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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