Acaso nos han metido el perro con la lavandina? Una experiencia didáctica integrada

AUTORES: Claudio M. González Ezequiel F.F. Labreveux

Título Profesional : Profesores de Biología y Filosofía (UBA)

Unidad Académica: Ciclo Básico Común (UBA) Proyecto UBACYT CB007
TE: 782-9702 FAX : 782-9702

Introducción:

Este trabajo está encuadrado en el proyecto CB 007-CBC UBACyT, "La metodología crítica de la ciencia en el aprendizaje de la biología en el CBC".

Uno de los objetivos del mismo es promover el aprendizaje no memorístico en ciencia de modo interdisciplinario, articulando los contenidos de dos materias del CBC: Biología e Introducción al Pensamiento Científico.

Se busca invertir la situación tradicional del docente y del alumno. El docente asumirá el papel de guía estimulando al alumno para que asuma un rol activo y más responsable en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

Descripción de la experiencia:

La primera etapa de este trabajo comienza en el laboratorio. A partir de un interrogante: "¨Qué ocurre si se mezclan agua lavandina y acetona?", se plantea un problema que lleva a enunciar un conjunto de hipótesis:

a) H1: Cuando se mezclan acetona y lavandina se produce una reacción química en la cual se libera calor.

b) H2 : Existe una relación cuantitativa entre la cantidad de calor liberado en la reacción y la concentración de la lavandina.

c) H3 : La cantidad de calor liberado en la reacción es directamente proporcional (relación lineal) a la concentración de la lavandina.

Posteriormente se deben poner a punto los ensayos que permitirán contrastar estas hipótesis. A tal efecto se trabaja en el laboratorio con grupos de tres personas.

Se provee a cada grupo de un termo, tubos de ensayo, vasos de precipitado, un termómetro (de 0 §C a 100§C), pipetas con distintas graduaciones, agua lavandina y acetona.

Para contrastar la hipótesis 1 los alumnos miden la diferencia de temperatura (dT en §C) producida al mezclar agua lavandina y acetona ( en una proporción sugerida por el docente). La temperatura inicial (Ti) es la del volumen de lavandina antes del agregado de la acetona y la temperatura final (Tf) es la que alcanza la mezcla luego de un minuto aproximadamente. El cálculo que realizan es el siguiente:

dT = Tf - Ti

La diferencia de temperatura es una medida del calor liberado al producirse la reacción.

Para contrastar las hipótesis 2 se repite el ensayo descripto anteriormente pero utilizando agua lavandina de otra marca (y distinta concentración). El dT obtenido debe ser distinto del anterior.

Para contrastar la hipótesis 3 los alumnos efectúan ensayos en los cuales mantienen constante la cantidad de acetona variando solamente la dilución de la lavandina.

Con los datos obtenidos grafican la diferencia de temperatura (dT) en función de la dilución de la lavandina utilizada y encuentran de este modo que es una relación lineal.

Al realizar esta experiencia se deja que los alumnos procedan de un modo intuitivo, guiándose por las nociones previas que estos tengan del método científico.

La segunda etapa ocurre en el aula. Los alumnos tienen como tarea la reflexión sobre la experiencia efectuada y llevan a cabo una reconstrucción racional de la misma aplicando nociones que forman parte de los contenidos de la materia Introducción al Pensamiento Científico. A tal efecto se distribuye una guía elaborada por los docentes en la cual se explican las principales etapas del método hipotético-deductivo.

Los alumnos deberán articular la experiencia realizada en la primera etapa con dichos contenidos. Para ello se les solicita: 1) Que determinen si el modelo propuesto es una herramienta útil para reflexionar y racionalizar la experiencia que fue realizada de modo intuitivo.

2) Que registren si algún momento del experimento no se ajustó al modelo.

3) Que indiquen las diferencias, en caso de existir, entre el modelo propuesto y las ideas previas que ellos tenían sobre el método científico.

Los objetivos propuestos se cumplen con la ayuda de un cuestionario incluido en la guía mencionada.

Resultados:

1)En la actividad de laboratorio se encuentran dificultades al momento de establecer qué tipo de mediciones se van a efectuar. Los alumnos miden la temperatura final que alcanza la mezcla de acetona y lavandina pero no consideran la medición de la temperatura inicial del sistema ( antes de agregar la acetona).

2)Los alumnos logran poner a punto cada uno de los ensayos que permiten contrastar las hipótesis con un mínimo de guía por parte del docente.

3) Se encontraron dificultades en la formulación correcta utilizando un lenguaje preciso de los problemas y de las hipótesis. Los alumnos suelen expresar los primeros mediante palabras aisladas. En el caso de las hipótesis, es frecuente que no se las formule como proposiciones.

4) Otra dificultad consiste en efectuar la distinción entre hipótesis e implicación contrastadora y comprender la relación condicional existente entre ellas.

A continuación reproducimos la guía que se entrega a los alumnos detallando las etapas del método hipotético- deductivo y las preguntas con las cuales se induce a que los mismos reconozcan dichas etapas relacionándolas con la experiencia que realizaron previamente.

Etapas en el método hipotético deductivo

I)Problema

Oportunamente hemos visto que la investigación científica comienza cuando el científico se enfrenta con ciertas dificultades que no puede resolver en base al conocimiento disponible y que lo lleva a la formulación de un problema científico.

El investigador puede ser llevado a formular un problema cuando aparece algún hecho o algún tipo de información que choca y contradice su cuerpo de expectativas, creencias y conocimientos previos sobre el mundo obligándolo así a buscar una explicación nueva.

Pero también puede desarrollar la capacidad de inventar, buscar activamente y plantear problemas nuevos por la curiosidad intelectual y por el gusto que esto le produce como desafío.

Actividad práctica:

1) Reflexione sobre la experiencia de laboratorio efectuada y formule el problema que desencadenó la invetigación.

II)Hipótesis

Una vez formulado el problema, el científico propone una hipótesis como una posible explicación del fenómeno analizado. Toda hipótesis es una conjetura, el científico ignora el valor de verdad de la misma y deberá contrastarla poniéndola a prueba mediante un procedimiento que describiremos más adelante.

Actividad práctica :

1) Enuncie las hipótesis propuestas en la experiencia realizada.

III)Contrastación de una hipótesis

Dijimos que las hipótesis científicas deben ser enunciados contrastables, es decir debe ser posible poder someterlas a prueba empírica para determinar si lo que describen se corresponde con la realidad o no.

Para contrastar una hipótesis el científico debe preguntarse qué consecuencias

observacionales y/o experimentales se producirán si supone que la hipótesis es verdadera. Vale decir que, aunque la hipótesis es una conjetura, el científico ignora el valor de verdad de la misma, la supone verdadera para realizar el juego mental de inferir deductivamente consecuencias de la misma.

a)Implicación contrastadora

Las implicaciones contrastadoras son las consecuencias lógicas de una hipótesis que permiten ponerla a prueba para determinar si esta es verdadera o falsa. Son enunciados que se deducen de la misma y que describen los resultados experimentales que se deberían obtener y/o las observaciones que deberían realizarse de ser verdadera una hipótesis.

Las implicaciones contrastadoras son implicaciones en un doble sentido.

En primer lugar son enunciados implicados por la hipótesis.

Simbolizamos dicha relación con un condicional: H ( IC

En segundo lugar las IC pueden formularse explícitamente como enunciados condicionales o implicaciones materiales del tipo :

Si ( se dan ciertas condiciones de ) entonces ( se observarán resultados ) contrastación especificadas de determinado tipo

C ( O

Uniendo los dos sentidos de implicación detallados nos quedaría que el ejercicio mental que realiza el científico consistiría en afirmar :

Si la Hipótesis es verdadera, entonces Si ( se dan ciertas condiciones de ) entonces

contrastación especificadas

( se observaran resultados ) de determinado tipo

H ( ( C ( O )

b)Contrastación por observación y experimentación

Cuando las condiciones de contrastación aludidas en el antecedente de la implicación contrastadora se pueden producir y controlar artificialmente, se dice que la hipótesis se contrasta por experimentación.

En otros casos dicho control no puede realizarse (pensemos por ejemplo en el caso de los astrónomos que no pueden manipular a voluntad la posición y el curso de los astros) En esos casos es necesario esperar a que las condiciones de contrastación se produzcan espontáneamente y registrar si también se produce el resultado esperado. Se dice entonces que la hipótesis fue contrastada por mera observación.

c)El experimento científico

Mario Bunge nos dice en "la investigación científica"1: "...Experimentar se reduce a controlar variables...". Tomemos el ejemplo de una hipótesis que puede formularse en términos cuantitativos, en la que se establece una función matemática entre ciertos elementos, como la ley clásica de los gases :

V= c T / P

El valor que adquiere la variable "volumen" depende de los valores que adquieren las variables "temperatura" y "presión".

Se dice entonces que la temperatura y la presión son las variables independientes. El volumen es la variable dependiente.

De la hipótesis mencionada acerca de las propiedades de los gases pueden deducirse implicaciones contrastadoras que especifican el valor determinado que adquirirá el volumen para valores determinados de temperatura y presión :

Si la temperatura de un gas es T1 y su presión P1, su volumen será: V1= c T1/ P1

Si la temperatura de un gas es T2 y su presión P2, su volumen será : V2 = c T2/P2

A continuación el científico diseñará un experimento.

Llevarlo a cabo significará controlar y variar las variables independientes (temperatura y presión) y comprobar si la variable dependiente (el volumen) adopta el valor predicho.

Si el resultado experimental obtenido es el esperado por el científico, se dice que se obtuvo un caso confirmatorio de la hipótesis. De lo contrario se trata de un caso refutatorio de la misma.

Actividad práctica:

1) Describa los ensayos efectuados que permitieron contrastar las hipótesis planteadas.

2) Formule la implicación contrastadora que se infiere de cada hipótesis. Dijimos que la implicación contrastadora es un enunciado condicional. Formule con precisión el antecedente y el consecuente de la misma.

3) Represente gráficamente la relación entre el dT y la concentración de la lavandina.

¨Existe alguna fórmula matemática que las relacione?. ¨Cuál es la variable dependiente y cuál la independiente?.

4) Sobre la base de los resultados experimentales obtenidos establezca qué hipótesis es posible corroborar y qué hipótesis se pueden refutar.

5) Cuando se mezclan acetona y lavandina (hipoclorito de sodio en agua) se producen acetato de sodio y cloroformo.

¨Cuáles son los indicios de que en el ensayo efectuado se generaron estos productos?

Cabe hacer notar que en el experimento sólo se hace una variación y control de las variables que se estiman relevantes en relación al fenómeno en cuestión.

Hempel destaca que se dice a veces que al contrastar una hipótesis cuantitativa, se varían una a una las cantidades mencionadas en la hipótesis mientras se dejan constantes las demás condiciones.

Sin embargo en sentido estricto esto no es posible, ya que hay toda una serie de condiciones que no está a nuestro alcance controlar (por ejemplo la distancia de un planeta al sol que va variando mientras se hace el experimento).

Por otro lado tampoco es necesario hacerlo ya que en el ejemplo de la ley de los gases, la distancia al sol de la Tierra no es considerada un factor relevante con respecto al volumen del gas.

Variar otros factores además de los considerados relevantes para una hipótesis sólo tendría el sentido de una exploración de posibles casos que violen la hipótesis.

Actividad práctica:

1) Haga una lista de las variables consideradas relevantes en esta actividad de experimentación.

2) Haga una lista de posibles variables irrelevantes a esta experimentación. Enuncie una hipótesis que haga referencia a alguna variable que se considere irrelevante en la experimentación. (Por ejemplo: la pérdida de calor a través de las paredes del termo se considera irrelevante siempre y cuando las diferencias de temperatura registradas en los ensayos sean mayores a 15 §C)

d)Sistema de control o testigo

Otro requisito en la realización de un experimento es la producción de un sistema de control o testigo.

El sistema de control y el sistema experimental deben ser homogéneos, deben ser aproximadamente igual en todos los factores relevantes.

Se aplica el estímulo en el sistema experimental, no se aplica el estímulo en el sistema de control y se observa si hay diferencias apreciables.

Ejemplo 1 : si deseamos investigar si es posible evitar la oxidación del hierro mediante cierta pintura. Se aplicará la pintura (estímulo) a cierta chapa (sistema experimental) que será sometida a las mismas condiciones climáticas que otra chapa (sistema de control) que no ha sido pintada (no se aplica el estímulo).

Al cabo de un tiempo determinado se comparan los efectos del óxido en las dos chapas para poder determinar si la pintura es un buen antioxidante.

Ejemplo 2 : si deseamos investigar si una cierta droga permite curar la enfermedad X .

Debemos formar un grupo experimental al que le suministramos la droga y otro grupo homogéneo de características relevantes similares al que expondremos a las mismas condiciones, y le aplicaremos una droga neutra, sin que ellos lo noten, para que estén psicológicamente en condiciones similares a las del grupo experimental .

Posteriormente se comparan si hay diferencias en el mejoramiento de ambos grupos que permitan inferir que la droga es efectiva.

Bunge nos señala que no siempre es necesario para tener algún testigo experimental, la creación de dos testigos separados.

Por ejemplo: si queremos determinar la presencia o no de bacterias en una muestra, sembramos la misma en una caja de Petri que incubamos durante un tiempo dado a una temperatura adecuada. Luego nos fijamos si aparecen colonias de células.

Ante un resultado positivo, ¨cómo se descarta la posibilidad de que la caja de Petri estuviese originalmente contaminada con algunas células bacterianas antes de su incubación?. Simplemente incubamos la caja de Petri antes de sembrarla con la muestra incógnita. Si al cabo del tiempo de incubación no aparecen colonias de células podemos estar seguros de que la caja de Petri que vamos a utilizar en nuestro ensayo es estéril.

Actividad práctica:

1) En la experiencia de laboratorio efectuada no se realizaron experimentos control. Diseñe los experimentos control que considere hubiesen sido necesarios en la contrastación de las hipótesis planteadas.

IV) Resultado de la contrastación:

Una misma hipótesis puede ser contrastada más de una vez. Esto es, de una misma hipótesis se pueden deducir varias implicaciones contrastadoras. Cuando los resultados de la contrastación han sido favorables a una hipótesis, ésta es incorporada al cuerpo de conocimiento de una disciplina científica. Este conocimiento está formado por Teorías que incluyen enunciados que son leyes o hipótesis.

La función de las teorías es explicar y predecir fenómenos del mundo que nos rodea.

Actividad práctica:

1) Indique si algún momento del experimento no se ajustó al modelo descripto en esta guía.

2) Mencione si existen diferencias entre el modelo propuesto y alguna idea previa que tuviese sobre el método científico.

Bibliografía

Mahan J., 1984. Química inorgánica. Barcelona. Omega.

Klimovsky G. ,1995. Las desventuras del conocimiento científico. Buenos Aires. A-Z editora.

Hempel C. 1979. Filosofía de la Ciencia Natural. Madrid. Alianza.

Bunge M. 1976. La investigación científica. Barcelona . Ariel.

Agradecemos a los docentes del taller de perfeccionamiento en química llevado a cabo durante las jornadas "V Jornadas de articulación entre la escuela media y la universidad".

Coordinadora: Prof. Luz Lastres-Lopez. Centro de Investigaciones del C.B.C. 25 de octubre de 1996.

NOTAS

1Bunge, Mario. 1976. pag. 819.

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