Ideas inventadas

CONCEPTOS Y ESQUEMAS CONCEPTUALES

J. B. Conant (1951) define la ciencia como “una serie de conceptos y

esquemas conceptuales interconectados, que han surgido como consecuen-

cia de experimentos y observaciones y que generan, a su vez, nuevos expe-

rimentos y observaciones”. Desde este punto de vista la ciencia se nos

aparece como un edificio de conceptos y esquemas conceptuales –lo que

denominamos su aspecto abstracto– construido sobre una sólida base de

experimentos y observaciones –su aspecto empírico–.

Estos esquemas conceptuales están más alejados de nuestra

experiencia sensorial directa: cuanto más alejados se encuentran, mayor será

el rol que juegue en ellos nuestra imaginación –y aquí es donde entra en

juego nuestra capacidad de abstracción–. Los esquemas conceptuales más

amplios incluyen a los modelos teóricos y las teorías. Los conceptos pueden definirse como ideas útiles porque nos permiten ordenar nuestras experiencias y sintetizarlas. 

Albert Einstein, a quien todos identificamos con los aspectos más creativos de la ciencia, destacó que “los conceptos físicos son creaciones libres de la mente humana y no están, por más que lo parezca,

determinados únicamente por el mundo exterior” (Einstein ye Infeld, 1938).

Muchas de las nociones de la ciencia son construcciones teóricas producto de la invención humana. Los átomos, los genes, el calor, la energía y los agujeros negros son ejemplos de ideas científicas útiles para explicar fenómenos observados. El flogisto, el calórico, el éter y los efluvios también han sido ideas inventadas para explicar fenómenos observados, pero con el desarrollo de la ciencia y la tecnología dejaron de resultar útiles, y han sido por lo tanto descartadas y sustituidas por otras.

En nuestra discusión del aspecto abstracto del conocimiento científico nos centraremos en las características principales de ciertos esquemas conceptuales denominados “modelos teóricos”.

UN MODELO TEÓRICO ES UNA REPRESENTACIÓN MENTAL

Por lo general, los modelos ofrecen una imagen física que nos permite

formar una representación mental de lo que sucede en los fenómenos bajo

estudio por analogía con otros fenómenos mejor conocidos. Así, en el modelo de

 Dalton de la estructura de la materia, los átomos nos remiten a una

imagen cotidiana de pelotas o bolas de billar. Esta representación mental es

útil aun sin saber qué forma tiene el interior de un átomo o cuál es su estructura 

íntima; nos permite imaginar, por ejemplo, cómo colisionan los

átomos en la pared de un recipiente que contiene un gas. De forma parecida, 

un modelo de circuitos eléctricos, por analogía con un sistema circulatorio, 

postula un fluido que se mueve dentro de los cables. En términos de

la utilidad del modelo, no hace falta saber qué es lo que fluye, en qué dirección 

fluye o ni siquiera si realmente algo fluye. Lo importante es que el

circuito se comporta “como si” algo fluyera y que imaginarlo de este modo

nos permite predecir una serie de resultados que de otra manera no resultan

comprensibles.

LOS MODELOS NO SON CIERTOS NI FALSOS

Los modelos, entonces, buscan ser una representación simple de un sistema, 

que nos permite imaginar lo que no podemos ver. Dado que la representación 

es lo más simple posible para poder concentrarnos en los aspectos 

del sistema que nos interesan, el modelo tiene limitaciones. Estas mismas

limitaciones nos llevan a entender que los modelos no son ni ciertos ni falsos:

 son solamente más o menos adecuados para describir la situación que

se analiza. Apenas creado un modelo, el científico busca los puntos débiles,

las limitaciones que le darán la pauta de cómo construir un modelo mejor.

Por supuesto, un “buen” modelo tiene que ser lo suficientemente robusto

como para soportar las pruebas experimentales derivadas de sus predicciones

–en caso de que no sea así, no quedará más remedio que abandonarlo e

ir en busca de un modelo alternativo que solucione las falencias del primero–.

El científico, entonces, tiene una relación dual con su modelo. Por un

lado, mediante un acto creativo de su imaginación, es el inventor del modelo.

 Por otro lado, al buscar los límites en las aplicaciones de su modelo, el

científico se convierte en crítico de su propia creación.

LOS MODELOS EVOLUCIONAN CON EL TIEMPO

Otro de los aspectos importantes de los modelos teóricos es que cambian

con el tiempo a fin de acomodar nuevos datos, o bien porque son reemplazados 

por versiones más elegantes o económicas, o incluso simplemente

porque pasan de moda.

Los estudiantes pueden interpretar que los científicos cambian nuestra

visión de la realidad sin descaro, de manera tal que todo lo que creemos 

actualmente mañana puede resultar errado. La historia de la ciencia 

es una buena herramienta para abordar este problema. Recorriendo la génesis 

de las teorías científicas podemos ir mostrando, mediante ejemplos concretos,

 cómo las ideas y los cambios que van surgiendo con el tiempo,

 lejos de ser meras hipótesis sin fundamento, se van introduciendo para dar 

coherencia a los datos empíricos.

TEORÍAS

Ahora bien: ¿un modelo es lo mismo que una teoría? ¿Por qué a veces

oímos hablar del modelo atómico y otras de la teoría atómica?

Por lo general, se denomina modelos a ideas que explican conjuntos acotados 

de observaciones y que se crean y se utilizan con el fin eminentemente

 pragmático de comprender un fenómeno específico. A medida que un

modelo abarca más y más fenómenos aparentemente dispares, va tomando

calibre. Así es que podríamos decir que las teorías son modelos de gran

envergadura que explican vastos conjuntos de observaciones y plantean procesos 

fundamentales que rigen el mundo natural.

Las teorías abarcan dentro de su manto explicativo a leyes, modelos y, a

veces, hasta otras teorías de menor alcance. Por eso, mientras que los modelos

 son numerosos, las teorías son escasas y encapsulan lo más importantes

del conocimiento científico.

VALIDEZ DE LOS MODELOS Y LAS TEORÍAS

Al igual que los modelos, las teorías no son ciertas ni falsas sino más o

menos válidas. Consideraremos válida a una teoría si de sus premisas básicas 

o postulados principales puede derivarse lógicamente el cúmulo de observaciones 

que la teoría busca explicar. Es decir, cuanto mayor es el conjunto de observaciones

 que adquiere sentido dentro de las ideas de la teoría, más creeremos en ella. 

Asimismo, cuanto más precisas sean las predicciones generadas por la teoría, 

mayor será nuestra confianza en ella.

LEYES

En las ciencias físicas, por lo general, las teorías comprenden leyes que

rigen los fenómenos y que se expresan en forma de relaciones matemáticas

(y por lo tanto cuantitativas) entre variables (conceptos). A diferencia de un

modelo teórico que nos da una visión del mecanismo por el que operan los

fenómenos, las leyes sólo describen regularidades en la naturaleza, sin cuestionar 

las causas o el significado ni buscar conexiones más profundas con

otros fenómenos. Sin embargo, algunas leyes son el sustrato mismo de grandes

 teorías y constituyen los pilares que las sustentan.

LA CREACIÓN DE MODELOS TEÓRICOS EN EL AULA

Creemos que los modelos teóricos deben jugar un rol central en las clases de ciencia. 

Ponemos gran énfasis en los modelos porque, a diferencia de lo que ocurre con las 

grandes teorías, los alumnos pueden adquirir la experiencia directa de formularlos.

 Esta experiencia, argumentamos, les servirá de base para entender las teorías 

que deban aprender.

Idear un modelo es un acto creativo, que requiere imaginación y destreza. 

No es un arte que surge espontáneamente sino una herramienta que hay

que aprender a usar. Una forma atractiva de entrenar a los alumnos en el

uso de esta herramienta es desarrollar un currículo para un tema acotado,

en el que los alumnos elaboren un modelo desde sus cimientos, mediante el

uso de indagación guiada.

El desarrollo paso a paso de un modelo requiere del uso de guías

pormenorizadas de preguntas y experimentos adecuados, así como la concatenación 

de clases en secuencias relativamente estrictas.

Las grandes teorías en el aula

Las grandes teorías, necesariamente, deben tratarse en clase a partir de

exposiciones del profesor, con poco aporte creativo de los estudiantes. Pero

la experiencia adquirida por los estudiantes con la formulación de modelos

será especialmente útil en la discusión de teorías. Los estudiantes sabrán

tomar parte activa en clase cuando el docente explique cómo se alcanzó el

conocimiento contenido en la teoría que se discute: sabrán exigir la evidencia 

que la sostiene, apreciar cómo se fue modificando su formulación, entender

 dónde ocurren los saltos creativos y debatir cuáles son las limitaciones, 

cuáles las predicciones y cómo se comprueba experimentalmente si se cumplen o no.

EL ASPECTO ABSTRACTO DE LA CIENCIA EN EL AULA

Cuando se trata de introducir el aspecto abstracto de la ciencia en el aula

surgen dificultades que debemos considerar con cuidado. Sucede con frecuencia

 que los estudiantes no reconocen el carácter inventado de las ideas

que se barajan y tienden a dotarlas de la misma realidad que las observaciones.

Parte del trabajo en el aula, entonces, deberá estar focalizado en estudiar la 

naturaleza de las ideas que se introducen: cómo ayudan a entender

lo que se estudia y cómo difieren de aquello que se observa directamente.

Otra parte importante del trabajo en el aula deberá emular o enfatizar la

doble función del científico: la creación de ideas y la argumentación crítica.

El docente alentará a los alumnos a que propongan ideas explicativas

plausibles, pero los alumnos deberán asegurarse de que verdaderamente funcionan mediante experimentos que pongan a prueba predicciones derivadas de esos modelos, discusiones y crítica mutua.

Finalmente, cuando hablamos de modelos teóricos hay un curioso e instructivo paralelo entre la construcción del conocimiento científico por la comunidad científica y la construcción del conocimiento científico en el aula. Un modelo se construye en ciencia a fin de “comprender” o 

“explicar” una serie de observaciones. Las palabras comprender o explicar en este

contexto significan dos cosas: por un lado el modelo debe poder dar cuenta

de las observaciones a las que hacemos referencia; por otro lado, debe ofrecer predicciones sobre observaciones aún no realizadas, es decir, debe iluminar el terreno no transitado. De manera análoga, 

en el contexto educativo la palabra “comprender” implica que los estudiantes han adquirido 

un esquema de pensamiento que les permite encontrar conexiones entre piezas de su

conocimiento previo y, además, les permite resolver problemas novedosos.

Esto significa, y el docente debería tenerlo en cuenta, que enseñar adecuadamente

 cómo se construye y usa un modelo teórico (o teoría) es en sí

mismo una lección sobre lo que significa verdaderamente aprender.

PRÁCTICAS PEDAGÓGICAS SUGERIDAS PARA DESTACAR EL ASPECTO

ABSTRACTO DE LA CIENCIA

• Distinguir entre observación e interpretación.

• Ejercitar la formulación de modelos en clase.

• Clarificar la necesidad de introducir ideas inventadas.

• Enfatizar la conexión entre el aspecto creativo y la base empírica de la

ciencia.

• Realizar predicciones sobre la base de los modelos desarrollados y po-

nerlas a prueba experimentalmente.

• Recalcar mediante ejemplos la forma en que una teoría da sentido a

amplios conjuntos de observaciones.

• Analizar casos históricos de desarrollo de preguntas, hipótesis, leyes,

teorías y modelos teóricos.

Gellon, G., Feher, E. R., & Furman, M. (2005). La ciencia en el aula (1a ed.). Paidós. pp. 119-133