EL USO DE LA HISTORIA EN LA ENSEÑANZA DE LOS CONCEPTOS DE CALOR Y TEMPERATURA
En busca de mejorar los procesos de enseñanza aprendizaje de las ciencias, se han pensado en diferentes estrategias, como es el caso de la utilización de la historia y la epistemología de la ciencia como una herramienta para la enseñanza de los conceptos de calor y temperatura. En una enseñanza de corte tradicional, la evolución histórica y epistemológica de los diferentes
conceptos, no es relevante tratarla dentro del aula de clase, pues no se contempla como una herramienta útil para alcanzar los objetivos de interés que están en relación con un aprendizaje memorístico que este modelo plantea; pero al considerar modelos de enseñanza donde la construcción de conceptos permita al estudiante reflexionar, indagar sobre la ciencia, la historia, la epistemología, es fundamental para facilitar el aprendizaje de los diferentes conceptos.
Para facilitar la comprensión de las ideas sobre calor y temperatura es de gran importancia utilizar la evolución a través de la historia de dichos conceptos, es decir, cómo los científicos fueron transformando sus ideas, hasta llegar a lo que hoy conocemos como calor y temperatura, ya que “el contenido científico
estudiado a través de la historia se acerca más al universo cognoscitivo, no solamente del alumno sino del propio hombre que, antes de conocer científicamente, construye históricamente lo que conoce” (Pessoa, Castro;
1992), es decir es importante mostrar al estudiante que se puede comparar la evolución histórica de las ciencias y los modos naturales de la comprensión del mundo que ellos poseen; lo cual se constata en diferentes investigaciones realizadas sobre las concepciones de los estudiantes sobre calor y temperatura, donde para los estudiantes “el calor es “algo”. Tiene categoría de sustancia. Una sustancia que se contiene y se transmite” (García, Rodríguez;
Es importante mostrarle al estudiante como la estructura de sus pensamientos, en alguna época de la historia fueron considerados de forma semejante, es decir, que existe una aproximación de su forma de ver el mundo a la forma que el científico la estructuró en determinado momento, dándole así importancia a la evolución de las ideas, no mostrando la ciencia de una forma acabada y ya establecida, sino que se permita tener acceso al desarrollo de las ideas científicas, optando por ver el conocimiento de forma asequible y plausible así, “conocer la etapas de desarrollo de una idea o de un concepto desmitifica la
ciencia en cuanto asunto prohibido a los no iniciados y acerca el discurso
científico al discurso que el alumno comprende ” (Pessoa, Castro 1992). Además de la importancia que tiene para el aprendizaje que el alumno sea activo en cuanto a la construcción del conocimiento, permitiendo este a medida que avanza la construcción del saber, dándole la posibilidad de que el nuevo conocimiento sea entendible para el estudiante, siendo así plausible, permitiendo la solución de nuevos problemas, condiciones necesarias para un cambio conceptual en las concepciones de los alumnos.
La actividad consiste, en un primer momento, en realizar una lectura de los planteamientos del médico Joseph Black, citado de sus "Conferencias acerca de los elementos de la química", en la que postula sus concepciones acerca de la trasferencia de calor, tomando como punto de partida el sentido común, así se pretende que los estudiantes se sientan identificados con dichos enunciados, y se vayan percatando de la forma como va evolucionando las concepciones y se sientan inquietos frente a ellas.
“Si paramos mientras en la manera cómo se derriten el hielo y la nieve
cuando se hallan expuestos al aire en un cuarto caliente, o cuando en pos de una helada sobreviene el deshielo, fácilmente podemos
percatarnos de que, por fríos que estén en un comienzo, presto se calientan hasta llegar al punto de fusión o pronto comienzan a trocarse
en agua en su superficie.
De estar bien fundada la opinión vulgar, y a necesitarse nada más que la
completo en unos cuantos segundos o minutos más, ya que el aire circundante no cesa de comunicarles calor.
De ser ello así, tremebundas serían en muchos casos las consecuencias. Porque, aun siendo las cosas como ahora son, el derretimiento de cantidades grandes de hielo y nieve causan violentas torrentadas y grandes inundaciones en los países fríos o en los ríos que proceden de ellos. Más, si el hielo y la nieve se derritiesen tan súbitamente como deberían hacerlo necesariamente, de estar fundada la
antigua opinión acerca de la actividad del calor en el derretimiento de ellos, serían sin comparación más irresistibles y tremendos los torrentes e inundaciones. Todo lo devastarían y destruirían, y eso de manera tan repentina, que a duras penas se libraría la humanidad de sus estragos.
En realidad de verdad, no ocurren esas licuefacciones súbitas; las moles de hielo o nieve no se derriten sino muy despacio y necesitan para ello mucho tiempo, sobre todo cuando son de gran tamaño, como las acumulaciones de hielo y los montones de nieve en algunos lugares se forman durante el invierno. Dichas acumulaciones y montones, después de que han comenzado a derretirse, necesitan a menudo muchas semanas de tiempo cálido antes de disolverse por completo en agua. Esta notable lentitud con que se derrite el hielo nos da la posibilidad de conservarlo con facilidad durante el verano, en las estructuras denominadas casas de hielo. Comienza a derretirse en ellas, en cuanto en ellas lo ponemos; pero como el edifico presenta al aire tan sólo una superficie pequeña y tiene una envoltura de barda muy gruesa, y se impide todo lo posible la entrada del aire exterior, el calor penetra con mucha lentitud dentro de él, y esto, añadido a lo despacio que el hielo se presta a derretirse, retarda tanto la licuefacción total, que una parte de él
Parecióme que esta notable lentitud con que se derriten el hielo y la nieve no se avenía de ningún modo con la opinión común acerca de la modificación del calor en la licuación de los cuerpos.
Y cabalmente este mismo fenómeno constituye en parte el fundamento de la opinión que he propuesto. Porque, si paramos mientras en lo que acontece, podemos percatarnos que en el hielo que se está derritiendo entra una gran cantidad de calor, para formar el agua en que aquél se trueca; y que a lo largo del tiempo necesario para que se reúna tanto
calor proveniente de los cuerpos circunvecinos, es la razón de la lentitud con que se liquida el hielo.
Si alguna persona pusiere en tela de juicio la entrada del calor que se está derritiendo y la absorción de aquél por éste, basta con que lo toque; pues al punto sentirá como el hielo le quita rápidamente el calor de la mano caliente, puede también examinar los cuerpos que están en contacto con el hielo o lo rodean, y hallará que a todos ellos priva aquél de buena parte de su calor. O, si lo colgare de un hilo, en medio de un cuarto con aire caliente, podría notar con la mano o con el termómetro cómo sin cesar baja el hielo una corriente de aire frío; porque el aire que se pone en contacto con él queda privado de parte de su calor; y por eso se condensa y se hace más pesado que el aire del resto del cuarto; de resultas de lo cual, desciende, y al punto acude a ocupar su puesto en derredor del hielo algo del aire más caliente; más éste, a su vez, queda despojado presto de algo de su calor, y listo para bajar del mismo modo; de esta suerte se produce una corriente constante de aire caliente que va hacia los lados del hielo, y una bajada de aire en estado frío que se desprende de la parte inferior del trozo; durante la cual la operación del hielo debe recibir una cantidad grande de calor.
el hielo mismo, o, de haber alguna diferencia, es ella de tan poca monta, que no merece notarse.
Por lo tanto, una gran porción del calor o de la materia del calor que entre en el hielo que se derrite no produce otro efecto que el darle fluidez, sin aumentar su calor sensible; al parecer, se absorbe y esconde dentro del agua, de modo que no es posible descubrirlo aplicando el termómetro. . .
Me di, pues, en serio a hacer experimentos, de acuerdo con las
sospechas que tenía acerca de la ebullición de los líquidos. Mis barruntos, cuando cobraron forma, tendían al siguiente propósito. Figurábame que durante la ebullición, el calor es absorbido por el agua y entra en la composición del vapor que de ella se produce, de la misma manera que es absorbido por el hielo en fusión y entra en la composición del agua que de este se produce.
Y así como en este último caso el efecto ostensible del calor no consiste en calentar los cuerpos circundantes, sino en liquidar el hielo, así también en el caso de la ebullición el calor absorbido no calienta los cuerpos circundantes, sino convierte el agua en vapor. En ninguno de los casos nos percatamos de la presencia del calor como causa del calentamiento. El calor está oculto o latente; y yo lo denomino "calor latente".”
Teniendo en cuenta las concepciones de los estudiantes que ya se hicieron explicitas, se sugiere que se inicie la discusión con preguntas que estén orientadas, tomando como base los planteamientos de la lectura realizada, desarrollando luego experiencias que permitan crear insatisfacción en los estudiantes con sus conceptos, detectando así las anomalías, a las que las
nuevas concepciones brindarán solución; creando así espacios de reflexión, enmarcadas en el método científico, y en la construcción de dichos conceptos,
construcción de los conceptos. Durante este espacio pueden surgir preguntas como:
- ¿Calor y temperatura representan lo mismo?
- Si se utiliza un buen termómetro para averiguar la temperatura de varios cuerpos, ¿qué se constatará?
- ¿Podemos decir que tienen la misma temperatura?, ¿Y que tienen el «mismo
calor» o calores iguales»?
- Si cada uno de nosotros elige un objeto y lo sujeta entre las manos durante algún tiempo, qué ocurrirá? ¿Podemos garantizar que después de algún tiempo todos los objetos estarán a la temperatura de nuestro cuerpo?
¿Esos cuerpos gastarán el mismo tiempo para alcanzar esa temperatura o cada uno tendrá un tiempo propio?
- Cuando calentamos dos líquidos diferentes, ambos a la misma temperatura inicial de 20°C, ¿cuál de ellos llega primero a la temperatura de 50°C?
¿Qué hay que saber sobre esos líquidos para contestar a esa pregunta?
Y si los líquidos fuesen los mismos, ¿qué determinaría la rapidez del calentamiento?
Situación 1: El segundo recipiente tiene el doble de agua que el primero. Inicialmente ambos están a temperatura ambiente. Se calientan, con mecheros idénticos, hasta que alcancen la temperatura de 50°C.
¿Podemos afirmar que el agua del primer recipiente tardará menos para alcanzar esa temperatura? ¿Qué significa esa diferencia de tiempo necesaria para que sufra una misma variación de temperatura?
Situación 2: ¿Y si cambiamos el problema y fijamos el tiempo de exposición a
la llama? Es decir, si consideramos los mecheros idénticos y se mantienen los vasos sobre ellas durante un mismo intervalo de tiempo ¿crees que la temperatura del agua de los dos recipientes será la misma?
Al fijar el tiempo de exposición a la llama y garantizando que los mecheros son iguales, ¿no suponemos la igualdad de otra cosa? ¿Qué?
En la primera situación los dos recipientes reciben diferentes cantidades de energía de los mecheros, ya que necesitan estar expuestos a ellos por tiempos diferentes, para que alcancen una misma temperatura. En la segunda situación, las cantidades de agua reciben la misma cantidad de calor alcanzando diferentes temperaturas.
Luego, la respuesta al interrogante ¿calor y temperatura son la misma cosa?, será una construcción por parte del estudiante de lo observado en las diferentes situaciones.
Es interesante abordar la siguiente lectura, también extraída de la conferencia
del medico Joseph Black, para profundizar acerca de los conceptos de calor y temperatura. Dicha lectura es:
“El segundo avance en nuestro conocimiento sobre el calor, que se ha
Observé anteriormente que, aunque sin la ayuda de termómetros, podemos notar la tendencia del calor en difundirse de algún cuerpo caliente hacia un cuerpo más frío, próximo a él, hasta distribuirse entre ellos de tal forma que ninguno puede sacar más calor del otro. [...]
Averiguamos que cuando toda acción mutua termina, un termómetro puesto en cualquiera de los cuerpos adquiere el mismo grado de expansión: por eso su temperatura es la misma y el equilibrio es universal.
Por el uso de esos instrumentos aprendimos que, si tomamos mil o más tipos diferentes de materiales, tales como metales, piedra, sal, madera, corcho, pluma, lana, agua y una variedad de otros fluidos, aunque están todos, a principio, a diferentes calores, y si los dejamos juntos en una misma sala sin calefacción y sin iluminación del sol, el calor se comunicará de los cuerpos más calientes a los más fríos durante algunas horas o en el transcurso de un día. Al final de ese tiempo, si usamos un termómetro, veremos que ellos están exactamente en el mismo grado. El calor, por lo tanto, se distribuye en esa ocasión hasta que ninguno de esos cuerpos tenga una mayor demanda o atracción al calor que cualquiera de ellos tenga; en consecuencia, cuando usamos un termómetro sucesivamente, después que el primero ha reducido la temperatura del instrumento a la suya propia, ninguno de los otros aumentará o disminuirá la cantidad de calor que el primero dejó en él. Eso es lo que se ha llamado normalmente "calor igual" o "igualdad de
calor" entre cuerpos diferentes: yo llamo a eso equilibrio de calor.
