Aunque la actividad en este siglo está
pautada por la reestructuración hacia el estudio de
los gases y el enfoque experimental despojado de conjeturas y
falsas expectativas, el mérito por el descubrimiento de un
tercer no-metal, el fósforo, corresponde al último
alquimista, Henning Brand (1669 ) al encontrarse buscando la
piedra filosofal, entre otros medios, en la orina.
Se ha repetido que Newton (1642 – 1727) dedicó
ingentes esfuerzos a ensayos de transmutación alquimista,
justamente cuando tales ideas estaban en pleno decaimiento a
fines del siglo XVII. Pero en rigor histórico
publicó un ensayo en 1700 "On the nature of acids" y
dejó incompleta una teoría "de la fuerza
Química" que vino a conocerse un siglo después de
su muerte, ambos despojados del tinte alquimista y en
plena correspondencia con su regla de oro para el
razonamiento filosófico: "No se deben admitir otras causas
que las necesarias para explicar los
fenómenos".
El siglo XVIII marca el inicio de la Química como
ciencia experimental con los trabajos de la Escuela francesa
encabezada por el eminente químico Lois Antoine Lavoisier
(1743-1794) que logran asentar el estudio de las reacciones
químicas sobre bases cuantitativas despojando
definitivamente la investigación en este campo de las
nociones místicas de los alquimistas.
En otro polo del trabajo científico europeo, en
Suecia, el desarrollo de la minería y la
mineralogía condicionó el surgimiento de una
escuela de químicos que a lo largo de este siglo realizara
numerosos aportes en el análisis de minerales, en la
comprensión y gobierno de los procesos de su
reducción, enterrando definitivamente el ideal alquimista
de transformar metales nobles en oro. Entre 1730 y 1782 se
reportan los descubrimientos del cobalto, níquel,
manganeso, manganeso, wolframio, titanio y molibdeno. En poco
más de cincuenta años se superaría el
número de metales descubiertos por más de seis
siglos de infructuosa búsqueda alquimista. Con el paso del
tiempo, estos metales se emplearían en la
fabricación de materiales estratégicos para el
avance tecnológico.
Dada la importancia práctica de los procesos de
combustión es comprensible que las primeras propuestas
teóricas estuvieran enfiladas a explicar lo que
acontecía durante la quema de los combustibles. Resulta
sorprendente sin embargo que fueran tempranamente emparentados
las reacciones de combustión y el enmohecimiento que
sufrían los metales.
Corre la primera década del siglo XVIII cuando
surge la teoría del flogisto defendida por G.E. Stahl
(1660-1734). Según Stahl el flogisto podía
considerarse como un elemento que se liberaba rápidamente
por los combustibles al arder o lentamente durante el
enmohecimiento de los metales.
La tercera transformación química, de
máxima importancia en la época, la
liberación de los metales por reducción de los
minerales bajo la acción del carbón vegetal y el
calor, era interpretada como una transferencia del flogisto desde
el carbón hacia el mineral con lo cual el metal resultante
se hacía rico en flogisto.
La aplicación de estas concepciones a la
interpretación de los resultados experimentales obtenidos
al estudiar reacciones en que participaban los gases condujo a no
pocos errores y desviaciones del camino conducente a la
explicación objetiva de los hechos.
Así Henry Cavendish (1731-1810) al investigar con
particular atención las propiedades sobresalientes del gas
liberado durante la reacción del ácido
clorhídrico con algunos metales especuló sobre la
posibilidad del aislamiento del propio flogisto. Al lanzar esta
hipótesis se basó en dos de sus propiedades: era el
gas más ligero de los conocidos y presentaba una alta
inflamabilidad.
El químico escocés J. Black (1728-1799)
estudiaba la descomposición térmica de la piedra
caliza, advirtiendo que se formaba cal y se liberaba un gas.
Llamó su atención que la cal producida en esta
reacción, expuesta al aire regeneraba la caliza. Era la
primera vez que se tenía una clara evidencia acerca de la
reversibilidad de un proceso químico y por otra parte se
ponía de manifiesto que el aire debía contener al
gas que luego se fijaba a la cal para "devolver" la caliza. Pero
la concepción del aire como elemento inerte impedía
penetrar en la esencia del proceso.
Nuevos resultados de Black al abordar la
combustión de una vela en un recipiente cerrado
serían otra vez malinterpretados. Fue comprobado que se
liberaba el mismo gas que en la descomposición de la
caliza y que si este gas era colectado en un recipiente, en la
atmósfera resultante tampoco se lograba reiniciar el
proceso de combustión de la vela. En términos de la
teoría del flogisto se empañaba la lectura de los
resultados, y se hacía ver que era obtenido un aire
"saturado de flogisto" que impedía la combustión en
su seno.
Su discípulo Daniel Rutherford (1749-1819)
llevó más lejos estos experimentos demostrando que
en un aire "saturado de flogisto" tampoco lograba sobrevivir un
ratón. Es la primera vez que se obtiene un nexo entre la
combustión de una sustancia y la respiración de un
animal. Aclarar esta relación exigía romper con la
noción de que el aire era un elemento inerte en el cual se
portaba o transportaba el flogisto.
Nuevas y relevantes aportaciones sería realizadas
en la década de 1770 – 1779, por el químico
inglés J. Priestley (1738 – 1804). Prietsley
comprobó que en una atmósfera compuesta por el gas
liberado en la combustión de una vela (saturado de
flogisto, donde moría un ratoncillo) podía vivir
una planta. Y algo más sorprendente aún, el aire
residual, que quedaba después de largas horas de
permanencia de una planta en su seno resultaba vivificante, pues
en él un ratón se mostraba especialmente activo y
juguetón. Al mismo tiempo demostró que en este aire
inicialmente "saturado de flogisto", y luego modificado por la
acción de las plantas, los materiales ardían con
más facilidad. Por segunda ocasión en pocos
años los experimentos demostraban que un vínculo
profundo existía entre combustión y
respiración.
Desde otro ángulo, los resultados de Priestley
resultaron los primeros indicios de que plantas y animales
formaban un equilibrio químico que hacía respirable
la atmósfera de la tierra. La enorme significación
de este equilibrio ha sido lentamente comprendida por la
humanidad. Pero en el siglo XVIII de nuevo la teoría del
flogisto impuso una línea de pensamiento que hacía
ver la obtención de un aire desflogisticado, la
antítesis del aire aislado por Rutherford.
Si Black obtuvo las evidencias de que la reacción
de descomposición de la caliza era reversible, Prietsley
demostraría que el sólido formado durante la
reacción del aire con el mercurio, al calentarse
regeneraba el mercurio y se liberaba un gas que podía
colectarse por desplazamiento del agua y que mostraba las
cualidades correspondientes al conocido aire vivificante ("un
aire desflogisticado").
Los experimentos de Cavendish, Black y Priestley tienen
un denominador común, pretenden penetrar en la
comprensión cualitativa de los fenómenos que
estudian, y por supuesto que al hacerlo despliegan una enorme
imaginación y creatividad. Lavoisier por estos años
investiga también los fenómenos químicos
pero al hacerlo se auxilia de las mediciones cuantitativas de las
masas de las sustancias que participan en las reacciones. Cuando
en 1774 Priestsley viaja a París y transmite a Lavoisier
su descubrimiento del aire desflogisticado, al investigador
francés se le hace claro que el aire no es un elemento
inerte que recibe o entrega el principio sustancial conocido como
flogisto, sino que el supuesto aire desflogisticado constituye un
elemento.
Intentemos resumir sus interpretaciones a los hechos
experimentales conocidos en la época: cuando metales como
estaño y plomo se calientan en un recipiente cerrado
conteniendo aire se observa el aumento del peso del calcinado y
la constancia del peso del sistema total, al tiempo que se crea
un vacío parcial en el interior del recipiente y solo
aproximadamente una quinta parte del volumen del aire se
consume.
La interpretación de estos hechos es bien
distinta a la de sus colegas británicos. Los metales no
liberan flogisto al calcinarse sino que se combinan con un
elemento componente del aire que se corresponde con el aire
vivificante desflogisticado y de ahí su incremento en
peso. A partir de entonces nombra este nuevo elemento gaseoso
como oxígeno.
Al componente gaseoso residual de la combustión
correspondiente a las cuatro quintas partes en volumen del aire,
caracterizado por su relativa inercia química (el aire
flogisticado de Black) lo denomina nitrógeno. Y por
último, al enigmático gas inflamable de Cavendish
que es capaz (según comprobó experimentalmente en
1783) de arder produciendo vapores que condensan en forma de
gotas de agua, lo llama hidrógeno.
Quedaba resuelto así, en términos del
reconocimiento de sustancias elementales determinadas, lo que
Sthal pretendió identificar con el flogisto.
En 1789 Lavoisier publicó su "Tratado Elemental
de Química" en el que expone su método cuantitativo
para interpretar las reacciones químicas y propone el
primer sistema de nomenclatura para los compuestos
químicos del que aún perdura su carácter
binomial.
El célebre matemático M. Lagrange
diría de Lavoisier: "un segundo bastó para separar
su cabeza del cuerpo, pasarán siglos para que una cabeza
como aquélla vuelva a ser llevada sobre los hombros de un
hombre de ciencias".
El siglo no cerraría sus puertas sin que un
representante de la Escuela francesa Joseph L. Proust (1754
-1826) demostrara experimentalmente que las sustancias se
combinan para formar un compuesto en proporciones fijas de masas,
la llamada ley de las proporciones definidas. Una vez que fueran
experimentalmente demostradas por los trabajos de Lavoisier las
leyes pondérales que se verifican en las reacciones
químicas, se exigía de una teoría que
explicara el comportamiento experimental observado.
3.8.1.2. Leyes y teorías
primarias
A diferencia de momentos anteriores, en los que la
práctica, el saber hacer, precedía
significativamente a la teoría, ahora la fuerza de los
saberes de las nacientes ciencias impulsan y establecen un
complejo tejido de interacción con la
tecnología.
La aplicación de los inventos de Volta permiten
el descubrimiento y aislamiento de un número significativo
de elementos químicos; la aparición de los primeros
productos sintéticos (colorantes y otros) condiciona el
desarrollo de una nueva industria que persigue superar las
cualidades de los productos naturales conocidos hasta el
presente.
En esta compleja dialéctica al filo de la
necesidad y la casualidad, siendo portadores de los progresos
determinadas personalidades históricas que fueron creando
comunidades (Sociedades Científicas), en las naciones que
encabezan el desarrollo monopolista de la época, se
desarrollan las primeras leyes y teorías de esta
ciencia.
Una vez que en el siglo XVIII fueran experimentalmente
establecidas las leyes pondérales de las reacciones
químicas, se exigía una teoría que explicara
el comportamiento observado. El inicio de este siglo vería
aparecer la obra "Nuevo sistema de filosofía
química", en la que el químico inglés
John Dalton (1766 – 1844) expondría su teoría
atómica.
Al postular la existencia de los átomos como
partículas indivisibles en las reacciones químicas
parece que se retorna a las ideas de los atomistas griegos,
más de dos mil años atrás pero la
mecánica de Newton se refleja también en la
primera teoría moderna de la Química, al atribuir
como propiedad distintiva de los átomos su masa. A partir
de este momento, las diferencias observadas en las propiedades de
los elementos se pretenden relacionar con el peso
atómico.
Esta teoría era capaz de explicar la ley de las
proporciones definidas en que se combinan las sustancias, en
términos de la combinación de un número
determinado de átomos o átomos compuestos
(moléculas diríamos hoy según la propuesta
de Avogadro) en una reacción dada. Por otro lado la
capacidad predictiva de esta teoría se manifiesta en la
ley de las proporciones múltiples: como quiera que la
reacción entre A y B para dar diferentes
compuestos implica la combinación de átomos de A y
B en una relación necesariamente entera y particular en
cada caso, se puede derivar que "los pesos de una
sustancia A que se combina con un peso dado de B para dar
diferentes sustancias se han de encontrar en una relación
de números enteros sencillos". El propio Dalton se encarga
de comprobar experimentalmente la validez de esta
predicción.
Al tiempo que los postulados de la teoría
daltoniana demostraron su capacidad explicativa y predictiva
definieron los principales problemas que señalan el
derrotero de las investigaciones de los químicos en el
siglo XIX:
a. ¿Cómo determinar los pesos
atómicos de los elementos químicos?b. ¿Cómo descubrir nuevos
elementos, desarrollar métodos para su aislamiento y
preparación?c. ¿Cómo determinar las
fórmulas de las sustancias y cuál sistema de
símbolos proponer para reflejar simplificadamente el
enlazamiento entre los átomos?
La determinación de los pesos atómicos fue
basada en los resultados de los métodos físicos
más avanzados de estos tiempos, adoptando una escala
relativa con respecto al átomo de oxígeno (elemento
que se combina con la mayoría de los elementos conocidos
para dar lugar a las combinaciones binarias).
Un cambio de paradigma en el estudio sistemático
de las propiedades de los elementos químicos fue dado por
el descubrimiento de la Ley Periódica de los elementos
químicos. En 1869, el químico ruso D. Mendeleev
(1834 – 1907) defendió la tesis de que una
variación regular en las propiedades de los elementos
químicos se podía observar si estos se ordenaban en
un orden creciente de los pesos atómicos.
3.8.1.3. Experimentación –
Investigación y teoría de la
química
La edificación de la tabla periódica de
Mendeleev no solo dio lugar a la clasificación de los
elementos químicos en familias o grupos sino que
posibilitó la predicción de la existencia de
elementos químicos aún no descubiertos y de las
propiedades que estos debían exhibir. La sorprendente
correspondencia entre estas predicciones y los descubrimientos de
nuevos elementos que se producirían en los años
subsiguientes demostró la validez de la ley
periódica y constituyó un estímulo para la
realización de estudios de nuevas correlaciones en la
tabla propuesta. Su fama por estas realizaciones del intelecto no
ha dejado espacio para el conocimiento del hombre que a los 56
años de edad renuncia a su cátedra universitaria en
rechazo a la dictadura zarista. Una segunda dirección
observada en la investigación se relaciona con el
descubrimiento de nuevos elementos químicos, toda vez que
tales sustancias constituían los bloques unitarios a
partir de los cuales se formaba la amplia variedad de los
compuestos químicos.
Si en la Antigüedad fueron conocidos siete
elementos metálicos (oro, plata, hierro, cobre,
estaño, plomo y mercurio) y dos no metales (carbono y
azufre); el esfuerzo de la alquimia medieval sumó el
conocimiento de otros cinco (arsénico, antimonio, bismuto,
zinc y fósforo); y el siglo XVIII, con el estudio de los
gases, dejó como fruto el descubrimiento de cuatro nuevos
elementos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y
cloro) mientras el análisis de minerales aportaba la
identificación de nueve metales (cobalto, platino,
níquel, manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, titanio y
plomo); en total a las puertas del siglo XIX eran conocidos 27
elementos químicos.
Hacia 1830, se conocían cincuenta y cinco
elementos, es decir se había duplicado en treinta
años la cifra de elementos descubiertos en más seis
milenios de práctica humana. Dos factores contribuyeron de
forma decisiva a este vertiginoso crecimiento: la
aplicación del invento de Volta, la pila de corriente
eléctrica, para conducir la descomposición de las
sustancias; y la introducción de las técnicas
espectrales al análisis de muestras de minerales
convenientemente tratadas.
El principal problema que quedaba pendiente de ser
resuelto consistía en aclarar la forma en que se enlazan
los átomos en la estructura particular de la sustancia y
edificar un sistema de símbolos y notaciones que
permitieran una comunicación universal.
El sistema jeroglífico de representación
de los elementos químicos heredado de la alquimia fue
sustituido por un sistema más racional de notación
simplificada que se asocia a la representación de una o
dos letras iniciales (con frecuencia derivada de los nombres en
latín, plata = argentum, Ag). Este sistema de
notación fue propuesto por el químico sueco
Jöns J. Berzelius (1779 – 1844), considerado uno de los
fundadores de la Química, quien descubriera tres elementos
químicos (selenio, cerio y torio) y aplicara los
métodos más refinados de determinación de
pesos atómicos en la época.
En el mundo de las sustancias orgánicas este
período inicial representa el predominio del
análisis sobre la síntesis. En tanto los estudios
analíticos responden a una línea de pensamiento
debidamente formulada, los resultados sintéticos aparecen
con frecuencia atravesados por la casualidad
experimental.
La complejidad de los compuestos orgánicos
hacía más difícil la búsqueda de
regularidades que permitieran un principio de
clasificación. Dos hechos que resultaban especialmente
significativos se asocian al descubrimiento de los
isómeros estructurales, sustancias que respondiendo a la
misma fórmula de composición difieren en sus
propiedades, y de los isómeros ópticos, sustancias
que sólo se distinguen en el sentido que hacen girar el
plano de polarización de la luz polarizada, por L. Pasteur
(1822 – 1895). Para los investigadores de la época tales
diferencias debían encontrar respuestas en el diferente
ordenamiento de los átomos en la estructura
molecular.
Correspondió al químico alemán F.A.
Kekulé (1829 – 1896) edificar los principios en que se
basaron la primera teoría sobre la estructura molecular de
los compuestos orgánicos. Kekulé se graduó
de arquitecto en la Universidad pero se sintió fascinado
por la determinación de la arquitectura molecular de las
sustancias orgánicas y pasó a la historia por el
establecimiento de la estructura del benceno, una verdadera
pesadilla para los químicos del siglo XIX.
Aún desconociendo la naturaleza del enlace
químico propuso un ordenamiento según la valencia
de los átomos en la estructura molecular de las
sustancias. En lo esencial esta forma de representación en
el plano de las fórmulas estructurales de las
moléculas llega hasta nuestros días y
permitió la estructuración de las familias
orgánicas de acuerdo con la presencia de determinados
grupos funcionales.
El problema de la explicación estructural de los
isómeros ópticos debió esperar por la
comprensión de la orientación espacial de los
átomos en la estructura de las moléculas y un
primer paso en esta dirección fue dado por el
químico holandés Jacobus H. Van"t Hoff (1852 –
1911) al proponer la orientación tetraédrica de las
valencias en el átomo de carbono, que da nacimiento a la
estereoquímica como rama que se ocupa de definir la
geometría molecular de las sustancias.
Tanto en el estudio de las sustancias del mundo
inorgánico (según la clasificación propuesta
por Berzelius en este siglo) como en las investigaciones de las
sustancias orgánicas se advierte, como un imperativo de la
lógica interna de esta ciencia, el predominio en un primer
momento del método analítico.
Las investigaciones en el campo de los compuestos
orgánicos debieron en lo fundamental constreñirse
al aislamiento y posterior caracterización de determinadas
sustancias provenientes de materiales vegetales o animales.
Así, en 1817 se logra aislar la clorofila; el tratamiento
hidrolítico de la gelatina conducido en 1820 evidencia que
esta proteína está constituida por un
pequeño aminoácido, la glicina; y en 1834 se
reporta la separación de la celulosa de la madera quedando
demostrado que la hidrólisis enérgica de este
material produce unidades de azucares simples.
Berzelius, ante la complejidad observada por las
sustancias orgánicas desarrolla la teoría del
vitalismo, según la cual los tejidos vivos debían
disponer de una fuerza vital para la producción de las
sustancias orgánicas. La extensión de estas
nociones en el mundo académico de la época
desalentó por un tiempo la investigación en el
campo de la síntesis. Pero ya en 1828 el pedagogo y
químico alemán Friedrich Wöhler (1800 – 1882),
sin proponérselo, descubre que el calentamiento de una sal
(cianato amónico) producía la urea (un producto de
excreción del metabolismo animal ya conocido por
entonces), con lo cual el vitalismo recibe su primer golpe. No
fue casual su aportación menos reconocida pero que
aún hoy se aplica, al desarrollar el método de
producir el acetileno a partir del carburo de calcio.
Debieron pasar varias décadas para que, primero
A. W. Kolbe (1818 – 1884), discípulo de Wöhler, y
luego Pierre E. M. Berthelot (1827 – 1907), lograran la
síntesis de moléculas orgánicas simples
(como el metanol, etanol y otras) a partir de las propias
sustancias elementales de naturaleza inorgánica que los
constituyen.
3.8.1.4. Ruptura de fronteras
disciplinares
Un golpe de muerte definitivo recibiría el
vitalismo cuando el propio Berthelot, aprovechando los resultados
del estudio hidrolítico de las grasas (no casualmente la
familia con la más simple estructura de la gran
tríada grasas, carbohidratos y proteínas), se
propuso la síntesis de una grasa a partir de un solo tipo
de ácido carboxílico (graso) y la glicerina
obteniendo una grasa "sintética" con propiedades similares
a la grasa natural estearina.
Quedó demostrada la metodología a seguir
en el proceso de aprehensión del conocimiento de las
sustancias orgánicas complejas: primero dilucidar,
mediante el análisis, la estructura y luego probar las
rutas de su síntesis. El terreno quedaba fertilizado para
empeños mayores.
Pero hacia la mitad del siglo Pasteur, con razón
presentado como químico y biólogo, funda en la
Universidad de Lille la Facultad de Ciencias que se había
creado, en parte, como medio para aplicar la ciencia a los
problemas de la fabricación de bebidas alcohólicas.
Para la Francia de entonces la acidificación del vino y la
cerveza constituía un grave problema económico. Los
resultados de su investigación dan respuesta a los
problemas planteados y representan las bases de una nueva
ciencia, la microbiología. Los problemas
socioeconómicos de un contexto, el desarrollo de la
época, y el talento de Pasteur constituyeron fuerzas
motrices para desatar un complejo proceso de integración y
diferenciación que inicia el desarrollo de la
Bioquímica.
La tercera tendencia que se advierte corresponde a la
configuración de las disciplinas que abarcan las
relaciones entre las reacciones químicas y las diferentes
formas de energía: esto es, se gestan las leyes de la
Termodinámica Química, la Electroquímica y
la Cinética Química.
El dominio del fuego constituyó desde siempre una
necesidad de la civilización humana. En el siglo XVIII
allí donde se inicia la química como ciencia
experimental, los estudios más sobresalientes se
relacionan con estudios sobre las reacciones de
combustión. Pero lo que hoy llamamos el estudio de las
relaciones entre el acto químico y el calor involucrado
data del siglo XIX. El nacimiento de la Termoquímica
está marcado por los trabajos de G.H. Hess (1802 – 1850)
que demuestran que el calor implicado en una
transformación química sólo depende del
estado inicial y final del sistema y no de las etapas por las que
este proceso pueda ser efectuado. Constituye la ley de Hess
publicada en 1840 expresión del principio más
universal de transformación y conservación de la
energía.
En 1876 corresponde a Josiah Gibbs (1839 – 1910) el
mérito de relacionar en un cuerpo teórico
coherente, las tres magnitudes que caracterizan en
términos termodinámicos un proceso químico:
la variación de energía libre, la variación
de entalpía y la variación de entropía. A
partir de entonces la Termodinámica se convierte en una
disciplina de capacidad predictiva para evaluar la tendencia de
una reacción a verificarse en una dirección dada.
En otras palabras, la reversibilidad del fenómeno
químico a partir de entonces comienza a tratarse en
términos cuantitativos.
Con el nacimiento del siglo A.G. Volta (1745 – 1827),
sin comprender aún la naturaleza de su invención,
demuestra la posibilidad de generar corriente eléctrica a
partir de un sistema químico. Poco tiempo después
la corriente eléctrica es empleada por W. Nicholson (1753
– 1815) para provocar el proceso opuesto: la
descomposición electroquímica del agua acidulada. Y
ya en 1832, M. Faraday (1791 – 1877) deduce, apoyado en
resultados experimentales, las leyes cuantitativas de la
electrólisis de las disoluciones acuosas.
En la otra vertiente, la producción de
energía eléctrica a partir del fenómeno
químico, se dan importantes avances. En 1836 se inventa la
pila de Daniell y hacia mediados de la centuria se idean primero
el acumulador eléctrico y luego la pila seca.
Sin embargo una comprensión de los complejos
fenómenos electrolíticos exigió el
desarrollo de la teoría de la disociación
electrolítica, formulada por un joven en la defensa de su
tesis doctoral. Esta tesis recibiría la mínima
calificación del Tribunal y la máxima de la
Historia de la Ciencia. El joven sueco Svante A. Arrhenius (1859
-1927) recibió el premio Nóbel de Química en
1903, y su teoría apoyó el despegue de una nueva
rama del saber químico: la
electroquímica.
Un momento estelar en la aplicación de la
electroquímica a la tecnología viene representado
por la producción del aluminio a partir de técnicas
electrolíticas (1886). Hasta este momento el aluminio
constituía un metal de escaso uso por las dificultades
presentadas en la reducción de su óxido, a partir
de entonces por su ligereza y la inercia química de la
fina capa de óxido que lo recubre se convierte en un
material ideal para las conquistas técnicas que se vienen
gestando.
Otra esencia de las reacciones químicas que
comienza a ser investigada en el ocaso del siglo XIX es el
problema de la rapidez con que estas se manifiestan. Comprender
los factores que inciden sobre la rapidez a la que se verifica
una transformación química presupone la capacidad
de gobernarla convenientemente. La experiencia demostraba que,
por ejemplo, la hidrólisis del almidón se aceleraba
por la presencia de ácidos, y un efecto semejante era
producido también por un producto aislado de las
levaduras, la diastasa.
El primer peldaño en la edificación de la
teoría de la cinética química fue puesto por
el propio Arrhenius quién en 1889 estudia la
correlación existente entre la rapidez con que se
efectúa una reacción química y la
temperatura. Los resultados experimentales le permiten deducir
una nueva magnitud, la energía de
activación.
Este concepto conduce a la elaboración de la
teoría de las colisiones efectivas como forma de
interpretación de las reacciones químicas a partir
de las nociones de la teoría atómico – molecular de
la constitución de las sustancias.
Por último podemos apreciar que el siglo cierra
sus puertas con la que fuera una de sus iniciales tendencias, los
descubrimientos de nuevos elementos químicos. Pero esta
vez, Sir William Ramsay (1852-1916), premio Nóbel en 1904,
debió enfrentarse al difícil problema de aislar de
la atmósfera aquellos gases caracterizados por su
extraordinaria inercia química comenzando por el que
está en mayor abundancia relativa, el argón (del
griego Argos, noble). Y trabajando en el otro extremo de la
cuerda, el químico francés Henri Moissan
(1852-1907), premio Nóbel de Química en 1906,
consigue aislar el elemento más electronegativo y por
tanto de reactividad extraordinaria, el fluor.
3.8.1.5. La división del átomo y la
química nuclear
En 1898, a punto de finalizar la centuria los esposos
Curie descubren dos radioelementos: el radio y el polonio.
Así en el grupo de notables investigadores que
abrían paso a la comprensión y aplicación de
fenómenos totalmente nuevos y peligrosos, una mujer se
destaca por descifrar los secretos contenidos en determinadas
sustancias emisoras de radiaciones hasta entonces desconocidas,
la polaca María Curie. El laboratorio que dirige
constituye el núcleo de toda una red que enlazaba
problemas de la industria, la medicina e incluso la
política. Asistimos al momento en que queda atrás
la investigación en solitario de los pioneros; los nuevos
laboratorios encierran el quehacer de colectivos que deben
abordar no sólo la producción de los nuevos
conocimientos sino su aplicación en la práctica con
su carga de implicación social.
El siglo XIX se despide con una hecatombe, el
átomo no constituye una partícula indivisible.
Nuevos resultados experimentales exigirían de nuevas
teorías. Pero lo más trascendente para la humanidad
no era el cambio de paradigma que se avecinaba. A partir de ahora
la civilización humana debía aprender a enfrentarse
a una nueva época: la era atómica.
El asalto de la inagotable estructura atómica, la
conquista de las más complejas moléculas
orgánicas incluyendo aquellas relacionadas
íntimamente con la vida, y la batalla por la
preservación de un ambiente irracionalmente agotado,
serán las principales tareas asumidas por esta y otras
ciencias en el siglo XX.
3.8.1.6. Perspectivas científicas de la
química
En la actualidad, siglo XXI, año 2006, los
avances se dan de una manera más vertiginosa y se
consiguen grandes logros científicos en menos tiempo
gracias a las nuevas tecnologías y a la
globalización de la información y la
comunicación, lo que hace que los diferentes grupos de
investigación formal e informal estén
permanentemente intercambiando ideas, proceso y experimentos que
aceleran el proceso de edificación y construcción
del conocimiento de la química. De alguna manera la
ciencia entra en una época de reingeniería
conceptual debido a la ruptura de las fronteras
epistemológicas de las disciplinas científicas y la
interdisciplinariedad asume nuevamente el control
filosófico del conocimiento.
Algunas corrientes de pensamiento científico
argumentan que ya está todo descubierto e investigado y
que el único papel del científico es mejorar los
sistemas de conocimiento y comprobación científica,
otras corrientes defienden la idea de que apenas el hombre esta
despertando a la era del conocimiento donde se darán los
grandes saltos cualitativos en la concepción de la vida y
el universo, dándole una nueva dimensión a la
materia, la energía, el espacio y el tiempo. Lo cierto es
que dentro de la didáctica científica la
información transmitida de conocimientos no construye el
conocimiento del objeto de conocimiento y dentro de su
epistemología cada tema científico, y en este caso
químico, debe ser nuevamente comprobado y verificado
experimentalmente en la escuela para continuar avanzando en su
construcción, desde esta óptica es que el presente
trabajo propone un diseño continuado para la FORMACION DE
DOCENTES INVESTIGADORES, exponiendo como proyecto piloto la
EPISTEMOLOGÍA DIDÁCTICA DE LA QUÍMICA
EXPERIMENTAL, fundamentándose en una critica propositiva
al sistema de estándares del Ministerio de
Educación Nacional para el área de Ciencias
Naturales y Química y una revisión
currícular a los programas de química general
ofrecida en el primer semestre del pregrado en química de
la Universidad del Valle y de la Universidad Nacional de
Colombia.
Planteamientos e
hipótesis
Abordar el pensamiento científico y
tecnológico desde la edad preescolar en una estrategia
continua de estructuración de la mente científica
es, de alguna manera y en definitiva, la visión
teleológica del presente trabajo a través de
diferentes estrategias y metodologías las cuales se
intentara integrar en un pensamiento congruente y coherente que
permita la trasversalización de los diferentes
postulados.
4.1. LA FORMACIÓN DE DOCENTES
INVESTIGADORES
En los niveles básicos, medio y superior de la
educación colombiana se hace necesario perfilar un docente
investigativo que construya conocimiento científico y
tecnológico conjuntamente con sus estudiantes y este
proponiendo nuevos problemas que permitan ir estructurando una
visión del método científico en cada nivel
de estudios.
No es nada novedoso para los pedagogos la
investigación desarrollada por Jean Piaget a fin de
conocer las formas en como el niño, de una manera
secuencial y progresiva, va estructurando su mete cognitiva y va
desarrollando sus habilidades psicomotrices. En este caso se
postula la necesidad de ir estructurando, a través del
proceso educativo, una mente científica en el niño,
que se vaya desarrollando progresivamente y este apuntando
permanentemente y de una manera continuada a la solución
de problemas en contexto. Para este propósito no
sólo se requiere del docente o del didacta experto en la
transmisión comunicativa sino del docente investigador
tanto en el territorio disciplinar como en el terreno
pedagógico, un docente que oriente al niño hacia la
adquisición de habilidades investigativas y que
simultáneamente vaya sistematizando la experiencia
educativa e investigativa de su labor pedagógica,
aquí surge la ruptura con la dicotomía y la
síntesis de las acciones educativas y la reflexión
pedagógica.
A medida que aumenta el nivel escolar es necesario, en
la iniciación del conocimiento científico y
tecnológico, y de una manera determinante y definitiva,
romper con la tradición de los libros de texto, con los
estándares educativos, con la clase tradicional
transmisionista y verbalista y la relación frontal y
vertical Docente – estudiante, para acometer o abordar la ciencia
y la tecnología desde una practica cotidiana conducente a
la construcción clara y verídica de los
conocimientos científicos o por lo menos de los
fundamentos disciplinares para ir abriendo la posibilidad de
estructurar un conocimiento interdisciplinar aplicado a la
realidad y al contexto.
Desde esta óptica, el niño, el joven y el
adulto, dentro del esquema moderno de la educación
permanente y continuada, deben transformarse en investigadores
estructurados de su propio conocimiento.
Con relación al ámbito universitario de la
educación superior se resaltan algunos apartes del texto
de Marco Palacios a propósito de la reforma de la
Universidad Nacional de
Colombia[25]"….Para realizar la
misión actual de la Universidad Nacional, habremos de
pasar de una manera más resuelta a la universidad
investigativa, sin abandonar los elementos positivos, pertinentes
y vigentes de la universidad profesional" y en el mismo
documento "La investigación, que es una de las
funciones de la universidad, no solamente tiene el
propósito de servir a la economía y a la sociedad
en su conjunto, sino también a incrementar la critica y a
partir de ella la creatividad" y en otro aparte del mismo
documento "……Hoy la investigación es una
actividad profesional y vital. En este camino se ha hecho el
aprendizaje básico de los vínculos que deben mediar
entre la investigación y la docencia".
Existen varios enfoques y apreciaciones sobre la
investigación científica, aplicada a las ciencias
naturales, uno de esos enfoque aborda la investigación
desde la óptica de las ciencias y las tecnologías
de punta cuya investigación contribuye y aporta nuevos
conocimientos a los temas abordados, otro enfoque aborda la
investigación desde la aplicabilidad a problemas concretos
en un contexto determinado. Aquí, en esencia, se busca es
erigir la investigación como modelo educativo bajo la
premisa de que sólo aquello que el ser humano investiga y
constata en la practica es lo que realmente aprende y sabe y a la
vez es el punto de partida para la estructuración de
conceptos científicos aplicables a la
tecnología.
Por esta razón no se acepta que el estudiante de
los países subdesarrollados como Colombia, sólo
tenga contacto con la investigación y sus métodos
en los niveles de postgrado y doctorado, sino que debe ser una
practica estructurante desde preescolar.
4.2. LA ESCUELA INVESTIGATIVA
Los procesos investigativos y experimentales aplicados a
la educación formal en los sistemas nacionales de
educación y con énfasis en la construcción
de conocimiento científico y tecnológico, son de
poca recurrencia en los países subdesarrollados y
más aún en las instituciones educativas rurales,
que bajo el complejo del centralismo, quedan marginadas de las
innovaciones educativas y aisladas de los insumos informativos y
educativos. El abordaje de la enseñanza de las ciencias
básicas y de la consecuente tecnología se ha
convertido en uno de los mayores paradigmas que obstaculizan el
transito de los pueblos subdesarrollados hacia una posibilidad de
desarrollo sostenible. Para el caso de la educación
pública colombiana esta enseñanza se fundamenta en
un modelo pedagógico tradicional y trasmisional,
inminentemente informativo, demarcado por unos estándares
educativos que poco o nada responden a las expectativas y
necesidades regionales, y esta ausencia total de currículo
nacional regionalizado ha generado un aislamiento, cada vez
mayor, de los conocimientos fundamentales para el desarrollo de
la ciencia y la tecnología.
Otra de las grandes deficiencias de la educación
científica y tecnológica es la falta de
presupuestos y recursos para la investigación y la
experimentación, dentro del modelo de estado
asistencialista las autoridades educativas optan por la
educación de bajo precio o barata, restringiendo este
sector crucial de cualquier país, a salones, pupitres,
profesores y tableros, con muy pocas y pobres intervenciones en
el diseño de talleres y laboratorios específicos
que convierten la actividad cognitiva en una construcción
permanente y practica. En este aspecto las escuelas rurales y las
Instituciones educativas aisladas de los grandes centros urbanos
cuentan con la ventaja del paisaje cultural como un laboratorio
natural para la observación, el análisis, la
descripción y la experimentación.
Disciplinas tan agradables como la biología, la
química y la física, se convierten en los mayores
tormentos cognitivos de los estudiantes y más aún
cuando el estado promueve la enseñanza de estas ciencias
desde el grado 4º de enseñanza básica, pero
sin disponer de una propedéutica y unos instrumentos
adecuados para esta enseñanza, además del bajo
nivel formativo de normalistas, licenciados y docentes rurales en
enseñanza experimental e investigativa, de estos y otros
factores se desprende el poco o bajo interés que genera en
los estudiantes el aprendizaje de las ciencias básicas,
toda vez que se quieren instruir sólo desde la perspectiva
de la transmisión informacional desde la cátedra y
la pizarra[26]
Epistemología, hermenéutica y
semiología son tres vocablos vacíos de significado
práctico para cualquier estudiante de educación
básica, media e incluso en los estudiantes de la
educación superior de pregrado. No obstante estos tres
vocablos son conceptos de obligada aplicación
pedagógica desde la edad preescolar en torno a la
afinación de la percepción sensorial e intelectual
de los individuos de una comunidad cultural. Rompiendo con la
clásica dualidad cartesiana, el cuerpo humano tiene una
sola forma de aprender que es el mismo cuerpo, el intelecto y los
sentidos son cuerpo y cerebro juntos en su función
cognitiva, por eso es prioritario estimular el hábil
desarrollo de los sentidos más que la acumulación
de información en palabras o la misma escritura correcta
de las cosas, que han sido nominadas por el hombre. Si el
conjunto de habilidades de captación y creación
sensorial con su respectiva semiología se llama
hermenéutica y la semiología es el resultado de la
cultura acumulada para el discernimiento de los múltiples
signos y sus diferentes encadenamientos, encontramos la semejanza
y alternancia de estas dos disciplinas inscritas en el lenguaje
propio de la epistemología.
Dentro de la genealogía de la teoría
critica aplicada a la pedagogía, esta última ha
tenido una serie de evoluciones conceptuales y pragmáticas
enfocadas hacia el análisis permanente del hecho educativo
hasta concebir la escuela como el espacio educativo donde la
pedagogía adquiere su carácter practico y critico.
Desde los aportes hechos por QUINTILIANO (40 a 120 d.c.) hasta
JUAN AMOS COMENIO (1592 a 1670) en el que se establece la escuela
formal y todas sus operaciones educativas, estableciéndose
la didáctica y los textos educativos para la guianza de la
enseñanza en los diferentes conocimientos, hasta el
establecimiento de diferentes modelos y escuelas
pedagógicas tendientes a unificar un criterio nacional o
filosófico sobre la filosofía educativa, podemos
establecer que los aportes investigativos del último siglo
realizados por PIAGET, VIGOTSKI, AUSEBEL y GARDNER, han ubicado
diferentes teorías y modelos pedagógicos
fundamentados en la psicología y en los procesos de
construcción de las estructuras de aprendizaje para el
conocimiento. Para el caso específico del aprendizaje de
la ciencia y los avances tecnológicos es necesario
establecer y abordar dinámicas que aborden la
estructuración científica e investigativa de la
mente del niño a fin de proporcionar al estudiante la
oportunidad de construir de manera autónoma sus
conocimientos y desarrollar sus habilidades investigativas en el
campo de su preferencia con el claro fundamento de construir
conocimiento a través de la investigación y la
experimentación.
4.3. EPISTEMOLOGÍA DE LA DIDÁCTICA EN
CIENCIAS
Las investigaciones en didáctica que indagan
sobre los procesos de enseñanza y aprendizaje de las
ciencias, han alcanzado en las últimas décadas
niveles de consolidación considerable, lo que hace
necesario caracterizar los marcos conceptuales que determinan las
explicaciones acerca de los fenómenos vinculados a la
educación científica. Los métodos de
enseñanza, el diseño de estructuras curriculares,
los textos y materiales didácticos y la práctica
dentro de la escuela, han estado inspirados en las concepciones
científicas de los educadores.
Al considerar el dominio del paradigma empirista de la
ciencia en buena parte de nuestro siglo[27]no es
extraño ver que las ciencias hayan sido tratadas en la
escuela como un cuerpo inalterable de conocimientos
preexistentes. Bajo este paradigma epistemológico, el
papel del profesor y de quienes producen los planes de estudio,
los textos y los materiales didácticos ha consistido en
diseñar estrategias curriculares y didácticas, que
faciliten a los estudiantes la asimilación del
conocimiento transmitido. La concepción que
subyace a esta actividad supone que existe una relación
mecánica entre transmisión y asimilación.
Durante muchos años se ha aceptado una concepción
educativa que no distingue entre entrenamiento y
enseñanza. Se supone que el conocimiento es un
bien que debe ser entregado al estudiante por medio de una
práctica didáctica preestablecida; para ello se han
sobrestimado actividades como la memorización, la
repetición y la realización de tareas rutinarias.
Sin embargo, resolver problemas en el sentido amplio,
como lo establecen la mayoría de los propósitos
explícitos de la educación científica en
todos los países, exige del estudiante una
comprensión que va más allá de este primer
nivel. Para lograrlo, el estudiante debe llevar a cabo otras
actividades, distintas y más complejas, que incluyen no
sólo una reflexión sobre sus operaciones, sino una
reflexión sobre su reflexión. La forma de
comprensión que resulta de esta actividad meta
cognitiva, que no puede ser transmitida, en el
sentido tradicional, al estudiante, Es algo que él tiene
que construir con sus propios medios y que el maestro debe
reconocer y propiciar. La concepción mecanicista, que
supone que al generarse un proceso de emisión de
información por parte del maestro, se activa
automáticamente un proceso de asimilación de dicha
información por parte del estudiante, tiene una vieja
historia. Que las cosas no son así, es algo que se puede
constatar mediante la presencia, en el campo de conocimientos del
estudiante – a la hora del examen, por ejemplo – de elementos que
no estaban presentes en el discurso de enseñanza del
maestro. ¿Cuáles son las alternativas a este estado
de cosas? Responder a este interrogante es uno de los
propósitos principales de los estudios sobre la
enseñanza de las ciencias. Uno de los puntos de partida de
estas indagaciones está en las ciencias mismas. Empero, el
conocimiento científico, si bien es necesario, no es
suficiente para la caracterización de una disciplina cuyo
objeto de estudio es la enseñanza y el aprendizaje de la
ciencia y no la ciencia misma. Una condición indispensable
para tal caracterización la constituye la
interacción continua con el sistema educativo y con los
actores – estudiantes y maestros – del proceso.
Es necesario abordar entonces un nuevo método que
rompa con la tradición transmisionista y con las practicas
rutinarias en la que el estudiante desarrolla un tedio por una
ciencia que no esta al alcance de sus reflexiones y conceptos.
Aquí surge la epistemología en la didáctica
en el sentido de ir profundizando de manera lineal o
concéntrica los contenidos de cada disciplina, o en primer
lugar construir las estructuras mentales y las habilidades
investigativas que faciliten una didáctica conducente a la
creación autónoma de conceptos científicos y
a su aplicabilidad útil dentro del contexto y nivel del
estudiante.
MARIO BUNGE plantea en su libro "LA INVESTIGACIÓN
CIENTÍFICA"[28] que en esencia la ciencia
es un estilo de pensamiento y de acción sobre los
materiales de la naturaleza y es en especial el más
universal y provechoso de todos los conocimientos, pero toda
ciencia y toda actitud científica debe estar ligada a la
investigación para la construcción de conceptos
científicos. Para que exista el pensamiento
científico deben existir problemas por resolver y sin duda
la búsqueda de la verdad es un gran problema.
PRIMERA HIPOTESIS
Con base en lo anterior se pueden establecer unas
etapas de crecimiento dentro de la enseñanza del
pensamiento científico a través de la
problemática y la investigación sobre unidades
didácticas elaboradas para las diferentes etapas del
niño, del joven y del adulto. Para esto es necesario
instalar en la estructura cognitiva del niño un lenguaje
que le permita comparar y contrastar los aspectos de la
naturaleza y el universo, de igual manera es necesario
introducirlo mediante practicas de investigación en el
mundo de la ciencia y su aplicación directa a necesidades
reales, es claro que estas estructuras investigativas se instalan
y se estructuran en la primera educación del niño
para un posterior desarrollo en su vida educativa.
4.4. LA EPISTEMOLOGÍA EN LA
CONSTRUCCIÓN DEL CONOCIMIENTO
CIENTÍFICO[29]
Se ha insistido en que las concepciones sobre la ciencia
que tiene el educador modelan y modulan sus prácticas
pedagógicas. Estas concepciones son, con frecuencia
implícitas y, por tanto, caen fuera de la esfera de los
esfuerzos conscientes del profesor por identificar las posibles
causas de los fracasos de sus estudiantes. De allí que
resulte importante la toma de conciencia, por parte del educador,
de sus convicciones sobre la naturaleza del conocimiento
científico, sobre cómo éste se genera, sobre
las relaciones entre el conocimiento y la realidad y entre las
distintas manifestaciones del saber científico, de modo
que el educador pueda emplear, de manera explicita, estas ideas
en el diseño de su acción pedagógica. La
epistemología, en su versión contemporánea,
se propone el estudio de la naturaleza del conocimiento
científico y de las circunstancias de su
producción. Ya desde los tiempos de la antigüedad
clásica griega era dominante el pensamiento
epistemológico realista que concibe el conocimiento como
una copia de la realidad: el conocimiento se considera el
reflejo – como la imagen en un espejo- de ese mundo externo que
existe con independencia del observador. El enfoque
tradicional de la enseñanza tiene raíces profundas
en esta epistemología realista, que se complementa
armónicamente con el paradigma empirista; bajo este punto
de vista, la actividad del sujeto que trata de conocer (el
sujeto cognoscente) queda subordinada al objeto de su
conocimiento y su actividad primordialmente perceptual,
sólo puede producir un conocimiento que es reflejo fiel de
una realidad externa estructurada. Si bien esta
concepción realista – empirista del conocimiento resulta
ser una especie de respuesta espontánea del
hombre común ante las preguntas sobre la naturaleza del
conocimiento, no ha estado, desde sus primeras manifestaciones en
la Grecia antigua, libre de cuestionamientos. En el siglo V a.C.,
los escépticos hicieron evidente la imposibilidad
lógica de establecer la verdad de un
conocimiento, ya que la necesaria comparación de ese
conocimiento con la parte de la realidad que supuestamente
representa, implica un nuevo acto de conocimiento, que
tendría también que ponerse a prueba para demostrar
su verdad. Esta sólo es la primera de una larga cadena de
objeciones a las que se tuvieron que enfrentar quienes
defendían el realismo y el empirismo
epistemológico.
Reaccionando al punto de vista realista – empirista,
Kant (1724-1804) postula en su Crítica de la
Razón Pura[30]que, cuando el
sujeto entra en contacto con su objeto de conocimiento, recibe
impresiones sensibles que somete a un proceso organizador,
mediante estructuras cognitivas innatas, lo que a la postre
se ha denominado la epistemología individual. Lo que
resulta es el conocimiento. Así como el líquido
adopta la forma del recipiente que lo contiene, así
también las impresiones sensoriales adoptan las formas que
les son impuestas por las estructuras cognitivas que las
procesan; el resultado de este procesamiento es el conocimiento.
De esta manera, Kant nos advierte sobre las condiciones de
posibilidad del conocimiento objetivo: para alcanzarlo se
requiere de ciertas formas innatas o formadas
(estructuradas en la primera educación), de sensibilidad,
estas son el espacio, el tiempo, la causalidad, la permanencia
del objeto. En otros términos, aunque la realidad existe
con independencia del sujeto, el conocimiento que éste
puede tener de aquella, está mediado por la capacidad
cognoscitiva intrínseca del sujeto. Hay dos consecuencias
fundamentales del enfoque kantiano: la primera, el conocimiento
deja de ser concebido como representación de la realidad
externa y, en su lugar, es visto como resultado inseparable de
las experiencias del sujeto y de su actividad cognoscitiva. La
segunda, el sujeto deja de ser cognitivamente pasivo frente al
objeto de su conocimiento. El sujeto da estructura a sus
experiencias. Esto ya lo habían adelantado las corrientes
racionalistas, pero al costo de irse al extremo de poner todo el
peso de la construcción del conocimiento en el sujeto
cognoscente, marginando al objeto. La posición kantiana
inauguró un nuevo modo de conceptualizar la actividad
cognoscitiva. Sobre ella trabajaría Piaget dos siglos
más tarde.
Para Piaget el sujeto se acerca al objeto de
conocimiento dotado de ciertas estructuras cognitivas previamente
construidas (no innatas), mediante las cuales asimila al
objeto de conocimiento. Esta asimilación activa una
transformación (acomodación) de su aparato
cognitivo, de modo que, en el siguiente acercamiento su
lectura del objeto será otra, pues como resultado
de la primera, las estructuras cognitivas del sujeto se han
modificado. Con ello se establece una diferencia central con la
posición de Kant: las estructuras cognitivas piagetianas
son estructuras que se generan y evolucionan en el tiempo. Las
estructuras cognitivas del sujeto se van transformando, pero
requieren de unas bases estructurales sólidas formadas o
construidas con apoyo del pedagogo en la primera infancia.
Con el paso del tiempo, el sujeto se va encontrando en
posesión de un aparato cognitivo cada vez más
adaptado a su entorno. Por ejemplo, la lógica de un
niño es cualitativamente distinta a la lógica de un
adulto; como consecuencia, la imagen del mundo del niño es
distinta a la imagen del adulto; sin embargo, en ninguno de los
dos casos, la imagen del mundo es una copia de una realidad que
este allí, estructurada, lista para ser
asimilada. La dimensión constructivista de la
epistemología piagetiana se refiere a que el sujeto va
construyendo sus sucesivas versiones del mundo al mismo tiempo
que construye sus propias estructuras cognitivas. Su conocimiento
no es copia de una realidad externa a él, sino resultado
de la estructuración de sus propias experiencias. Una idea
primordial que subyace a la obra de Piaget es la de
evolución. A ella corresponde un punto de vista
filosófico y científico que consiste en fijar
nuestra atención en la naturaleza dinámica y
cambiante de las cosas y estudiar entonces sus transformaciones a
lo largo del tiempo. En esencia, este punto de vista, dominante
ya a fines del siglo pasado, fue una consecuencia duradera de la
obra de Darwin.
SEGUNDA HIPOTESIS
Desde esta perspectiva, el conocimiento
científico exige una relación individualizada y
directa con la realidad a través de los procesos
investigativos y experimentales, y de igual manera se requiere de
formas simbólicas – conceptuales para que este
conocimiento sea representado y devuelto a la vida real de manera
útil en su sentido tecnológico por medio de los
procesos de integración de los conocimientos con la
creatividad tecnológica.
4.5. EXPERIMENTACIÓN Y
EPISTEMOLOGÍA[31]
Piaget quiso que la epistemología estuviese
dotada de mecanismos de control sobre sus afirmaciones. La
historia de la ciencia (concebida como laboratorio
epistemológico) y la psicología, le darían
los elementos para diseñar el dominio experimental de su
versión de esta disciplina. El objetivo de la
epistemología genética es la
explicación del conocimiento científico; su base
experimental la constituye la historia de la ciencia y ciertos
experimentos psicológicos, que quedan enmarcados en la
llamada psicología genética, desarrollada
para tales fines por Piaget y su escuela ginebrina.
Piaget siempre estuvo bajo la fuerte influencia de la
ciencia de su tiempo (esto ya es evidente en su artículo
Las Dos Direcciones del Pensamiento Científico
(1929)). Su epistemología esta pensada alrededor de
las categorías básicas de la ciencia, el espacio,
el tiempo, la causalidad, el principio de conservación de
la materia y el número. Piaget realizó
investigaciones decisivas sobre estas categorías, desde la
perspectiva de la historia de las ideas, que lo llevaron a una
explicación de la razón profunda de la existencia
de un pensamiento racional. Pero consideró necesario dar
una mayor sustentación empírica a sus aseveraciones
de orden epistemológico. Entonces, su laboratorio
epistemológico, constituido por la historia de la
ciencia, se vio ampliado con sus investigaciones
psicogenéticas. De allí extrae una
información fundamental: existe una lógica del
niño, cualitativamente distinta a la lógica del
adulto. Este resultado esta en el corazón de su
teoría, pues le permitió explicar el origen
operatorio de las estructuras lógicas (punto débil
del empirismo) además de verificar una vieja
hipótesis sobre la existencia de una lógica de
la acción (la del niño pequeño) que
sirve como punto de partida para la construcción de la
lógica del pensamiento adulto. Para Piaget, el pensamiento
es una acción que se lleva a cabo internamente; para su
descripción requiere de un análogo interiorizado
del movimiento y de la percepción. La función
simbólica hace posible esta nueva forma de acción:
se comienza con las representaciones simples del mundo sensorio
motor y de allí se llega a las operaciones concretas que
se apoyan sobre aquellas primeras representaciones. El periodo de
las operaciones concretas tiene como núcleo la posibilidad
de aplicar, por parte del sujeto, algún principio de
conservación. Debe entenderse que esto ocurre siempre
dentro de un contexto y que el éxito en la
aplicación de un principio de conservación en dicho
contexto no significa que el sujeto ya pueda aplicar tal
principio en cualquier otra situación. Lo que le interesa
a la epistemología genética, como tal, es que la
posibilidad de aplicar un principio de conservación revela
un cambio cualitativo. En la etapa final del proceso (que es muy
largo, complejo y altamente no-homogéneo) aparecen las
formas complejas de organización del pensamiento
científico. El núcleo de la etapa de las
operaciones formales lo constituye la posibilidad del
pensamiento hipotético deductivo, es decir, la
posibilidad de razonar a partir de hipótesis. Volvamos a
insistir, la posibilidad significa que, en una
situación determinada, el sujeto es capaz de esta
forma compleja de razonamiento. Es allí, en esa
posibilidad, donde se encuentra el valor epistemológico
que interesa a la epistemología genética. El
análisis de la génesis histórica de las
categorías básicas del pensamiento
científico permitió a Piaget la
tematización (es decir, el estudio sistematizado) de
la objetivación y del aumento de claridad conceptual (que
podemos asociar a un aumento de rigor) en el desarrollo de las
ciencias. La actividad de la comunidad científica va
llevando al conocimiento, en una época determinada, a un
mayor nivel de objetividad. La objetividad no es pues una
característica del conocimiento que cae ya preformado ante
los ojos de la comunidad. Pero hablar de la actividad de los
científicos es hablar de un nivel de desarrollo avanzado.
Si de lo que se trata es de investigar el proceso de
construcción del conocimiento científico, la
perspectiva evolutiva indica que hay que ir hacia atrás,
hacia las etapas anteriores, ya que la realidad de un proceso
evolutivo no la descubre ninguna de sus etapas en particular,
sino el proceso en su totalidad.
TERCERA HIPOTESIS
Con base en estas conclusiones emanadas de las
investigaciones y experimentos de PIAGET, se propone una escuela
investigativa, con docentes investigadores o formados en
investigación primaria o básica, para el abordaje
de la Ciencia y la Tecnología en la enseñanza y
didáctica de las ciencias naturales con énfasis en
química experimental, partiendo de las lógicas y
estructuras cognitivas formadas desde la edad preescolar y
llevadas de manera progresiva y concéntrica a los
ambientes educativos de las ciencias de la educación
básica, media y universitaria.
No es posible construir un conocimiento
científico sin el contacto sensorial con los objetos
reales del conocimiento y sus dimensiones, la transmisión
verbal y simbólica no es suficiente para que el
niño forme y desarrolle sus estructuras científicas
y elabore conceptos veritatitivos, contrastables y demostrables
sobre el espacio, el tiempo, la energía, la materia y las
transformaciones. Es necesario entonces transitar del tablero al
taller, al laboratorio o a los ambientes donde los sentidos se
pongan en contacto directo con los objetos del conocimiento y sus
dimensiones, es necesario abandonar el pupitre e instalarse en el
mundo de la naturaleza, es necesario cambiar los dibujos, laminas
y representaciones graficas por visualizaciones directas con los
instrumentos apropiados y es necesario transformar al docente
"dictador de clase" por un investigador in aula, capaz
de diseñar procesos experimentales y practicas de
laboratorio para cada secuencia temática y aplicar
variantes para cada estudiante o grupo de estudiantes
investigadores, un docente con la capacidad de desarrollar textos
conceptuales con sus propios estudiantes a partir de la
experiencia y un docente con la habilidad de estructurar los
conocimientos científicos desde su origen, desarrollo y
aplicabilidad a través de la
tecnología.
4.6. LA QUÍMICA EXPERIMENTAL
No es posible aprender la química sin el
reconocimiento de la Fundamentacion teórica de la
disciplina en su genealogía, pero tampoco se puede
pretender que por medio de la profundización
teórica se puede llegar al dominio integral de la
química. En los contextos de la educación
básica, media e incluso universitaria de Colombia la
enseñanza de la química se queda en el umbral de lo
teórico e incluso sin ser profundizado.
La química exige desde el comienzo y desde su
propedéutica una disposición a la
experimentación personal y directa sobre la materia y sus
transformaciones a la vez que se van desarrollando las
técnicas y métodos de experimentación. La
experimentación exige, de igual manera unos procesos
adecuados que permitan ir sistematizando y analizando las
observaciones para ir profundizando en los conceptos. La
formación de la "paciencia experimental" es una necesidad
formativa en la escuela primaria para asegurar la proyectiva
experimental en la escuela secundaria y media. En los planes de
estudio curriculares y en la cotidianidad escolar es poca la
importancia que se le concede a las practicas de laboratorio, en
la universidad no se ha logrado llegar al equilibrio de
teoría y practica en la enseñanza de la
química y en muchos casos los temas y practicas en los
primeros semestres replican los mismos temas y practicas de la
educación media.
La tendencia general es la de subordinar la
enseñanza práctica a la teórica. En las
universidades se acostumbra a llevar a cabo un desarrollo
simultáneo de la teoría y la práctica en
orden creciente de complejidad sin obligar a un paralelismo de
contenidos. Uno de los principales inconvenientes de la
enseñanza experimental es los altos costos y la
inversión de recursos y tiempo que ésta exige,
más aún en la universidad latinoamericana
acostumbrada a la economía de la enseñanza.
Haciendo una comparación en la relación de costos
para la enseñanza de la química y sin contar la
inversión en edificaciones e instalaciones apropiadas, se
puede estimar que en Colombia el costo de la enseñanza
química completa en programas de pregrado oscila entre 400
a 500 dólares año/estudiante y que a su vez la
relación educativa docente/estudiante es de 1/15, mientras
que en los países desarrollados la relación es de
1000 a 1500 dólares año/estudiante y la
relación educativa llega a un docente por cada 5
estudiantes[32]
Es la química una de las ciencias más
costosas en su tecnología de enseñanza, lo cual
obliga a los estados a invertir o a subsidiar su desarrollo con
partidas que estimulen su estudio experimental y el desarrollo de
tecnologías apropiadas para la enseñanza
experimental de ésta ciencia. Pero al mismo tiempo es la
ciencia cuya estructura de conocimientos aplicados a la
tecnología constituyo la base para el desarrollo del mundo
moderno y sus tecnologías, esto significa que las naciones
y los países desarrollados entendieron la importancia
histórica del desarrollo de la química para
fortalecer su tecnología y sus industrias. En el caso de
Colombia el programa de química surgió como una
necesidad de formar personal calificado para las nacientes
explotaciones de los recursos mineros y en particular la
explotación de combustibles fósiles como el
carbón y el petróleo, desde esta óptica los
programas curriculares que se diseñaron no contemplaron la
necesidad de construir un conocimiento sino de transmitir la
cultura química ya construida y cuyos conocimientos de
base no se han logrado construir. La investigación y los
laboratorios dispuestos para esta actividad aún son
precarios, manteniendo la ciencia química en calidad de
conocimientos para el desarrollo de competencias laborales
profesionales en industrias de igual manera sin capacidad de
investigación y experimentación.
CUARTA HIPOTESIS
La formación profesional en química
exige, desde cualquier óptica, el desarrollo de cualidades
formativas de la experimentación proyectada a convertir la
química en una ciencia practica. La química
enseñada desde la dimensión experimental y
práctica, permite abordar y conquistar la
epistemología química necesaria para alcanzar la
frontera de los conocimientos dentro del mundo desarrollado. El
estudiante de química debe ser capaz de realizar en forma
individual y con sus propia psicomotricidad, los experimentos que
ha planeado en su mente científica acostumbrada a
correlacionar los conocimientos teóricos y los
razonamientos lógicos con la verificación
experimental. La buena enseñanza experimental de la
química requiere de construcción de laboratorios
modernos y apropiados, instalación de servicios, planta
para la obtención, procesamiento y purificación de
sustancias, instrumentos y aparatos adecuados para la
investigación, recursos bibliográficos actualizados
y diseños de programas curriculares acordes con el
desarrollo moderno de la química. En el terreno
pedagógico y didáctico el estudiante debe ser
orientado a comprobar por sí mismo que es lo que
ocurre en los procesos (Heurística).
Desarrollo de
objetivos
5.1. DESARROLLO DEL OBJETIVO DE
RESEÑA
La química en Colombia es una ciencia
relativamente joven que ha insistido en mantenerse joven,
mientras en la humanidad la química ha seguido su
evolución tal como se referenció en la breve
historia precedente. Para tener una pequeña noción
de cómo se ha estructurado la ciencia química en el
contexto colombiano se presenta una breve bitácora de
acontecimientos[33]donde es claro que se ha
empleado como disciplina técnica y no como ciencia
básica para estructurar el desarrollo científico y
tecnológico.
Los avances científicos adelantados en Europa
en los siglos XVI y XVII llegaron a España con mucho
retraso y en general no fueron comprendidos por la cultura
hispánica.
Este ha sido uno de los acontecimientos determinantes en
el atraso científico de las colonias hispánicas en
América toda vez que por orden de Felipe II España
fue sometida al atraso y a permanecer en la tradición
medieval mientras el resto de Europa estaba en plena
revolución científica y tecnológica y en
especial en el campo de la química teórica y
aplicada.
"…..Mandamos que de aquí en adelante
ninguno de nuestros súbditos y naturales de cualquier
estado, condición y calidad que sean: eclesiásticos
o seglares, frailes ni clérigos ni otros algunos, no
puedan ir ni salir de estos reinos a estudiar, ni enseñar
ni aprender ni a estar ni residir en universidades, ni estudios
ni colegios fuera de estos reinos; y los que hasta agora y al
presente estuvieran y residieren en tales universidades, estudios
o colegios se salgan y no estén más en ellos dentro
de cuatro meses de la data y publicación desta
carta……" Disposición de Felipe II –
1559
El iluminismo francés llega a España
bajo la tutela de los Borbones en 1714 a partir del cual se
generan sociedades y expediciones que tienen sus respectivas
repercusiones en la América Hispana como lo fueron la
expedición de Hipólito Ruiz y José
Pavón en Perú y Chile entre 1777 a 1832, y la
expedición Botánica del Nuevo Reino de Granada
establecida el 1º de abril de 1783 y se extendió
hasta 1808 bajo la dirección de José Celestino
Mutis.Creación y desarrollo del Real Seminario de
Minería de México 1792 a 1811.La metalurgia incide históricamente en la
concepción de la química neogranadina. Fueron
varios los metalúrgicos que desde España
comenzaron a influenciar la estructuración de la
química en América, periodo que se extiende de
1540 con Bartolomé de Medina hasta 1887 con Juan
Bautista – Boussingault.El desarrollo de pequeñas industrias,
talleres artesanales y manufacturas principalmente en
Medellín y Bogotá en los comienzos del siglo
XX, acudiendo a la Química empírica en los
procesos de producción.Arthur D. Little, quien estudió en el
Instituto Tecnológico de Massachussets, propone la
practica de ingeniería Química estructurada en
secciones denominadas como "operaciones y procesos
unitarios"Los pioneros de la química nacional:
José María Cabal (1769 – 1816) Alumno de
Vauquelin, Proust, Bertholet. Fusilado en la plaza de
Popayán por revolucionario contra la corona
española. Dejó seis (6) tomos manuscritos y
empastados sobre la química. Jorge Tadeo Lozano
(1771-1816) Cursó química en el Real
Laboratorio de Madrid trayendo a la Nueva Granada una vasta
biblioteca especializada y un laboratorio que quedaron en
propiedad del Colegio del Rosario. Ezequiel Uricoechea
(1834-1880) Bogotano que a los 18 años obtuvo el
grado de médico en la Universidad de Yale. Por consejo
de Humboldt se graduó en Filosofía y Artes
liberales en la Universidad de Gotinga y se
especializó en el estudio de la química y la
mineralogía. Realizó un estudio especializado
sobre el Iridio. Catedrático de Química del
Colegio del Rosario. Abandonó el país
desilusionado por no contar con el respaldo y las condiciones
que permitieran la investigación científica. La
Universidad Libre de Bruselas inauguró en su nombre
una biblioteca.Las primeras Instituciones de la química en
Colombia fueron: La Escuela de Minas de
Medellín creada por la ley 60 de 1886 y el decreto
181 de 1887. Laboratorio de la fábrica de
municiones del Ministerio de Guerra, Fundado en la
década de 1920 bajo la dirección del
químico Guillermo Kohn Olaya. Laboratorio
Químico Nacional, surgió por la necesidad
de la naciente industria nacional y bajo el mandato del
Ministro de Industrias del gobierno de Abadía
Méndez se creo por decreto Nº 86 de 1928,
prestando inicialmente servicios a los departamentos de
minas, petróleos y agricultura. Instituto Nacional
de Higiene, viendo la necesidad de preparar vacunas,
sueros antiofidicos y productos veterinarios los
médicos Bernardo Samper y Jorge Martínez
fundaron un laboratorio que luego fue comprado por la
nación para constituirse en el Instituto Nacional de
Higiene (Ley 15 de 1925) que luego se convirtió en el
INS (Instituto Nacional de Salud). Academia Colombiana de
Ciencias exactas, físicas y naturales, Por
gestión del poeta José Joaquín Casas
quien con la ayuda de la misma academia homologa en Madrid
logró construir la propia en Colombia con el decreto
1218 de mayo 28 de 1936. Sociedad Colombiana de
Químicos, fundada en 1941. Asociación
Química Colombiana, creada el 10 de junio de
1966.Como resultado de los cambios colaterales de la II
guerra mundial se ve la necesidad de implementar la
enseñanza de la química a nivel superior y
desarrollar la industria y algunas instituciones de
carácter investigativo en Colombia: El Departamento
y la Facultad de Química, en 1938 se establece en
la facultad de ingeniería un pemsum de
Ingeniería química que luego en 1939 adquiere
la condición de departamento de Química y
finalmente en el año 1940 por acuerdo el Consejo el
Departamento de Química queda transformado en Facultad
de Química de la Universidad Nacional, prestando
además el servicio de la enseñanza de la
química. Instituto de Investigaciones
Tecnológicas (I.I.T.), Creado en 1955 por la Caja
de crédito agrario, Industrial y Minero, dedicado a la
investigación aplicada. Laboratorio de suelos del
Instituto Geográfico "Agustín Codazzi",
Creado por decreto Nº 290 de 1957 donde se aplica la
química para el estudio de suelos. Instituto de
Asuntos Nucleares, Creado por decreto Nº 2345 de
1959, encaminado al estudio de la energía nuclear y
ante la falta de voluntad política por la
investigación es liquidado a mediados de
1990.
Esta pequeña bitácora de acontecimientos
químicos ligados a la genealogía de la
nación colombiana muestran con suficiencia el enfoque
instrumental de la química y la ausencia de
construcción epistémica del conocimiento
químico a través de la investigación y la
experimentación, lo que se convierte en soporte para el
modelo de la Escuela Investigativa y en argumento suficiente para
diseñar un modelo para la formación continuada de
docentes investigadores que logren superar el atraso que tiene
esta ciencia en el patrimonio cultural y científico del
país.
Por alguna razón en la historia de la ciencia
nacional y sus procesos didácticos, la
investigación ha sido desestimada y subvalorada, a pesar
de la creación de COLCIENCIAS el 20 de noviembre de 1968
(Decreto-ley Nº 2869), el país no ha tenido la
voluntad política de la investigación, permitiendo
la fuga de cerebros debido a un factor desestimulante casi
sistemático a la creación de grupos e institutos de
investigación.
Es necesario entender que el conocimiento
científico se construye desde la autonomía y que no
corresponde a los modelos transmisionistas – tradicional, no se
trata de transmitir información científica puesta
en palabras para responder con palabras a esta misma
información, la ciencia exige una construcción de
conocimientos y conceptos ligada a la verificación
practica, a la constratación física y conceptual y
a la elaboración de teorías que permitan explicar
la naturaleza a partir de la experiencia y estos procesos deben
estar inscritos en un currículo que interactué con
la cultura de la humanidad en sentido equilibrado y no
dependiente.
5.2. DESARROLLO DEL OBJETIVO DE
ANÁLISIS
Desarrollar un análisis contextual de las
practica pedagógica, docente y currícular de
ocurrencia en el sistema educativo nacional, aplicado a la
educación básica, media y
vocacional.
Con el enfoque de contrastar los diferentes lineamientos
curriculares para la enseñanza de las ciencias naturales y
en particular de la química y sus respectivos
estándares propuestos por el Ministerio de
Educación Nacional con el programa de Química
General ofrecido por la Universidad del Valle y algunos aspectos
de la enseñanza de la Química en la Universidad
Nacional, y antes de acometer un análisis desde los
territorios propuestos por el presente trabajo, debo asumir una
posición que permita entender el mismo análisis y
la misma contrastación.
Es una fortuna que este análisis se pueda
estructurar dentro del contexto de los cambios globales
expresados en la globalización, la Sociedad del
Conocimiento, La nuevas Tecnologías de la
Información y la Comunicación (NTICS), El tratado
de Libre Comercio, los sistemas internacionales de
acreditación de la educación superior y los
tratados sobre Educación virtual. Estos hechos sociales,
políticos y culturales que impactan de una manera
acelerada el mundo actual (2006) exigen nuevos procesos de
fractalización, de territorialización,
desterritorialización y reterritorialización del
sentido de la vida y el conocimiento ante los cuales la nueva
revolución científica y tecnológica colocan
a las naciones ante un reto de emergencia que las obliga a asumir
una posición dentro de lo global y a repensar sus
territorialidades, a reelaborar sus coordenadas educativas, y a
confrontar sus epistémes o mejor a plantearse la necesidad
de estructurar el conocimiento como moneda y parámetro de
interacción y supervivencia.
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