La historia, la fenomenología y la epistemología de la física. Orientaciones conceptuales, pedagógicas y didácticas para la enseñanza de la termodinámica en el contexto de formación de profesores

Abstract

[spa] La investigación que se presenta en la memoria de Tesis Doctoral surge en el contexto de la formación de profesores de física motivada por la intencionalidad pedagógica de encontrar orientaciones para significar y favorecer la estructuración y comprensión de los fenómenos físicos para enseñanza – aprendizaje de la física a través de un acercamiento fenomenológico. Es una investigación de tipo cualitativo- descriptivo que parte de constatar que en enseñanza de la física se continúa asumiendo mayoritariamente que el contenido conceptual de la ciencia es estándar, uniforme y estrechamente compartido por toda la comunidad científica, que se construye por vías únicas, cuyas representaciones formales son universales, y donde el trabajo del profesor es transmitirlo sin cuestionamientos. Sin embargo, vemos cómo estas miradas coexisten con un amplio número de investigaciones que ejemplifican la diversidad de estrategias a través de las cuales se ha desarrollado el conocimiento científico, las miradas contrastantes en la forma de comprender y producir fenómenos, y la creatividad de la actividad científica en la producción y validación de ese conocimiento. Por lo cual, enfocamos la investigación en identificar rasgos o estrategias en la formación de conceptos a través de un caso de la física que se ocupa del estudio de los fenómenos térmicos, con el fin de derivar desde allí criterios pedagógicos y didácticos para la enseñanza - aprendizaje de las ciencias del profesorado. Se hizo un acercamiento a los estudios histórico – críticos y epistemológicos de las ciencias para diseñar e implementar una secuencia didáctica sobre termodinámica dirigida a la formación universitaria de docentes: profesores de física y ciencias que trabajan en educación secundaria. Nos propusimos caracterizar los procesos de formalización que involucran la conceptualización, modelización y teorización de las teorías del calor para la propuesta de la secuencia y describir los desarrollos conceptuales elaborados por un grupo de profesores de la Especialización en Docencia de las Ciencias para el nivel básico y Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales de la Universidad Pedagógica Nacional en Colombia al utilizar la secuencia didáctica. Los fundamentos que formaron parte de nuestro marco teórico son: en primer lugar, los estudios histórico-críticos de las ciencias (Ayala) que nos llevaron al análisis de procesos de conceptualización en la historia de las teorías del calor. En segundo lugar, diversos estudios en el contexto de la epistemología y filosofía de la ciencia, cuyos objetos de estudio son: el conocimiento científico, la función y la estructura de las teorías científicas y más recientemente el papel de los datos observacionales y la experimentación en la producción de explicaciones y criterios de validación de la ciencia, nos condujeron a adoptar la perspectiva fenomenológica de Maurice Merleau Ponty que entretejemos con la orientación fenomenológica de Paolo Guidoni y su escuela. Influenciadas por la visión de estos autores, generamos un enfoque fenomenológico particular hacía la enseñanza de las ciencias y la investigación en el aula. En tercer lugar, aportaron en la comprensión de procesos cognitivos, los estudios sobre la organización conceptual (Piaget) e intersubjetiva (Vygotsky, Bruner, entre otros), y la noción de los campos conceptuales (Vergnaud) como estructuras organizativas de la conceptualización en ciencias. Asimismo, los estudios sobre los procesos de formalización ligados al desarrollo del lenguaje verbal y a otras formas de expresión (fórmulas, representaciones no verbales) en la organización de fenómenos (Guidoni, Balzano, Rangel), tanto como aquellas investigaciones realizadas sobre concepciones científicas y formas de razonar en ciencias (Guidoni, Vicentini, Besson). En conclusión, los estudios históricos de la física y la perspectiva fenomenológica para su enseñanza proporcionaron orientaciones conceptuales, pedagógicas y didácticas para la enseñanza de la termodinámica en el contexto de formación de profesores.

[cat] La investigació que es presenta a la memòria de Tesi Doctoral sorgeix en el context de la formació de professors de física motivada per la intencionalitat pedagògica de trobar orientacions per significar i afavorir l'estructuració i comprensió dels fenòmens físics per a ensenyament – aprenentatge de la física a mitjançant un acostament fenomenològic. És una investigació de tipus qualitatiu-descriptiu que parteix de constatar que en ensenyament de la física es continua assumint majoritàriament que el contingut conceptual de la ciència és estàndard, uniforme i estretament compartit per tota la comunitat científica, que es construeix per vies úniques, les quals representacions formals són universals, i on el treball del professor és transmetre'l sense qüestionaments. Tot i així, veiem com aquestes mirades coexisteixen amb un ampli nombre d'investigacions que exemplifiquen la diversitat d'estratègies a través de les quals s'ha desenvolupat el coneixement científic, les mirades contrastants en la manera de comprendre i produir fenòmens, i la creativitat de l'activitat científica en la producció i la validació d'aquest coneixement. Per tant, hem centrat la recerca en la identificació de trets o estratègies en la formació de conceptes a través d'un cas de la física que tracta de l'estudi dels fenòmens tèrmics, per tal de derivar-hi criteris pedagògics i didàctics per a l'ensenyament-aprenentatge de les ciències per al professorat. Ens vam apropar als estudis històrico-crítics i epistemològics de la ciència per tal de dissenyar i implementar una seqüència didàctica de termodinàmica adreçada a la formació del professorat universitari: professorat de física i de ciències que treballa a secundària. Ens hem proposat caracteritzar els processos de formalització implicats en la

conceptualització, modelització i teorització de les teories de la calor per a la proposta de la seqüència i descriure els desenvolupaments conceptuals elaborats per un grup de professors de l'Especialitat en Didàctica de les Ciències del Grau Bàsic i del Màster. en Docència de Ciències Naturals de la Universitat Pedagògica Nacional de Colòmbia quan s'utilitza la seqüència didàctica. Els fonaments que van formar part del nostre marc teòric són: en primer lloc, els estudis històrico-crítics de les ciències (Ayala) que ens van portar a l'anàlisi de processos de conceptualització en la història de les teories de la calor. En segon lloc, diversos estudis en el context de l'epistemologia i la filosofia de la ciència, els objectes d'estudi dels quals són: el coneixement científic, la funció i l'estructura de les teories científiques i més recentment el paper de les dades observacionals i l'experimentació en la producció d'explicacions i criteris de validació de la ciència, ens van conduir a adoptar la perspectiva fenomenològica de Maurice Merleau Ponty que entreteixim amb l'orientació fenomenològica de Paolo Guidoni i la seva escola. Influenciades per la visió d'aquests autors, generem un enfocament fenomenològic particular cap a l'ensenyament de les ciències i la investigació a l'aula. En tercer lloc, van aportar en la comprensió de processos cognitius, els estudis sobre l'organització conceptual (Piaget) i intersubjectiva (Vygotsky, Bruner, entre d'altres), i la noció dels camps conceptuals (Vergnaud) com a estructures organitzatives de la conceptualització en ciències. Així mateix, els estudis sobre els processos de formalització lligats al desenvolupament del llenguatge verbal i a altres formes d'expressió (fórmules, representacions no verbals) a l'organització de fenòmens (Guidoni, Balzano, Rangel), tant com aquelles investigacions realitzades sobre concepcions científiques i formes de raonar en ciències (Guidoni, Vicentini, Besson). En conclusió, els estudis històrics de la física i la perspectiva fenomenològica per a l'ensenyament van proporcionar orientacions conceptuals, pedagògiques i didàctiques per a l'ensenyament de la termodinàmica en el context de formació de professors.

[eng] The research presented in the doctoral thesis report arises in the context of the training of physics teachers motivated by the pedagogical intention to find guidelines to mean and promote the structuring and understanding of physical phenomena for the teaching-learning of physics by means of a phenomenological approach. This is a qualitative-descriptive type of research that starts from the observation that in physics teaching it is still mostly assumed that the conceptual content of science is standard, uniform and widely shared by the whole scientific community, that it is built by unique ways, whose formal representations are universal, and where the teacher's job is to transmit it without questioning. Even so, we see how these views coexist with a wide range of research that exemplifies the diversity of strategies through which scientific knowledge has developed, the contrasting views on the way in which phenomena are understood and produced, and the creativity of scientific activity in the production and validation of this knowledge. Therefore, we focused the research on identifying features or strategies in the formation of concepts through a case of physics that deals with the study of thermal phenomena, in order to derive from there pedagogical and didactic criteria for the teaching-learning of science for teachers. We approached the historical-critical and epistemological studies of science in order to design and implement a didactic sequence on thermodynamics aimed at university teacher training: physics and science teachers working in secondary education. We set out to characterise the formalisation processes involved in the conceptualisation, modelling and theorisation of heat theories for the proposal of the sequence and to describe the conceptual

developments elaborated by a group of teachers of the Specialisation in Science Teaching for the basic level and Master's Degree in Natural Sciences Teaching of the National Pedagogical University in Colombia when using the didactic sequence. The foundations that will form part of our theoretical framework are: firstly, the historical- critical studies of science (Ayala) that will lead us to the analysis of processes of conceptualisation in the history of theories of heat. Secondly, various studies in the context of epistemology and philosophy of science, the objects of study of which are: scientific knowledge, the function and structure of scientific theories and more recently the role of observational data and experimentation in the production of explanations and criteria for the validation of science, led us to adopt the phenomenological perspective of Maurice Merleau Ponty, which we intertwined with the phenomenological orientation of Paolo Guidoni and his school. Influenced by the vision of these authors, we generate a particular phenomenological approach to science teaching and research in the classroom. Thirdly, studies on conceptual organisation (Piaget) and intersubjective organisation (Vygotsky, Bruner, among others), and the notion of conceptual camps (Vergnaud) as organisational structures of conceptualisation in science contributed to the understanding of cognitive processes. Likewise, studies on the processes of formalisation linked to the development of verbal language and other forms of expression (formulas, non-verbal representations) in the organisation of phenomena (Guidoni, Balzano, Rangel), as well as research on scientific conceptions and ways of reasoning in science (Guidoni, Vicentini, Besson). In conclusion, the historical studies of physics and the phenomenological perspective for teaching will provide conceptual, pedagogical and didactic orientations for the teaching of thermodynamics in the context of teacher training.