BOL Cap. 10--PERSPECTIVAS HISTÓRICAS

Existen dos razones principales para incluir algún conocimiento sobre la historia entre las RECOMENDACIONES. Una es que las generalizaciones acerca de cómo trabaja la empresa científica pudiera estar vacía sin ejemplos concretos. Considérese, por ejemplo, las proposiciones de que las nuevas ideas están limitadas por el contexto en el cual se conciben; a menudo son rechazadas por el establishment científico; a veces nacen de hallazgos inesperados; y generalmente crecen con lentitud a través de contribuciones de muchos investigadores diferentes. Sin ejemplos históricos, estas generalizaciones no serían más que consignas, por mucho que se recuerden. Para este propósito, puede seleccionarse cualquier número de episodios.

Una segunda razón es que algunos acontecimientos en la historia del desarrollo científico son de suma importancia para la herencia cultural Éstos incluyen ciertamente el papel de Galileo al cambiar la percepción del sitio que ocupa la humanidad en el Universo; la demostración de Newton de que las mismas leyes del movimiento se aplican tanto en la Tierra como en el cielo; las largas observaciones de Darwin sobre la variedad y la relación de las formas de vida que lo llevaron a postular el mecanismo por el cual llegaron a desarrollarse; la cuidadosa documentación de leyes de la increíble edad de la Tierra; y el estudio de Pasteur de la enfermedad infecciosa causada por organismos pequeños que pudieron ser vistos solamente con un microscopio. Estas historias constituyen algunos de los hitos del desarrollo de todo el pensamiento en la civilización occidental.

CIENCIA: CONOCIMIENTO PARA TODOS

Los objetivos programáticos de este capítulo se relacionan con la comprensión que el alumno desarrolle acerca de ciertos episodios de la historia de la ciencia. En los objetivos de los demás capítulos se indica cuándo se deben adquirir los conceptos de ciencia y tecnología. Se espera que los alumnos conozcan un poco de historia de la ciencia antes del sexto grado de enseñanza elemental, y que la mayor parte de sus conocimientos sobre ciencia y tecnología aparezca entre el tercer grado de enseñanza media y el tercero de enseñanza media superior. Para apreciar la importancia que debe darse a esos episodios históricos, es pertinente indicar que los alumnos deben: 1. conocer o comprender el aspecto científico de que se trate, y 2. poder captar las opiniones dominantes en esas épocas.

Darse cuenta que existen ciertos episodios de la historia de la ciencia que pueden reforzar un plan de estudio científico no implica, desde luego, que se deba enseñar todas las ciencias repasando su historia. Tampoco se debe interpretar que no es necesario que los alumnos estudien temas de actualidad relacionados con el impacto de la ciencia y la tecnología sobre nuestra sociedad. Más bien debe tomarse como un aprendizaje complementario.

Algunos educadores han sugerido que las versiones sencillas de tales episodios pueden ayudar a que los alumnos aprendan versiones más complejas en grados posteriores. Sin embargo, puede ocurrir lo contrario: que las versiones simplificadas lleguen a distorsionar tanto la ciencia como la historia, haciendo más difícil el aprendizaje de las otras versiones. Aunque en esta edición de Avances en el conocimiento científico no se recomiendan determinadas simplificaciones para que aprendan los alumnos, los profesores y los investigadores podrían sacar provecho de lo que pueden aportar las versiones simplificadas a los conceptos de los alumnos.

A. Desplazamiento de la Tierra del centro del Universo

La gran revolución cosmológica que casi siempre se asocia con el nombre de Nicolás Copérnico, constituyó uno de los episodios de la historia que verdaderamente causaron un cambio, especialmente de la idea que la mayoría de la gente tiene sobre su relación con el Universo, y originó preguntas sobre la existencia humana, que aún están aguardando una respuesta satisfactoria para todos. La revolución copernicana amerita que se estudie, porque ilustra muchos aspectos del modo en el que se entrelazan las ciencias, las matemáticas y la tecnología, así como de las cooperaciones internacionales en favor de la ciencia.

Antes de estudiar este episodio en la enseñanza media, los alumnos deben familiarizarse con el aspecto del cielo nocturno, cuando menos al grado de haber observado la Luna, las estrellas y algunos de los planetas, a simple vista y con ayuda de un telescopio. Tal familiarización debe reforzarse con observaciones propias, películas y visitas a planetarios, para que los jóvenes visualicen el fenómeno medular de la revolución copernicana: el movimiento aparentemente irregular de los planetas en relación con el fondo estelar.

Del sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media

En esta etapa se puede establecer la base científica que prepare a los alumnos para la comprensión de los temas que originaron Copérnico y Galileo. Deben continuar sus observaciones a simple vista y mediante telescopio, complementadas con el empleo de libros de referencia, videocintas, programas de cómputo y visitas a planetarios. Se debe dar especial atención a las descripciones exactas del aspecto de la Luna, estrellas y planetas, vistos desde la Tierra, y al movimiento de los planetas en relación con las estrellas. El análisis de los modelos geocéntrico y heliocéntrico puede hacerse más tarde.

Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:

El movimiento de un objeto siempre se juzga respecto a algún otro objeto o punto, de modo que es engañosa la idea del movimiento o el reposo absoluto.
Los telescopios muestran que hay muchas más estrellas en el Cielo nocturno de las que se ven a simple vista; que la superficie de la Luna tiene muchos cráteres y montañas; que el Sol tiene manchas oscuras y que Júpiter y algunos otros planetas tienen sus propias lunas.

Del tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior

Los alumnos necesitan reconocer claramente en esta etapa las características principales del sistema heliocéntrico y compararlas con las del sistema geocéntrico. Para las personas es difícil cambiar de cuadro de referencia, por lo que resulta importante no apresurarse en el estudio de la historia, sino intentar el cambio conceptual mediante muchos contextos fisícos. Hay películas que muestran dificultades para discernir, entre dos objetos, cuál está en movimiento. Asimismo, al estudiar los modelos planetarios es fácil confundirse con las diferencias entre rotación y revolución, y puede que no amerite esforzarse demasiado en comprenderlo en etapas tempranas.

Hay que evitar mostrar el modelo de Copérnico a partir de su simplicidad, porque, de hecho, matemáticamente no es más sencillo que el de Ptolomeo. Los dos son bastante complejos, ambos usan círculos sobre círculos y ambos predicen, bastante bien, dónde se van a ubicar los planetas después de determinado tiempo. Hasta que Kepler inventó un sistema más exacto con órbitas elípticas, la elección entre modelos se basaba en el gusto. La disputa no terminó totalmente hasta que Newton demostró que las órbitas elípticas de Kepler eran consecuencia natural de las leyes del movimiento.
La revolución copernicana ilustra algunas de las tensiones que se presentan entre la ciencia y la sociedad, cuando la ciencia propone ideas que parecen violar el sentido común, o minar los valores y creencias tradicionales. En el plan de estudio se debe incluir este aspecto, pero no presentarlo como el triunfo de lo correcto sobre lo incorrecto o de la ciencia sobre la religión. Para llegar a esta meta se pueden leer y discutir en clase selecciones de Diálogo sobre dos sistemas de mundo de Galileo, y Galileo de Brecht, además de comentarios de historiadores, con el fin de comprender la controversia misma.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

Las personas comúnmente perciben que la Tierra es grande e inmóvil, y que todos los demás objetos celestes giran en órbita alrededor de ella. Esta idea fue la base de las teorías sobre la organización del Universo que persistieron más de 2 000 años.
Ptolomeo, astrónomo egipcio del siglo II d.C., inventó un poderoso modelo matemático del Universo basado en un movimiento constante en círculos perfectos, y de círculos sobre círculos. Con ese modelo pudo predecir los movimientos del Sol, la Luna y las estrellas, y hasta el de las "estrellas vagabundas" que ahora llamamos planetas.
En el siglo XVI, Copérnico, astrónomo polaco, sugirió que todos esos movimientos se pueden explicar imaginando que la Tierra está girando sobre sí misma una vez al día, y girando alrededor del Sol una vez al año. Esta explicación la rechazaron casi todos en su época, porque se oponía al sentido común y requería que el Universo fuera increíblemente grande. Lo peor de todo es que se oponía a la creencia universal de entonces, que suponía que la Tierra se encontraba en el centro del Universo.
Johannes Kepler, astrónomo alemán más o menos contemporáneo de Galileo, demostró matemáticamente que el concepto de Copérnico, de un sistema heliocéntrico, funcionaba bien si el movimiento circular uniforme se reemplazaba con el movimiento no constante, pero predecible, alrededor de elipses excéntricas.
Con ayuda del telescopio recién inventado, Galileo tuvo muchos descubrimientos que respaldaban las ideas de Copérnico. Fue Galileo quien descubrió las lunas de Júpiter, las manchas solares, los cráteres y montañas de la Luna, y muchas estrellas más.
Galileo presentó argumentos en favor y en contra de los dos conceptos principales del Universo, escritos en latín, idioma de los escolásticos de la época, de un modo que favorecía el nuevo punto de vista. Esto llevó el asunto a las personas instruidas de su época y creó controversia en los ámbitos político, religioso y científico.

B. Unión de los cielos y la Tierra

Los alumnos deben conocer los diversos conceptos y leyes físicas relevantes, con diferentes grados de complicación, en distintos contextos de su aprendizaje, antes de entrar en la historia de las leyes de Newton.

La síntesis newtoniana explica las observaciones y especulaciones de su tiempo, y unifica la percepción de la Tierra con la del cielo al proponer un solo conjunto de leyes físicas para ambos. El estudio de la historia proporciona a los alumnos una oportunidad excelente de tejer las hebras de sus conocimientos en vistas de una apreciación coherente de la claridad y elegancia del trabajo de Newton.

Del tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior

Los alumnos de enseñanza media necesitan familiarizarse con los fenómenos explicados y unificados en la síntesis newtoniana, los conceptos fundamentales implicados en el modelo, y las matemáticas necesarias para conceptos tales como la velocidad y la aceleración, la segunda ley del movimiento y la ley de la gravitación.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

Isaac Newton creó una perspectiva unificada de fuerza y movimiento, en la que el movimiento, en todas partes del Universo, se puede explicar con unas cuantas reglas, iguales en todos los casos. Su análisis matemático de la fuerza de la gravedad y del movimiento mostró que las órbitas planetarias debían ser las mismas elipses que había propuesto Kepler dos generaciones atrás.
El sistema de Newton se basaba en los conceptos de masa, fuerza y aceleración, sus tres leyes del movimiento que las relacionaban, y una ley física que dice que la fuerza de gravedad entre dos objetos del Universo sólo depende de sus masas y de la distancia entre ellas.
El modelo newtoniano hizo posible explicar fenómenos tan diversos como las mareas, las órbitas de los planetas y las lunas, el movimiento de los objetos que caen, y el abultamiento ecuatorial de la Tierra.
Durante varios siglos se aceptaron los conceptos de Newton sin grandes cambios, pues explicaban fenómenos de gran diversidad, se podían emplear para predecir muchos eventos físicos (como las apariciones del cometa Halley), tenían coherencia matemática y muchas aplicaciones prácticas.
Aunque las ideas de Newton fueron superadas en el siglo XX por la teoría de la relatividad de Einstein, persisten y se emplean con frecuencia. Además, su influencia se ha ampliado más allá de la física y la astronomía, y sirven como modelo en otras ciencias; hasta han originado asuntos filosóficos acerca del libre albedrío y la organización de los sistemas sociales.

C. Relación entre materia, energía, tiempo y espacio

Los alumnos se interesarán mucho en "la asombrosa magia" de la relatividad: el limite de la velocidad de la luz, el tiempo de desaceleración, el desprendimiento de energía nuclear y los agujeros negros. Este interés puede canalizarse a los puntos más importantes, como el que, bajo condiciones extremas, se pueden hacer las cosas muy distintas de nuestra experiencia ordinaria, y que actualmente la comprobación de una teoría científica no radica en su coincidencia con el sentido común, sino en que predice las observaciones conocidas y otras nuevas.

Una de las principales dificultades de la teoría de la relatividad es semántica, no científica. El concepto de Einstein de la relatividad no dice que "todo es relativo"; de hecho, el concepto de Galileo de la velocidad relativa se acerca más a esta Idea. En realidad, la teoría de Einstein sostiene que la velocidad de la luz es absoluta. Independientemente de cómo se mueva el observador, su medición de la velocidad de la luz siempre da el mismo resultado. Einstein reformuló las leyes que relacionan el espacio, el tiempo, la masa y la energía para que sean válidas para todos los observadores, sea cual sea su movimiento uniforme. Así que la "teoría de la relatividad" no trata tanto sobre lo que no es relativo, sino acerca de lo que silo es.

Del tercer grado de enseñanza medía al tercer grado de enseñanza media superior

La relatividad no es algo que se pueda aprender en los grados elementales o intermedios, ni como ciencia ni como teoría. De hecho, una total comprensión de la teoría de la relatividad se aleja mucho de la capacidad de la mayoría de los jóvenes de 17 años, pero es demasiado importante como para no tenerla en cuenta. Si se trata su contexto histórico, en la enseñanza media superior es posible evitar el riesgo de intentar enseñar sus detalles técnicos y matemáticos. La meta principal debe consistir en que los alumnos vean que Einstein fue más allá que Newton, cuya perspectiva del mundo incluyó en una teoría más completa.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

El joven científico alemán Albert Einstein, formuló la teoría especial de la relatividad, la cual originó cambios revolucionarios en la comprensión de la naturaleza. Diez años después propuso la teoría general de la relatividad que, junto con el trabajo de Newton, constituye uno de los mayores logros de la historia.
Entre las ideas de la relatividad resulta especial la de que nada puede moverse con más rapidez que la luz, que es igual para todos los observadores, sin importar cómo se muevan ellos ni la fuente luminosa.
La teoría especial de la relatividad es famosa por su afirmación de que la energía, en cualquiera de sus formas, tiene masa, y que la materia misma es una forma de energía. E = mc2, la famosa ecuación de la relatividad, sostiene que cuando una porción de materia aunque sea diminuta se transforma en energía, desprende una cantidad enorme de otras formas de energía, porque c, en la ecuación, representa la enorme velocidad de la luz.
La teoría general de la relatividad considera que la fuerza gravitacional de Newton es una distorsión del espacio y el tiempo.
Muchas de las predicciones de la teoría de la relatividad de Einstein se han confirmado, tanto a escala atómica como astronómica. Todavía continúa la búsqueda de una teoría aún más poderosa sobre la arquitectura del Universo.

D. Ampliación del tiempo

El cambio que propusieron los científicos del siglo XIX al concepto de la edad de la Tierra, varió desde unos miles hasta muchos millones de años. La edad estimada era inimaginablemente mayor que la de gran parte de las creencias. Se basó en la hipótesis de que las características terrestres, como montañas, valles, etc., se forman gradualmente mediante procesos que siempre, incluso hoy, han existido, y no mediante una creación instantánea. A las personas se les dificulta imaginar lapsos mucho mayores que la experiencia humana. Al eliminar la noción "sensible" de que la Tierra tiene cuando más algunos miles de años de edad, la ciencia provocó bastante oposición. La nueva teoría se basaba en la evidencia indirecta de los fósiles y las formaciones geológicas, y se respaldó en el concepto de la evolución biológica, menos aceptable todavía. Así, este episodio resulta adecuado para explorar las maneras en las que se puede estimar la edad de algo y para preguntar la relación entre la ciencia y las creencias populares.

Del tercer grado de enseñanza medía al tercer grado de enseñanza media superior

En este nivel, la historia se puede estudiar después que los alumnos hayan repasado algo de ciencias de la Tierra. Su aprendizaje los debe adentrar en imaginarse métodos indirectos para determinar la edad de las cosas que les rodean y para comparar esos métodos con los que emplean los investigadores. El análisis de la datación ofrece excelentes oportunidades de demostrar el empleo de la tecnología y las matemáticas en la ciencia.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

La evidencia científica indica que algunas rocas cercanas a la superficie terrestre tienen varios miles de millones de años de edad. Pero hasta el siglo XIX, la mayoría de la gente creía que la Tierra sólo tenía algunos miles de anos.
La idea de que la Tierra puede ser inmensamente más vieja de lo que se creía, progresó a partir de la publicación de los Principios de Geología, de Charles Lyell, científico inglés, a principios del siglo XIX. El impacto del libro se debió tanto a la gran cantidad de observaciones que presentaba sobre las capas rocosas de las montañas y los lugares de diversos tipos de fósiles, así como del razonamiento cuidadoso que empleó para sacar inferencias de sus datos.
Al formular y presentar su teoría de la evolución biológica, Charles Darwin adoptó tanto el concepto de Lyell sobre la edad de la Tierra como su estilo de respaldar con gran cantidad de pruebas sus argumentos.

E. Movimiento de los continentes

La historia de por qué la ciencia aceptó la idea de continentes en movimiento, ilumina el conservadurismo de la empresa científica. Al contrario de la imagen tan difundida de que los científicos se caracterizan por su radicalismo y por desechar instantáneamente ciertas creencias al demostrar hechos contrarios, el pasaje de la aparición de la tectónica es constancia de que a veces se requiere una inmensa acumulación de pruebas a lo largo de un gran lapso para provocar un cambio fundamental en lo que la mayoría de los científicos acepta como cierto. La historia de la aprobación de la teoría de tectónica de placas dependió de sus explicaciones convincentes y de las pruebas que la respaldaron. En su forma actual, la teoría moderna de la tectónica encuentra sentido para una gran cantidad de fenómenos de la superficie terrestre, lo cual constituye el principio unificador de la geología actual. En cierto sentido, la tectónica de placas sirve a la geología como el concepto de evolución a la biología.

Del tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior

Ese hito histórico probablemente se deba presentar a los alumnos de enseñanza media superior después de haber conocido la descripción de la superficie terrestre, como las formas y la ubicación de continentes y cuencas oceánicas, la naturaleza de los terremotos y de los volcanes, su distribución en el mundo, etcétera.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

La idea del desplazamiento continental se originó al comparar las formas de las costas atlánticas de Africa y Sudamérica, pero fue rechazada por falta de otras pruebas. Parecía absurdo que algo tan masivo como un continente se moviera.
A principios del siglo XX, Alfred Wegener, científico alemán, reintrodujo la idea de los continentes en movimiento, y agregó algunas pruebas: las formas submarinas de los continentes, la semejanza tanto de las formas de vida como de la tierra en las partes correspondientes de Africa y Sudamérica, y la cada vez mayor separación de Europa y Groenlandia. Todavía entonces fueron pocos los científicos que adoptaron su teoría.
Por su parte, la teoría de la tectónica de placas recibió la aceptación definitiva de la comunidad científica en la década de 1960, cuando se habían acumulado más pruebas que la respaldaran. Se vio que la teoría suministraba la explicación a un conjunto de fenómenos aparentemente no relacionados, y se contó con una explicación física, científicamente sólida, de cómo puede ocurrir ese movimiento.

F. Comprensión del fenómeno del fuego

Aparte de la biografía de Lavoisler, esta sección ilustra varios aspectos de la empresa científica: 1. el poder de los conceptos, tal como el de la conservación de la materia; 2. la importancia de hacer mediciones precisas, en este caso la de los productos de combustión; 3. la manera en que a veces convergen líneas distintas de investigación, como las de Lavoisier y Dalton, y 4. el papel de la comunicación en el avance de la ciencia, aquí ilustrado por el sistema de Lavoisier, de nomenclatura de las sustancias y de descripción de las reacciones.

Naturalmente, Lavoisler y Dalton no son los únicos responsables del desarrollo de la química. Por ello, para el estudio de la química y sus orígenes se necesitará hacer intervenir otras corrientes. Sin embargo, Lavoisier y la controversia acerca de la naturaleza de la combustión proporcionan un toque dramático a la historia.

Del sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media

Durante su formación, los alumnos deben tener la oportunidad de familiarizarse con muchos tipos de reacciones químicas en un laboratorio, con el comportamiento de. las cosas y su transmutación. También deben adquirir experiencia efectuando análisis cualitativos elementales de estos procesos. Con ello tendrán una base para el desarrollo de la historia de Lavoisier y Dalton, de la cual se les pueden presentar la teoría atómica y la de la conservación de la materia. Durante esta etapa, los alumnos también deben adquirir práctica en la descripción de las reacciones químicas en general, y de la combustión en particular, en términos de elementos, compuestos, átomos y moléculas. No se debe esperar que lleguen a dominar detalles de la estructura atómica o del enlace químico.

Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:

Desde la remota antigüedad hasta hoy, las personas han creído que, aunque existen en el mundo millones de materiales, la mayor parte de las cosas deben estar formadas por combinaciones de unos pocos elementos básicos. Sin embargo, no siempre ha existido acuerdo acerca de cuáles son esos elementos. Una teoría muy antigua fue que las sustancias básicas eran tierra, agua, aire y fuego. Los científicos saben hoy que no es así, pero la vieja teoría pareció explicar muchas observaciones acerca del mundo.
Hoy, los investigadores siguen descubriendo elementos básicos de la materia, la forma de combinarlos o cómo lograr que combinen, para formar otras sustancias.
El trabajo experimental y teórico que el científico francés, Antoine Lavoisier, realizó entre las revoluciones estadounidense y francesa originó la química moderna.
El trabajo de Lavoisier se basó en la idea de que cuando reaccionan entre sí las sustancias, se originan muchos cambios, pero la cantidad total de materia siempre permanece igual antes y después. Demostró con éxito el concepto de la conservación de la materia, al llevar a cabo una serie de experimentos en los que midió todas las sustancias que intervienen en la combustión, incluyendo los gases.
La alquimia pretendió transformar los metales comunes -como el plomo- en oro, y producir un elixir que permitiera a las personas vivir eternamente. Pero no logró alcanzar esta meta ni originar conocimientos importantes acerca de cómo reaccionan las sustancias entre sí. El estudio más científico que presentó la química, que comenzó con Lavoisier, ha ido mucho más allá que la alquimia en la comprensión de las reacciones y la producción de nuevos materiales.

Del tercer grado de enseñanza medía al tercer grado de enseñanza media superior

En esta etapa es tiempo de enriquecer la historia de Lavoisier presentando a Dalton, subrayando la importancia del empleo consistente del lenguaje, la clasificación y los símbolos científicos, para establecer la ciencia moderna de la química. Para algunos estudiantes, el análisis de los enlaces, ecuaciones y estructuras químicas reforzará la utilidad de las representaciones simbólicas.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

Lavoisier inventó un campo totalmente nuevo de la ciencia, basado en una teoría de los materiales, las leyes físicas y los métodos cuantitativos, y con un núcleo común: la conservación de la materia. Persuadió a una generación de científicos de que su método enfoca mejor los resultados experimentales que otros sistemas químicos.
El sistema de Lavoisier de nombrar sustancias y describir sus reacciones contribuyó al rápido progreso de la química, al permitir que los científicos de todas partes compartieran sus hallazgos sobre reacciones químicas sin ambigüedad.
La modernización que logró John Dalton de los conceptos griegos: elemento, átomo, compuesto y molécula, fortaleció la nueva química al introducir una explicación física de las reacciones, las cuales pudieron expresarse en términos cuantitativos.
Ya que las ideas básicas de Lavoisier y Dalton siguen vigentes, el progreso de la química desde esa época ha hecho posible explicar, entre otras cosas, el enlazamiento entre los átomos durante las reacciones químicas en cuanto su funcionamiento interno. Un tema sumamente interesante es la historia del descubrimiento de la radiactividad y de la estructura del núcleo del átomo, junto con los increíbles resultados que les siguieron en este siglo. Ilumina varias cuestiones de la empresa científica, como el papel del descubrimiento accidental, la interdependencia de las diversas disciplinas, la capacidad que tienen las mujeres de colaborar en forma sobresaliente en las ciencias empíricas y teóricas, y el impacto de la ciencia en los asuntos mundiales.

G. Fisión del átomo

Un tema sumamente interesante es la historia del descubrimiento de la radiactividad y de la estructura del núcleo del átomo, junto con los increíbles resultados que les siguieron en este siglo. Ilumina varias cuestiones de la empresa científica, como el papel del descubrimiento accidental, la interdependencia de las diversas disciplinas, la capacidad que tienen las mujeres de colaborar en forma sobresaliente en las ciencias empíricas y teóricas, y el impacto de la ciencia en los asuntos mundiales.

Del sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media

Antes que los alumnos puedan apreciar la importancia del trabajo de Pierre y Marie Curie y de otros científicos, deben haber comprendido la idea de la relación entre masa y energía, y la física de la fisión y fusión nuclear, así como estar familiarizados con la historia general de la segunda Guerra Mundial y con los usos de la energía nuclear en la posguerra. Antes de los grados intermedios nada se gana con entrar en la historia de la radiactividad y la energía nuclear, porque los temas son demasiado abstractos para los adolescentes, y la historia demasiado remota para que les Importe. Quizá la primera presentación deba ser la historia de Marie Curie, cuyas características atraerán la Imaginación de niños y niñas, siempre y cuando los detalles técnicos de su trabajo no sean los temas principales.

Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:

El descubrimiento accidental de que los minerales de uranio oscurecen las películas fotográficas igual que lo hace la luz, condujo a la idea de radiactividad.
En su laboratorio en Francia, los esposos Curie aislaron dos elementos nuevos que causan la mayor parte de la radiactividad de los minerales de uranio. A uno lo llamaron radio, porque emitía rayos poderosos e invisibles, y al otro lo llamaron polonio, en honor del país donde nació la científica, quien además fue la primera mujer en obtener el Premio Nobel en dos campos distintos: en física, junto con su esposo, y después en química.

Del tercer grado de enseñanza medía al tercer grado de enseñanza media superior
El enfoque de la historia de la desintegración del átomo debe ser la del descubrimiento de la fisión nuclear y de su impacto en los asuntos mundiales. Es importante no soslayar a la ciencia, al considerar los asuntos éticos y de seguridad nacional asociados con la fisión y la fusión. Su importancia puede observarse en las publicaciones actualizadas sobre esos temas.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

Los Curie pusieron el radio a disposición de los investigadores de todo el mundo, ampliando el estudio de la radiactividad y concibiendo la idea de que un tipo de átomos puede transformarse en otro y, en consecuencia, deben estar formados por partes más pequeñas. Otros científicos demostraron que esas partes son un núcleo pequeño y denso, que contiene protones y neutrones, rodeado por una nube de electrones.
El neozelandés Ernest Rutherford y sus colegas, descubrieron que el uranio, elemento radiactivo y pesado, se desintegra de manera espontánea en un núcleo de uranio ligeramente más liviano y un núcleo de helio mucho más liviano.
Después, científicos austríacos y alemanes demostraron que, cuando los neutrones llegan a los átomos de uranio, los rompen en dos partes casi iguales más uno o dos neutrones adicionales. Lise Meitner, física austríaca, fue la primera en notar que si la masa de esos fragmentos sumaba menos que la del núcleo original de uranio, entonces, de acuerdo con la teoría especial de la relatividad de Einstein, se debe liberar una gran cantidad de energía. Enrico Fermi, Italiano que trabajó con sus colegas en Estados Unidos de América, demostró que los neutrones adicionales desencadenan más fisiones, creando con ello una reacción sostenida en cadena, en la que se emite una extraordinaria cantidad de energía.
Se requirió un gran esfuerzo para desarrollar la tecnología para construir las bombas de fisión nuclear que se usaron contra Japón durante la segunda Guerra Mundial, las armas de fusión nuclear después, y los reactores para la producción de energía nuclear controlada que producen electricidad. Las armas y la energía nuclear son asunto de controversia y preocupación públicos.
La radiactividad tiene muchas aplicaciones distintas de la generación de energía: medicina, industria e investigación científica entre muchos otros campos.

H. Explicación de la diversidad de la vida

La meta educativa en este campo debe consistir en que todos los niños entiendan el concepto de evolución mediante la selección natural, las pruebas y argumentos que la respaldan, y su importancia en la biología. El estudio de este concepto representa en la ciencia una oportunidad de destacar la importancia de la observación y descripción cuidadosas, así como de ilustrar que no todos los avances científicos se deben a la experimentación. La historia al respecto debe actualizarse no obstante su aceptación o rechazo.

Del tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior

Por la complejidad de las pruebas y los argumentos, es probable que no se pueda lograr antes del nivel medio superior una comprensión clara de la evolución de las especies. Por consiguiente, este tema debe esperar a ser tratado por completo, o a acompañar sólo el estudio de la ciencia. Pero los alumnos de grados anteriores estarán sentando la base de las evidencias que tratan de explicar la teoría. El viaje de Darwin a bordo del Beagle le inspiró las principales observaciones que lo condujeron en su jornada intelectual hacia la idea de la evolución mediante la selección natural. El Viaje del Beagle es una gran historia que puede ilustrar el asombro de Darwin ante su descubrimiento, además de formar un cuadro de los vastos y complejos procesos por los que atraviesan las ideas científicas para su formación.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

El problema científico que condujo a la teoría de la selección natural consistía en cómo explicar las semejanzas dentro de la gran diversidad de los organismos, actuales y fósiles.
Antes de Charles Darwin, la creencia más difundida sostenía que todas las especies conocidas fueron creadas al mismo tiempo, y permanecen invariables a través de la historia. Algunos científicos de aquella época creían que las características que adquiere un individuo durante su vida las puede transmitir a su descendencia, y con ello la especie podía cambiar gradualmente para adaptarse mejor a su ambiente.
Darwin afirmó que sólo las características biológicamente heredadas se pueden pasar a la descendencia. Algunas de esas características proporcionan ventajas para sobrevivir y reproducirse. La descendencia también hereda y pasa esas ventajas, y a través de las generaciones, la suma de esas ventajas heredadas puede originar una nueva especie.
El rápido éxito del libro El origen de las especies, de Darwin, publicado a mediados del siglo XIX, se debió al argumento claro y comprensible que exponía, incluyendo la comparación de la selección natural con la cruza selectiva de animales, de amplio uso en esa época, y al conjunto de pruebas biológicas y fósiles que ordenó para respaldar dicho argumento.
Después de la publicación de esa obra, la teoría de la evolución biológica recibió apoyo por el redescubrimiento de los experimentos del monje austríaco, Gregor Mendel, sobre genética, identificación de genes y el modo en el que se clasifican en la reproducción, y por el descubrimiento de que el código genético del ADN es igual en casi todos los organismos.
En este siglo, la mayoría de los científicos han aceptado la idea básica de Darwin. Hoy sigue siendo válida, aunque hay diferencias acerca de los detalles del proceso y de la rapidez con la que se puede llevar a cabo la evolución de las especies. En general, las personas no rechazan la evolución por razones científicas, sino porque no les gustan sus implicaciones, por ejemplo, la relación de los seres humanos con otros animales, o porque prefieren la explicación bíblica de la creación.

I. Descubrimiento de los gérmenes

Los alumnos creen en la existencia de los gérmenes porque se les ha remachado ese concepto desde su infancia. Pero en realidad no resultó fácil demostrar la existencia de los microorganismos, y menos aún su relación con determinadas enfermedades. El estudio del desarrollo de la teoría de los gérmenes representa una oportunidad de apreciar atributos importantes de la ciencia, como el que las investigaciones que pretenden resolver un problema práctico conducen a descubrimientos científicos fundamentales, o que un gran avance requiere del trabajo independiente de diversos investigadores.

Del sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media

A diferencia de muchos otros episodios históricos, vale la pena iniciar el estudio de la teoría de los gérmenes durante los grados intermedios. La historia del descubrimiento de Pasteur acerca de que los microbios pueden causar enfermedades es sencilla; el que los alumnos comprendan la función de los microscopios en la observación directa de los gérmenes en los tejidos enfermos, y las implicaciones para la práctica sanitaria y la prevención de enfermedades son asuntos con los que cada estudiante se encuentra cotidianamente.

Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:

A través de la historia, las personas han formulado explicaciones de las enfermedades; algunas afirman que éstas tienen causas espirituales, pero la teoría biológica que perduró por siglos afirmaba que resultaba de un desequilibrio en los fluidos corporales. La introducción de la teoría de los gérmenes, por Luis Pasteur y otros científicos, en el siglo XIX, condujo a la creencia moderna que muchas enfermedades son causadas por microorganismos como bacteria, virus, levaduras y parásitos.
Pasteur deseaba encontrar lo que provocaba la descomposición de la leche y el vino. Comprobó que la degradación y la fermentación se originan cuando en las sustancias entran microorganismos del aire, se multiplican rápidamente y producen sustancias de desecho. Después de mostrar que se puede eliminar la degradación manteniendo alejados a los gérmenes o destruyéndolos con calor, investigó enfermedades en animales, y demostró que en éstas intervenían microorganismos. Después, otros investigadores probaron que determinados gérmenes causan determinadas enfermedades.
Pasteur encontró que la infección por gérmenes causa la inmunidad en el organismo contra infecciones posteriores de los mismos gérmenes. A continuación señaló como posible la producción de vacunas que inducirían al organismo a inmunizarse contra una enfermedad, sin causarla.
De la aceptación de la teoría de los gérmenes en la enfermedad han resultado cambios en las prácticas de salubridad. Antes de dicha teoría, la enfermedad se trataba invocando poderes sobrenaturales o controlando los fluidos corporales mediante el vómito, sangrías o purgas. Los métodos modernos subrayan la sanidad, el manejo seguro del alimento y del agua, la pasteurización de la leche, la cuarentena y las técnicas quirúrgicas asépticas para apartar los gérmenes del organismo; las vacunas fortalecen el sistema inmunitario mediante antibióticos y otras sustancias y procesos químicos que destruyen a los microorganismos.
En la medicina, como en otros campos de la ciencia, a veces se obtienen descubrimientos inesperados, hasta por accidente, pero generalmente se requieren conocimientos y puntos de vista creativos para reconocer el significado de tales hallazgos.

J. El dominio de la energía

Los alumnos necesitan aprender sobre la naturaleza de los medios, la distribución geográfica de los recursos materiales y energéticos, además de la forma en que vivía y trabajaba la gente del siglo XVIII y anteriores, para captar la esencia y el impacto de la revolución industrial, cuyo estudio se considera como parte de la historia del mundo, aunque con frecuencia se abrevian sus aspectos científicos y técnicos.

Es éste un episodio tan importante en la experiencia humana, que los alumnos deben aprender sus diversos aspectos en los grados elementales e intermedios, en geografía, gobierno, literatura y ciencias, al igual que en las clases de historia y tecnología. Una vez familiarizados con la Revolución industrial del siglo XVIII, pueden compararla con la revolución tecnológica del siglo XX.

Del sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media

Los alumnos deben adquirir algunos conocimientos acerca de la Revolución industrial en las Clases de ciencias sociales, así como en ciencia y tecnología, para poder captar cómo trabajan las máquinas y bombas de vapor.

Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:

En el siglo XIX, la mayor parte de la producción se realizaba en los hogares en forma manual o con máquinas pequeñas, movidas por la fuerza muscular, el viento o el agua corriente. Con la nueva maquinaria y las máquinas de vapor que la movían, fue posible reemplazar el trabajo artesanal con fábricas, empleando combustibles como fuente de energía. En el sistema fabril se pueden combinar eficientemente los materiales, la mano de obra y la energía.
La invención de la máquina de vapor ocupó el centro de la Revolución industrial. Con aquélla se convertía la energía química almacenada en la madera o en el carbón, en trabajo mecánico. Esta máquina se creó para resolver el gran problema de bombear agua para sacarla de las minas de carbón. Mejorada por James Watt, pronto se usó para mover carbón, impulsar maquinaria de manufactura y también locomotoras, barcos y hasta los primeros automóviles.

Del tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior

Una meta importante al tratar la Revolución industrial consiste en ayudar a que los alumnos comprendan este tema en su contexto contemporáneo. ¿Es la computadora el motor de vapor de nuestra época? O bien, ¿lo es el generador eléctrico?, ¿será la información tan importante, en la política y la economía, como la energía?, ¿qué impacto tienen la revolución química, y ahora la bioquímica, en la forma de vida y trabajo de la gente? Estas preguntas y otras sugieren algunos de los asuntos que deben examinar los alumnos en el impacto de la tecnología sobre la sociedad.

Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:

La Revolución industrial se originó primero en Gran Bretaña, porque en ese país se usó la ciencia de manera práctica, se tenía acceso por mar a los recursos y mercados mundiales, y se tenía un exceso de agricultores que aspiraban a ser trabajadores fabriles.
La Revolución industrial aumentó la productividad de cada trabajador, pero también aumentó la labor infantil y las condiciones insalubres de trabajo, y gradualmente destruyó la tradición artesanal. Los desequilibrios económicos de la Revolución industrial originaron un conflicto cada vez mayor entre los dueños de las fábricas y sus trabajadores, y contribuyeron a las principales ideologías políticas del siglo XX.
La Revolución industrial todavía sigue adelante, pues las tecnologías eléctrica, electrónica e informática van cambiando las pautas de trabajo y traen aparejadas, consecuencias económicas y sociales.