras teorías (base empírica), y cuáles son propios de las teoría (aquellos que se introducen a fin de explicar esa base empírica)?

Los conceptos que están previamente disponibles a la teoría de la naturaleza del enlace son: núcleo atómico, electrón (del nivel de valencia), átomo, enlace, espacio, tiempo, orbital atómico y espín (de los electrones). En este caso en la descripción de la base empírica no se usan conceptos como orbital o espín. Luego la teoría introduce conceptos como solapamiento y valencia. El concepto de orbital es más amplio (diferente o, mejor, no exactamente igual) al de la física (cuántica).

II.

¿Cómo aparecen relacionados esos conceptos en la teoría?

Cuando la teoría explica los enlaces que están formados por átomos compartiendo electrones, dice que si los orbitales híbridos o puros que se solapan tienen un solo electrón respectivamente y el espín del electrón de cada átomo es opuesto, se cumple que la valencia de los átomos será el número de orbitales con un electrón del átomo que participa en el enlace.

III.

¿Cuáles son los sistemas empíricos de los que intenta dar cuenta la teoría?

Son enlaces de átomos (formados por núcleos y electrones) como el hidrógeno o el carbono. Átomos que se enlazan compartiendo sus electrones son los tipos de sistemas que la teoría quiere explicar.

IV.

¿Cuáles son las teorías de donde provienen los conceptos, dominios

108

Yefrin Ariza

base, relaciones y/o funciones, que no son propios de la teoría?

Conceptos como enlace, átomo, núcleo del átomo o electrón ya habían sido introducidos/determinados por las teorías atómicas de Thompson o Lewis. Otros conceptos como espacio y tiempo hacen parte de las teorías euclidiana y de la cronometría, respectivamente. El concepto espín es de la mecánica cuántica. El concepto de orbital no es exactamente igual al de la mecánica cuántica.

V.

¿Cómo se relacionan los modelos de esta teoría?

Cuando se explican los sistemas empíricos de los que quiere dar cuenta la teoría, se dice que hay orbitales que pueden ser puros o híbridos. Cuando un átomo tiene un orbital puro o híbrido (particular) en un enlace, si en otro sistema participan el mismo orbital (del mismo tipo), los valores de energía y probabilidad de ese orbital son los mismos. Algo similar ocurre con el espín del electrón. Parece entonces que de esa manera se conectan los modelos de esta teoría. 4. Fase de síntesis: cada respuesta de I, II, III, IV y V se corresponde con una clase de tipos de modelos de la metateoría estructuralista. Así, I podría corresponder a los modelos potenciales, II a los modelos, si en I recortamos los conceptos que fueron introducidos (o que son determinados) por la teoría, nos quedarían representados los modelos potenciales parciales, en IV encontramos los vínculos interteóricos, en V las condiciones de ligadura. Estos serían componentes formales del núcleo K. La parte intencional, es decir, las aplicaciones intencionales I, serían la/s respuesta/s en III. 5. Fase de reflexión: en la que se discuten las ideas relevantes acerca de las teorías científicas y la actividad científica. Esta fase podría considerarse como un punto de partida en la construcción de la imagen de ciencia que el profesorado traslada a sus clases de ciencias y podría relacionarse directamente con los campos teóricos estructurantes de la filosofía de la ciencia (ver Adúriz-Bravo 2001). Esta fase contempla entonces la reflexión

109

Propuesta para introducir la metateoría estructuralista en la didáctica de las ciencias

en torno a las características esenciales de las teorías científicas elucidadas a partir de la identificación/determinación de sus modelos. Para nuestro ejemplo, podríamos seleccionar (algún) campo teórico y proponer cuestiones como: 

¿Qué identifica a una teoría científica?



¿Una teoría es independiente respecto de otras teorías?



¿Basta determinar las leyes para identificar lo que es una teoría?



¿Hay factores pragmáticos en las teorías?



¿De qué depende la selección de las aplicaciones intencionales de las teorías?

Y como resultado de la reflexión en torno a estas cuestiones, surgen naturalmente “ideas epistemológicas clave” tales como: 

La teoría de la naturaleza del enlace de valencia se identifica mediante la determinación de sus modelos.



La teoría del enlace de valencia no es independiente de otras teorías, ya que tiene relaciones interteóricas esenciales con p.e. la teoría de Lewis o la mecánica cuántica, entre otras.



En la teoría del enlace de valencia son los/as científicos/as (o la comunidad de científicos y científicas) quienes eligen lo que quieren explicar, tal como lo hizo Pauling.



Cuando identificamos a la teoría del enlace de valencia, requerimos identificar lo que quiere explicar, los enlaces, y esos sistemas son parte esencial de la identidad de la teoría. De no serlo, no sabríamos de qué nos habla la teoría. Ejemplo Campo

Representación y lenguajes

Cuestión

¿Cómo se presentan las teorías científicas?

Idea

Al presentar la teoría de la naturaleza del enlace de valencia se presentan también los fenómenos que quiere explicar: los enlaces entre átomos

Tabla 2. Ejemplo de concretización de una idea epistemológica clave usando contenidos de la metateoría estructuralista

110

6.

CONCLUSIONES

Conclusiones

Como mencionamos antes, se han realizado análisis exhaustivos respecto de las diferencias, similitudes, convergencias y divergencias de lo que se reconoce aquí como enfoques de una familia semanticista (p.e., Lorenzano 2003, 2013, Diederich 1996). Sin embargo, estas discusiones no contienen un fin didáctico y consecuentemente no han sido llevadas al ámbito de la didáctica de las ciencias con claridad, sencillez y respetando la rigurosidad, lenguaje y precisión usado por los integrantes de la familia semanticista. Por tanto, a la hora de relacionar la filosofía de la ciencia y la didáctica de la ciencia y elegir una corriente filosófica sobre la ciencia específica para incluir, por ejemplo, al área actual de estudios HPS, la idea de una “hoja de ruta” proporcionaría elementos sustanciales para una vinculación metateórica y marcaría un camino a seguir. Sin embargo, la elección de su inclusión –sea como objeto de estudio para reflexionar en torno a la didáctica de las ciencias como disciplina, como marco teórico para construir explicaciones por analogía o como marco de reflexión intrínseca en la enseñanza de las ciencias y la formación de profesores, etc.–, dependerá en última instancia de los objetivos que se persigan. La manera en que se haga es un trabajo que intentamos continuar. Lo aquí presentado, ávido de reflexiones, sugerencias y críticas, es por ahora el intento de acercarnos a un nuevo marco de referencia (por lo menos en la didáctica de las ciencias) y desde nuestra perspectiva, más alentador que otras alternativas. En este sentido, lo presentado en las líneas anteriores es también un intento de esclarecer las voces presentes en la filosofía de las ciencia contemporánea (parte de ella) para acercar dichas discusiones a la didáctica de las ciencias, donde en diferentes ámbitos se continúa pensando la ciencia exclusivamente desde una concepción sintáctico-axiomática de las teorías científicas, y en algunos casos alentadores desde una versión historicista, especialmente los trabajos de Kuhn, Lakatos, Toulmin y Feyerabend, pero en donde han tenido poca cabida, en general, las visiones metacientíficas actuales. El presente trabajo pretende constituir una aproximación general, simple e ilustrativa, pero rigurosa, que contiene una actualidad filosófica en torno a lo que se entiende por “teoría científica” y que podría funcionar a modo de herramienta metadiscursiva para la didáctica de las ciencias, supeditada tanto al rigor de la discusión filosófica sobre la ciencia, como a los requerimientos didácticos contemporáneos. Es necesario señalar que los acercamientos hacia la didáctica de las ciencias desde la filosofía de la ciencia son un bien escaso, y varias veces los aspectos relacionados a la enseñanza de las ciencias, la formación de profesores de ciencias, la fundamentación 112

Yefrin Ariza

filosófica de la disciplina, así como de las investigaciones que se llevan a cabo en su interior, no se consideran objeto de estudio relevante. No es de extrañar que desde la didáctica de las ciencias por sí sola, la incorporación de estos “modelos metateóricos” más recientes resulte compleja. Esto parece indicar que estas discusiones debieran hacer parte no únicamente de la comunidad de didactas de la ciencia. Resultaría sugerente entonces una mediación también por parte de los filósofos de la ciencia. En este sentido cabe señalar que aun cuando en la comunidad de didactas es central el estudio sobre los aportes enriquecedores que conlleva esta recursión metacientífica – que en la actualidad corporizan líneas principales de investigación–, en la comunidad de filósofos de la ciencia la situación no es equivalente. Los estudios sobre las distintas relaciones que pueden establecerse entre estas dos metadisciplinas (Adúriz-Bravo 2002) y la manera de abordarlas, son reconocidos en las rigurosas agendas de investigación de la filosofía de la ciencia, pero no suscitan mayor interés (al menos de forma exhaustiva). Un ejemplo de ello, a riesgo de una generalización exagerada, es la escasa inclusión de espacios para trabajar estas temáticas en los encuentros, congresos, simposios, etc., de filosofía de la ciencia. Consideramos significativo señalar que en la historia de la filosofía de la ciencia del último siglo tenemos importantes referencias respecto del papel de la enseñanza en los ámbitos científicos; por ejemplo, la relevancia apuntada por Kuhn en los periodos de ciencia normal. Incluso al interior de la metateoría estructuralista, Joseph Sneed reconoce32 que formuló su propuesta a partir –entre otras razones– de ciertas inquietudes que le surgieran durante sus prácticas de enseñanza de la física. Aun cuando pareciese ser ignorada (intencionalmente o no), la enseñanza de las ciencias es también un fenómeno relevante de los aspectos generales de la ciencia – evidentemente Sneed y Kuhn también lo reconocieron–. Intentamos dar también pasos concretos para este acercamiento, especialmente del enfoque semántico estructuralista. Consideramos que varios elementos metateóricos ofrecidos por la metateoría estructuralista aportarían enormemente a un mejor entendimiento de la estructura sincrónica, diacrónica, local y global de las teorías científicas, ya que dichas herramientas o no se encuentran o son caracterizadas

Aunque no se dispone de una publicación (artículo, libro, etc.) en la cual Sneed presente esta “iniciativa didáctica” de sus investigaciones, en el IV Encuentro Iberoamericano sobre Metateoría Estructuralista realizado en Buenos Aires (Argentina) en el año 2006, expresó sus preocupaciones “primigenias” sobre la enseñanza de las teorías físicas (si bien sí existe registro videográfico). 32

113

Conclusiones

débilmente por otras propuestas semanticistas, y consecuentemente, son susceptibles de un tratamiento didáctico interesante. Por ejemplo, la distinción de tipos de clases de modelos: Mp, M, Mpp, la mencionada distinción T-teórico/T-no-teórico relativa a una teoría, las condiciones de ligadura C, los vínculos interteóricos L, la jerarquía de leyes y la noción de redes teóricas, los estudios sobre los cambios intrateóricos y la noción de evoluciones teóricas, los estudios sobre los cambios interteóricos, la introducción de elementos pragmáticos relevantes y la cantidad importante de teorías reconstruidas. Sin embargo, esas indagaciones las continuaremos abordando en investigaciones posteriores. Por ahora, estamos iniciando la exploración en la disciplina “didáctica de las ciencias”, entendiéndola como un campo fértil que ampliaría y enriquecería el ámbito de estudio de la familia semanticista, y consecuentemente de la metateoría estructuralista. Esto último brindaría las bases de una nueva línea de investigación dentro de esta escuela filosófica, principalmente, evidenciando la necesidad de su inclusión en este campo de estudio –la didáctica de las ciencias– en su área de vinculación principal –el área HPS–, donde las necesidades de actualización filosófica son cada vez más evidentes, pero también donde varios especialistas inician una exploración prometedora para los fines de una educación científica de calidad. Tenemos la convicción de que un tratamiento didáctico de las ideas estructuralistas podría contribuir al mejoramiento de la formación en filosofía de la ciencia de los profesores y las profesoras de ciencias, y consecuentemente a la enseñanza de las teorías científicas.

6.1.

IMPLICACIONES EN EL CAMPO GENERAL DE LA DIDÁCTICA DE LAS

CIENCIAS El desarrollo presentado es quizá un paso necesario en cuanto a la actualización filosófica de los profesores y las profesoras. Queda entonces un camino laborioso que permita generar más estrategias de vinculación. Esta vinculación “renovadora” entre filosofía de la ciencia y didáctica de las ciencias se dificulta si se traslada cada construcción metateórica de la f amilia semanticista tal cual ella está formulada en el lenguaje especializado. Se requiere por tanto realizar una operación transpositiva (Adúriz-Bravo 2011), en el sentido de hacer del conocimiento construido en la filosofía de la ciencia un objeto de trabajo sencillo pero riguroso, que pueda generar una mayor incidencia en los variados ámbitos de trabajo de la didáctica de las ciencias.

114

Yefrin Ariza

Las esquematizaciones presentadas –tanto la general de la familia semanticista como las específicas de cada enfoque semanticista– tienen un fin didáctico en el sentido de que es un primer paso para la “depuración” y “transposición” de los lenguajes (demasiado) técnicos afinados desde una rigurosidad filosófica, qu e podrían hacer de esta propuesta un poderoso artefacto didáctico, del cual pueden partir, sin mayor dificultad, las principales discusiones contemporáneas al interior de la didáctica de las ciencias que se preocupan por la introducción de estos elementos metadiscursivos que ofrece la filosofía de la ciencia de nuestros días. Al brindar la posibilidad de sistematización individual de los elementos fundamentales de cada uno de los integrantes de la f amilia semanticista, se permite la incursión en discusiones más específicas de los contenidos pertenecientes a cada enfoque semanticista y habilita, consecuentemente, la posibilidad de análisis por parte de los didactas de la ciencia (incluso filósofos de la ciencia y formadores de filósofos) sobre aquellos de esos contenidos más provechosos para las variadas ramas de estudio sobre las ciencias empíricas. Todo lo mencionado conlleva, a su vez, a una actualización en filosofía de la ciencia de los marcos metateóricos de referencia para la didáctica de las ciencias, actualización de por sí necesaria por las dificultades que conlleva pensar “la ciencia” haciendo uso sensu stricto de las herramientas metateóricas de las escuelas más clásicas de la filosofía de la ciencia –incluyendo la escuela historicista–, dificultades ya superadas por las escuelas filosóficas sobre la ciencia contemporáneas, pero no debatidas completamente, incluso en algunos casos no reconocidas, en el campo general de la didáctica de las ciencias.

6.2.

IMPLICACIONES PARA LA FORMACIÓN EN FILOSOFÍA DE LA

CIENCIA DEL PROFESORADO DE CIENCIAS La formación filosófica sobre la ciencia de los profesores de ciencias se encuentra influenciada mayoritariamente por las concepciones historicistas de la segunda mitad del siglo pasado. Sin embargo, contamos actualmente con evidencia empírica que nos permite afirmar la existencia de un tímido surgimiento de una didáctica de las ciencias modeloteórica. Bajo esta consideración se pretende continuar el camino de la didáctica de las ciencias modeloteórica extendiéndola (o especificándola) mediante las

115

Conclusiones

aportaciones que la metateoría estructuralista puede hacer a la actualización filosófica del profesorado. Si bien este acercamiento del estructuralismo metateórico ha tenido poca o nula prioridad, creemos interesante considerar que dentro de los enfoques de la familia semanticista, el sostenido por la metateoría estructuralista ha introducido una buena cantidad de herramientas metateóricas que además de brindar un tratamiento detallado y pormenorizado de las teorías empíricas podrían ser susceptibles de su utilización como insumo para la construcción de una naturaleza de la ciencia para el profesorado de ciencias. Al intentar introducir no solo una caracterización informal del instrumental estructuralista, sino también las discusiones surgidas a partir sus análisis metateóricos, resulta evidente que dichas discusiones o análisis (o uso de herramientas) de carácter metateórico no se introducen por sí solas en la formación de profesores, lo que hace necesario la planeación de actividades y estrategias, o la selección de las estrategias que actualmente disponemos en la didáctica de las ciencias contemporáneas (tal como hemos hecho al seleccionar la propuesta de ideas epistemológicas clave). Nuestra propuesta consistió, en este sentido, en el señalamiento de ciertas guías de trabajo que eluciden el camino a seguir para continuar construyendo la didáctica modelo teórica de las ciencias. Es importante resaltar que aun cuando en los análisis metateóricos usuales del estructuralismo se acuda (generalmente) a la teoría de conjuntos para las reconstrucciones (tal como en el capítulo 4), en una primera aproximación es posible identificar de manera informal los principales componentes de las teorías (tal como en la actividad presentada) y realizar análisis enriquecedores para la formación metateórica del profesorado. En el caso particular del análisis realizado sobre la teoría de la naturaleza del enlace de valencia (NEV), señalaremos algunas consideraciones inmediatas para la formación del profesorado: -

Una de las primeras consideraciones (ya mencionada) debiera ser la posibilidad para los profesores de analizar teorías distintas de aquellas que usualmente son objeto de tratamiento metateórico por otras concepciones de la filosofía de la ciencia, por ejemplo, la mecánica clásica.

116

Yefrin Ariza

-

La identificación y caracterización de los conceptos básicos de la teoría y la identificación de los Mp, M, Mpp, C y L, permitiría que los profesores puedan distinguir, entre otras cosas, el marco conceptual y la base empírica de NEV. Esto sería indispensable cuando se establecen las diferencias con respecto a teorías que (aparentemente) coinciden en su base empírica (como en el caso de NEV y la teoría del orbital molecular) o en su marco conceptual (como en el caso de NEV y la mecánica cuántica).

-

El análisis metateórico sobre NEV evidencia la necesidad de considerar las relaciones existentes entre las teorías científicas. La identificación de las relaciones interteóricas permitiría abandonar la idea de que las teorías son independientes respecto de otras teorías incluso pertenecientes a otras disciplinas. Conceptos como el de orbital, son caracterizados de forma tal que se acude a términos de la mecánica cuántica, pero que, en un análisis más fino, no corresponde completamente –dicho término– al concepto usado en NEV.

-

Es importante resaltar el factor claramente pragmático de las aplicaciones intencionales (al menos más pragmático que los otros componentes de las teorías) (Moulines 2011). Estas (las aplicaciones intencionales) muestran ser componentes esenciales en la identificación de las teorías. Los problemas que emergen de la comunidad de químicos podrían distinguirse de aquellos que emergen de la comunidad de físicos; esto, por supuesto, no implica que las teorías sean independientes totalmente las unas de las otras, como en el caso de la química y la mecánica cuántica, pero sí implica que la determinación de las aplicaciones intencionales por parte de los científicos/as, y su identificación mediante el instrumental metateórico adecuado, nos dice más sobre la ciencia, que (evitar tenerlas en cuenta y) creer ingenuamente que las teorías son solo leyes, sin más. Estas consideraciones muestran algo que era difícil de percibir acudiendo a análisis clásicos de teorías o incluso a otros enfoques metateóricos contemporáneos al estructuralismo.

Por otro lado, una de las dificultades principales cuando se introducen contenidos provenientes de la filosofía de la ciencia es la escasez de ejemplos sobre los cuales se desarrollan los instrumentales metateóricos de las diferentes corrientes, provenientes en

117

Conclusiones

general de la física. Las formas que consideramos más efectivas para hacer comprensibles los contenidos de la filosofía de la ciencia es cuando se ejemplifican con teorías que resultan familiares para los profesores de ciencias. Nuestra posición es que esto es posible lograrse mediante el uso de la metateoría estructural para el análisis, al menos informal, de las teorías científicas. Es importante señalar que aunque nos hemos ocupado de la formación en filosofía de la ciencia del profesorado de ciencias, no suponemos mayor dificultad para extrapolar nuestra propuesta a la formación en filosofía de la ciencia de otros públicos; por ejemplo, podríamos incluir también su posible aplicación en la formación de filósofos de la ciencia, filósofos (generales) o público no experto.

6.3.

IMPLICACIONES PARA LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS

La idea de “modelo” como parte integral de las teorías y cuyo análisis conlleva a una comprensión mucho más amplia –en comparación con, por ejemplo, la concepción clásica de las teorías– de los productos de la ciencia, ofrece una variedad muy alta de alternativas de introducción metateórica en las clases de ciencias. Algunas de ellas ya vienen siendo diseñadas y aplicadas en los últimos años (cf. Adúriz-Bravo 2005), y se muestran como un prototipo de actividades de enseñanza de fuerte basamento metateórico y alto potencial de aplicación. Principalmente debido a que permite el desvanecimiento de las limitaciones existentes por la comprensión de las teorías científicas por parte de los estudiantes a través de un basamento exclusivamente sintáctico. Esto conlleva a trasladar la interpretación de los productos científicos a un plano semántico, que habilita mayores posibilidades a los estudiantes para pensar, comprender e intervenir en el mundo a través del análisis, ya no de las formulaciones lingüísticas que se adhieren al corpus de una teoría y que pueden incluso parecer muy alejadas de la realidad de cada estudiante, sino de los sistemas empíricos (aplicaciones intencionales) más cercanas a su contexto (la caída de un objeto, el movimiento de una pelota, el vuelo de un avión, etc.) que pueden identificarse al especificarse las clases de los modelos de las teorías. Son varios los elementos construidos en el marco de la familia semanticista que, desde nuestro punto de vista, pueden tener una inserción valiosa en la enseñanza de las ciencias. Los modelos han tenido, con justa razón, una introducción de por sí exitosa en las discusiones actuales sobre el basamento metateórico de las clases de ciencias

118

Yefrin Ariza

(Adúriz-Bravo 2013). Otros constructos provenientes de la familia semanticista también pueden tener una alta repercusión en estas discusiones y valdría la pena estudiarlos y analizarlos desde un punto de vista didáctico. El enfoque sostenido por la metateoría estructuralista brinda un tratamiento detallado y pormenorizado de las teorías empíricas y nos muestra una imagen que aunque parece compleja, se parece más a lo que es la ciencia, capturando características tanto formales, como pragmáticas e históricas. La construcción de una naturaleza de la ciencia cuyo basamento metateórico lo constituya (buena parte de) la metateoría estructuralista es, para nosotros, una opción atractiva para comprender la estructura fina de la ciencia.

6.4.

PERSPECTIVAS FUTURAS

El camino iniciado en este trabajo deja aún muchas cuestiones abiertas. Muchas de ellas son, y nos interesamos en defender, muy prometedoras no solo para la didáctica de las ciencias y el desarrollo y fundamento metateórico de sus líneas de investigación, sino también para la filosofía de la ciencia. Estamos ahora asistiendo a la constitución de una didáctica modeloteórica de las ciencias que retome los mayores avances de la filosofía de la ciencia y los incorpore a sus principales líneas de trabajo. La metateoría estructuralista ha tenido, por merecimiento propio, avances interesantes en cuanto al análisis de teorías científicas de las más variadas disciplinas. Dichos avances han sido producto de la constitución de un instrumental metateórico preciso y que aun cuando todavía se encuentra en desarrollo, los productos de dichos análisis permiten develar de manera precisa (escasamente comparable con otros enfoques semánticos) la estructura intrateórica e interteórica de las que siguen siendo las unidades básicas de análisis del conocimiento científico: las teorías científicas. Entre la variedad de disensos en cuanto a la respuesta a la pregunta de qué filosofía de la ciencia es adecuada para la formación de profesores de ciencias , la perspectiva presentada es una de las opciones a la cual es posible acudir, principalmente evidenciando los resultados prometedores sobre el análisis de teorías empíricas. Teniendo esto presente, el desarrollo de este trabajo posee la pretensión explícita de contribuir a la constitución de la didáctica modeloteórica de las ciencias, mediante los aportes

que brinda

el

estructuralismo

metateórico.

Este

trabajo

continuará

desarrollándose y es necesario avanzar en los siguientes aspectos. En el campo de la

119

Conclusiones

filosofía de la ciencia: 

Continuar el metaanálisis de la teoría general del enlace de valencia con el fin de avanzar sobre los resultados parciales encontrados en esta primera aproximación. En este sentido, debemos avanzar en la reconstrucción de EEV y OEV, lo que nos permitiría continuar con el análisis de las relaciones existentes entre estas tres teorías (entendidas como redes teóricas), y aquellas relaciones que puedan identificarse con otras teorías, p.e., mecánica cuántica.



Reconstruir otras teorías químicas que nos permita construir una imagen (lo más) precisa (posible) de esta disciplina.



Realizar análisis metateóricos sobre, incluso, la propia didáctica de las ciencias (como disciplina).



Aportar al desarrollo del programa estructuralista mediante la evaluación (y en caso de que sea necesario, refinamiento) del instrumental de análisis.

En el campo de la didáctica de las ciencias: 

Un aspecto fundamental es el tratamiento didáctico de las nociones básicas de la metateoría estructuralista. En este sentido, nociones estructuralistas como las de aplicación intencional, vínculo interteórico, condición de ligadura, etc., pudiesen ser introducidas en la formación del profesorado de ciencias, pero no de un modo directo. Es decir, el objetivo principal de la perspectiva NOS es el de formación en filosofía de la ciencia de la comunidad educativa, y especialmente (al menos para este trabajo) la formación en filosofía de la ciencia del profesorado de ciencias. No es entonces el objetivo formar a filósofos de la ciencia. En este sentido, las nociones estructuralistas debieran ser transpuestas de modo que puedan ser vinculadas en función de las necesidades metateóricas del profesorado de ciencias. Extendiendo esta consideración: las nociones estructuralistas debieran ser introducidas en la didáctica de las ciencias de modo que estén en concordancia con los requerimientos metateóricos de las líneas de trabajo de esta disciplina. Tendremos entonces que avanzar en la planeación, evaluación y/o modificación de las actividades y estrategias de vinculación de la metateoría estructuralista al campo de la didáctica de las ciencias.

120

Yefrin Ariza



Es muy interesante que los análisis estructuralistas se han realizado sobre un número considerable (y no comparable con otros enfoques) de teorías. La consideramos ventaja ya que cualquier otra concepción en filosofía de la ciencia suele ejemplificar su propuesta metateórica con teorías usuales (p.e., la mecánica clásica). En este sentido, uno de los caminos a seguir lo constituye el tratamiento didáctico de teorías ya reconstruidas por el estructuralismo metateórico a fin de poder ser insumos en la formación del profesorado, desprendiéndose de la carga (a veces muy) formal de su reconstrucción, pero sin perder la sofisticación de su elucidación.



No solo el tratamiento de las teorías reconstruidas parece ser un camino a seguir. La reconstrucción de teorías de las diversas disciplinas científicas es sin duda uno de los pasos a continuar para este trabajo. Si bien este tratamiento metateórico debiera pasar por el grado de detalle de la metateoría estructuralista, debieran garantizarse formas de introducción en la didáctica de la ciencia que contemplen la presentación de dichos análisis a un público no especializado en dichos contenidos. En este sentido, el análisis filosófico sobre las teorías se convierte en un camino en común entre la filosofía de la ciencia y la didáctica de la ciencia, a fin de contribuir a la actualización en filosofía de la ciencia de la didáctica de las ciencias.

121

7.

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