Introducción
El presente tema constituye la base epistemológica de la especialidad de Física y Química. Lejos de ser un contenido meramente histórico o filosófico, fundamenta la comprensión de la Naturaleza de la Ciencia (NOS), hoy integrada en el currículo competencial. La ciencia es simultáneamente: (i) un cuerpo de conocimiento (modelos, leyes, teorías), (ii) un método de construcción y validación (inferencia, contrastación, revisión), y (iii) una práctica social (comunidad, lenguaje, instituciones, valores).
En un mundo saturado de información y pseudociencias, el docente no solo debe enseñar ciencia (contenidos), sino sobre la ciencia: cómo se construye el conocimiento, qué cuenta como evidencia, qué significa “explicar”, por qué una teoría se acepta y cuándo se abandona. En términos de desempeño, esto se traduce en la capacidad del alumnado para argumentar con datos, detectar falacias, distinguir correlación de causalidad y comprender el carácter provisional y autocorrectivo del conocimiento científico.
Este tema justifica la Competencia Específica relacionada con el pensamiento científico y la resolución de problemas (CE 1 y 2 en ESO y Bachillerato), porque la competencia científica exige dominar:
Modelización (representar sistemas con variables, relaciones y supuestos).
Contraste empírico (medición, incertidumbre, reproducibilidad).
Razonamiento hipotético-deductivo (predecir, refutar, revisar).
Comunicación científica (lenguaje preciso, SI, argumentación).
Dificultad didáctica frecuente: el alumnado confunde “ciencia” con “lista de verdades” o con “un método rígido de pasos”. En realidad, la ciencia es un proceso donde teoría, dato e instrumentos evolucionan conjuntamente.
1. Principales concepciones de la ciencia
Históricamente, la respuesta a “¿qué es la ciencia?” ha evolucionado desde el dogmatismo (verdades absolutas) hacia el falibilismo (conocimiento revisable). Destacamos tres concepciones clave, complementarias para comprender la práctica real.
1.1. Inductivismo (Empirismo clásico)
Desde Francis Bacon (s. XVII). Sostiene que la ciencia comienza con una observación supuestamente neutra y, mediante la inducción, llega a leyes universales. Este programa se apoya en la acumulación de observaciones y en la búsqueda de regularidades.
Aportaciones valiosas:
Impulsa la experimentación y el control de variables.
Promueve la cuantificación y el registro sistemático de datos.
Crítica epistemológica (núcleo duro):
Observación cargada de teoría: no “vemos” hechos puros; interpretamos mediciones a través de modelos e instrumentos (p. ej., “temperatura” es ya un concepto teórico vinculado a un termómetro y a un modelo microscópico).
Problema lógico de la inducción: ninguna cantidad finita de casos confirma una ley universal. Ver mil cisnes blancos no prueba que “todos” lo sean.
Ejemplo académico:
En química, observar que “el cobre se oxida al calentar” no basta para generalizar una ley universal sin hipótesis sobre composición, condiciones y mecanismos. La generalización exige control experimental (masa, atmósfera, productos) y un marco teórico (p. ej., teoría del oxígeno en combustión).
Dificultad del alumnado: creen que “si lo he visto muchas veces, es ley”. Conviene introducir la idea de contraejemplo y el papel de la inferencia.
1.2. Falsacionismo (Karl Popper, s. XX)
Popper rechaza la verificación definitiva: la ciencia avanza no confirmando, sino intentando derribar teorías. Una teoría es científica si es falsable, es decir, si arriesga predicciones que podrían resultar incompatibles con la experiencia.
1.2.1. Esquema lógico hipotético-deductivo
Se formula una hipótesis/teoría T.
Se deducen consecuencias observables C₁, C₂, … (predicciones).
Se contrasta con experimentos.
Si se observa no-C, entonces (bajo supuestos auxiliares) la teoría T queda refutada o requiere revisión.
1.2.2. Papel de las hipótesis auxiliares y la instrumentación
En ciencia real, no se contrasta una teoría “sola” sino un conjunto: teoría + supuestos + calibración + condiciones experimentales. Por eso, ante un fallo experimental, puede revisarse:
el modelo,
el instrumento,
el procedimiento,
o el propio supuesto auxiliar.
Ejemplo (Física): la predicción de la órbita de Mercurio fallaba en el marco newtoniano. ¿Se falsó Newton? Durante décadas se ajustaron hipótesis auxiliares (planeta Vulcano, distribución de masa solar…) hasta que la relatividad general ofreció un marco más amplio.
Dificultad del alumnado: confunden “no coincide con mi dato” con “es falso”. Hay que enseñar incertidumbre experimental, error sistemático y el carácter probabilístico del contraste.
1.3. Relativismo Histórico (Thomas Kuhn)
Kuhn incorpora el factor social: la ciencia no es acumulación lineal de verdades, sino sucesión de ciclos dependientes del consenso de la comunidad científica mediante paradigmas.
1.3.1. Qué es un paradigma
Un paradigma incluye:
teorías centrales,
métodos aceptados,
instrumentos y estándares,
criterios de elegancia/explicación,
problemas “legítimos” a resolver.
1.3.2. Inconmensurabilidad (idea clave)
En una revolución científica no solo cambian ecuaciones: cambian conceptos (qué se entiende por “masa”, “tiempo”, “órbita”, “elemento químico”), y por tanto los lenguajes pueden no ser directamente traducibles sin pérdida.
Ejemplo (Química): el paso de flogisto a teoría del oxígeno reorganiza qué cuenta como combustión y qué significa “calcinación”.
Dificultad del alumnado: creen que una teoría nueva “dice lo mismo pero mejor”. En realidad, a veces redefine los conceptos básicos.
2. Los grandes cambios: Las Revoluciones Científicas
Thomas Kuhn, en La estructura de las revoluciones científicas (1962), define el mecanismo del cambio:
2.1. Pre-ciencia
Desacuerdo y falta de método común: proliferan escuelas rivales sin criterios compartidos para decidir.
2.2. Ciencia Normal
La comunidad acepta un Paradigma (marco teórico, valores y técnicas; ej. mecánica newtoniana). Se resuelven “puzzles” dentro del paradigma: la investigación es altamente productiva, pero también conservadora (se espera que el paradigma funcione).
2.3. Crisis: anomalías persistentes
Aparecen anomalías que el paradigma no puede explicar de modo satisfactorio. No basta un fallo aislado: la crisis emerge cuando el problema es recurrente y central.
Ejemplos canónicos:
Órbita de Mercurio (mecánica clásica).
Catástrofe ultravioleta (radiación del cuerpo negro).
2.3.1. Deducción matemática: catástrofe ultravioleta (núcleo técnico)
En una cavidad (cuerpo negro), los modos electromagnéticos con frecuencia comprendida entre ν y ν + dν presentan una densidad de estados dada por:
g(ν) · dν = (8·π·ν² / c³) · dν
(derivada del recuento de modos de onda estacionaria en tres dimensiones).
En la física clásica, de acuerdo con el principio de equipartición de la energía, cada modo posee una energía media:
⟨E⟩ = kᵦ · T
Por tanto, la densidad espectral de energía según la ley clásica de Rayleigh-Jeans es:
u(ν, T) = g(ν) · ⟨E⟩ = (8·π·ν² / c³) · kᵦ · T
Al integrar sobre todas las frecuencias:
U(T) = ∫₀^∞ u(ν, T) · dν = ∫₀^∞ (8·π·ν² / c³) · kᵦ · T · dν → ∞
El resultado diverge, lo que constituye una predicción físicamente imposible, conocida como catástrofe ultravioleta. Esta anomalía no era un detalle técnico, sino un fallo profundo del paradigma clásico aplicado a un fenómeno térmico universal.
Resolución cuántica (Planck):
Planck introduce la cuantización de la energía, estableciendo que esta solo puede tomar valores discretos:
E = n · h · ν
La energía media de un oscilador cuántico en equilibrio térmico a temperatura T viene dada por:
⟨E⟩ = (h · ν) / [exp(h · ν / (kᵦ · T)) − 1]
Sustituyendo esta expresión en la densidad espectral se obtiene:
u(ν, T) = (8·π·ν² / c³) · (h · ν) / [exp(h · ν / (kᵦ · T)) − 1]
Esta expresión sí es integrable y reproduce correctamente el espectro experimental del cuerpo negro. La solución no consiste en ajustar un parámetro, sino en cambiar el supuesto fundamental sobre la naturaleza continua de la energía, lo que evidencia una auténtica revolución científica.
2.4. Revolución Científica
Surge un nuevo paradigma rival que resuelve las anomalías. Se produce un cambio de “visión del mundo” y de criterios de explicación.
2.5. Nueva Ciencia Normal
Se consolida el nuevo paradigma (relatividad o mecánica cuántica): se normalizan métodos, se reescriben manuales, se estandarizan unidades y protocolos.
Ejemplos clave (ampliados):
Revolución Copernicana: del geocentrismo (Ptolomeo) al heliocentrismo: reinterpreta observaciones y simplifica la cinemática planetaria.
Revolución Química (Lavoisier): introduce balanza y cuantificación → ley de conservación de la masa; redefine “elemento” y “combustión”.
Revolución Cuántica y Relativista: cuestiona determinismo clásico; introduce incertidumbre, cuantización y relatividad del espacio-tiempo.
3. La ciencia como proceso en continua construcción: el ejemplo de los modelos atómicos
La ciencia no es un edificio acabado, sino una construcción dinámica. Un ejemplo paradigmático en nuestro currículo es la evolución de los modelos atómicos.
3.1. Dalton (1808): teoría atómica y leyes ponderales
Átomo como entidad indivisible; explica la ley de proporciones definidas y múltiples.
Límite: no contempla estructura interna.
3.2. Thomson (1904): electrón y “budín de pasas”
Descubrimiento del electrón (rayos catódicos).
Propone carga positiva difusa con electrones incrustados.
3.3. Rutherford (1911): núcleo y corteza
Experimento de la lámina de oro: dispersión de partículas alpha.
Concluye que la carga positiva está concentrada en un núcleo muy pequeño.
Anomalía teórica: en electromagnetismo clásico, una carga acelerada radiaría energía; el electrón en órbita debería colapsar.
3.4. Bohr (1913): cuantización y espectros
Introduce órbitas cuantizadas: L = n · ħ.
Para hidrógeno, deduce niveles:
E_n=-(m_e e^4)/(8ε_0^2 h^2 ) 1/n^2
y la fórmula de Rydberg para líneas espectrales.
Límites: átomos polielectrónicos, estructura fina, efecto Zeeman complejo.
3.5. Mecánica cuántica (Schrödinger/Heisenberg): orbitales y probabilidad
El estado del electrón se describe mediante una función de onda ψ(r), cuya interpretación física viene dada por el cuadrado de su módulo, que representa la densidad de probabilidad.
Principio de incertidumbre:
Δx” ” Δp≥ℏ/2
Los “orbitales” son soluciones de la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno; aparecen números cuánticos n, ℓ y m, además del espín electrónico.
Idea didáctica clave: los modelos previos no eran “errores”, sino aproximaciones útiles. Esta visión combate la idea de “ciencia como verdades eternas” y refuerza la competencia de modelización.
Dificultad del alumnado: confunden “orbital” con “órbita” (trayectoria). Hay que insistir en el salto conceptual: probabilidad vs. trayectoria.
4. Los científicos y sus condicionamientos sociales
La imagen del científico aislado en su torre de marfil es un mito. La ciencia es una actividad humana (enfoque CTS) condicionada por:
4.1. Factores Económicos
La financiación define prioridades, instrumentación y líneas “rentables”. En química, por ejemplo, los programas de catálisis, materiales y energía reciben fuerte impulso por su impacto industrial; en farmacología, las enfermedades prevalentes concentran I+D frente a las raras.
4.2. Factores Políticos/Militares
Proyecto Manhattan: aceleración del conocimiento nuclear y de la ingeniería de materiales bajo presión geopolítica.
Carrera espacial: impulsó electrónica, materiales compuestos, metrología y control.
Dificultad del alumnado: tienden a moralizar simplificando (“la ciencia es buena/mala”). Conviene enseñar que la ciencia es un conocimiento; su uso depende de decisiones éticas y políticas.
4.3. Factores de Género (Efecto Matilda)
Invisibilización o infrarreconocimiento de mujeres científicas (Rosalind Franklin; Lise Meitner). Esto conecta con la dimensión de equidad y con la construcción de referentes STEM.
4.4. Factores Éticos
Bioética, IA, armas químicas, edición genética, doble uso (dual-use). La ciencia moderna requiere marcos regulatorios y responsabilidad social.
5. Las actitudes científicas en la vida cotidiana
El objetivo final de la educación científica es transferir estas actitudes al ciudadano:
5.1. Escepticismo informado
No aceptar afirmaciones sin pruebas: valorar calidad de fuentes, reproducibilidad, tamaño muestral, conflicto de intereses.
5.2. Apertura mental
Disposición a cambiar de opinión ante nuevas evidencias; distinguir “convicción” de “justificación”.
5.3. Rigor y precisión
Uso del lenguaje (definir magnitudes), manejo de datos (incertidumbre), unidades SI, proporcionalidad, órdenes de magnitud.
5.4. Humildad intelectual
Reconocer límites del propio conocimiento; evitar sesgos cognitivos (confirmación, autoridad, disponibilidad).
Dificultad del alumnado: confunden “opinión personal” con “hipótesis científica”. La hipótesis debe ser contrastable y conectada con datos.
Aplicación Didáctica (El Aula de FyQ)
Este tema es ideal para trabajar al inicio de curso en 3º/4º ESO o 1º Bachillerato, porque construye el marco mental que hará coherentes el resto de contenidos (modelos, leyes, problemas).
A) Situación de Aprendizaje (SdA): “Cazadores de Mitos Científicos”
Contexto: el alumnado actúa como comité de verificación (fact-checking científico).
Metodología (indagación): se presentan afirmaciones pseudocientíficas (p. ej., “el agua tiene memoria”, “homeopatía”, “negacionismo climático”).
Actividad (estructura rigurosa):
Formulación: convertir la afirmación en una hipótesis falsable.
Criterios de evidencia: qué datos serían necesarios, qué variables controlar.
Diseño experimental o revisión de literatura:
Si procede: experimento con controles, réplica y análisis de error.
Si no: búsqueda de metaanálisis/consensos, evaluación de calidad de fuentes.
Conclusión argumentada: distinguir “no hay evidencia” de “evidencia de no efecto”.
Dificultades frecuentes a anticipar:
Confusión entre correlación y causalidad.
Sesgo de confirmación (“busco solo lo que me da la razón”).
Falta de comprensión de incertidumbre y error sistemático.
Recursos: fragmentos de Oppenheimer (ética/política), Figuras Ocultas (género/ciencia), artículos de divulgación crítica.
B) Vinculación Curricular
Competencia Específica: interpretar información científica, argumentar, modelizar.
Saberes básicos: “ciencia como actividad humana”, “pensamiento crítico”, “mujeres en la ciencia”.
Conexión Interdisciplinar y Orientación Profesional
– Filosofía: Conexión directa con la unidad de Filosofía de la Ciencia (1º Bachillerato). Es fundamental coordinarse con el departamento de Filosofía para tratar a Kuhn y Popper.
– Historia: Contextualización de las revoluciones científicas (Renacimiento, Ilustración, Guerra Fría).
– Orientación Vocacional:
Fomentar vocaciones en investigación (I+D+i).
Destacar el papel de la mujer en la ciencia (STEM) para romper el techo de cristal.
Salidas en comunicación científica y bioética.
Conclusión
La ciencia no es un “archivo de verdades”, sino una metodología racional y crítica para interrogar al mundo. Comprender su carácter provisional, su estructura paradigmática y sus condicionamientos sociales es la mejor vacuna contra el dogmatismo y una herramienta decisiva para formar ciudadanía libre y responsable. En Física y Química, esta comprensión permite enseñar mejor los modelos (atómico, termodinámico, cuántico) y situar los conceptos como respuestas históricas y racionales a problemas reales.
Normativa y Bibliografía
Normativa (marco general):
LOMLOE: Ley Orgánica 3/2020.
RD 217/2022: currículo básico de ESO.
RD 243/2022: currículo básico de Bachillerato.
(Según comunidad) normativa autonómica de currículo vigente.
Bibliografía (epistemología y didáctica):
Chalmers, A. F. (2010). ¿Qué es esa cosa llamada ciencia? Siglo XXI.
Kuhn, T. S. (2013). La estructura de las revoluciones científicas. FCE.
Popper, K. (2002). La lógica de la investigación científica. Tecnos.
Solbes, J.; Traver, M. J. (varios). Aportaciones CTS y didáctica de las ciencias.
Preguntas clave para el repaso y defensa
¿En qué sentido la observación está “cargada de teoría” y cómo lo demostrarías en un laboratorio escolar? Respuesta (resumen técnico): toda medición requiere un modelo (qué magnitud se mide), un instrumento (calibración) y un protocolo. Ej.: medir “temperatura” presupone equilibrio térmico y una propiedad termométrica; distintos termómetros pueden discrepar por errores sistemáticos. Se demuestra comparando lecturas, calibrando y discutiendo supuestos.
Explique con base matemática la catástrofe ultravioleta y por qué implica un cambio de paradigma. Respuesta: En una cavidad, la densidad de modos con frecuencia entre ν y ν + dν es g(ν)·dν = (8·π·ν² / c³)·dν. En física clásica, por equipartición, la energía media por modo es ⟨E⟩ = kᵦ·T. Por tanto, u(ν, T) = g(ν)·⟨E⟩ = (8·π·ν² / c³)·kᵦ·T, cuya integral U(T) = ∫₀^∞ u(ν, T)·dν diverge (→ ∞). Planck cuantiza la energía E = n·h·ν y obtiene ⟨E⟩ = (h·ν)/[exp(h·ν/(kᵦ·T)) − 1], lo que produce un espectro finito y ajustado al experimento. La clave es que se cambia el supuesto ontológico “energía continua” por “energía cuantizada”.
¿Por qué el falsacionismo es útil didácticamente pero insuficiente para describir toda la ciencia real? Respuesta: es útil porque enfatiza hipótesis contrastables y refutación. Es insuficiente porque en la práctica se contrasta teoría + hipótesis auxiliares; ante discrepancias no siempre se “falsan” teorías, se revisan instrumentos, condiciones o modelos auxiliares (holismo del test).
Justifique por qué los modelos atómicos anteriores no deben enseñarse como “errores” y proponga un criterio para evaluar un modelo. Respuesta: un modelo es una representación con supuestos; se evalúa por poder explicativo, capacidad predictiva, coherencia interna y compatibilidad con datos. Dalton explica leyes ponderales; Bohr espectros hidrogenoides; el modelo cuántico generaliza y predice estructura electrónica. Presentarlos como aproximaciones evita concepciones dogmáticas.
Explique un ejemplo de condicionamiento social de la ciencia y proponga cómo abordarlo sin moralizar. Respuesta: Proyecto Manhattan o financiación farmacéutica. Se aborda distinguiendo: hechos científicos (modelos, datos), decisiones tecnopolíticas (objetivos, usos) y ética (criterios de responsabilidad). Se trabaja con debate argumentado y análisis de fuentes, evitando “buenos/malos” y centrando el razonamiento.