¿Qué se puede hacer para mejorar la enseñanza de la Física en todos los niveles educativos?
Los físicos Luis Lascano Lascano PhD y César Costa Vera PhD, miembros del Departamento de Física de la Escuela Politécnica Nacional responden:

El físico francés Jean Levy Leblond decía que «la Física que se enseña difiere de la que se hace como un tratado de gramática difiere de una novela», y es una afirmación perfectamente aplicable a nuestro medio. Desde hace varios años se ha puesto en discusión el problema de la enseñanza – aprendizaje de la Física, y no son pocos los debates y las propuestas de solución.

Pero, ¿por qué hay un problema de este tipo? Veamos: si se considera la educación secundaria en general (hay casos excepcionales), es muy claro que los estudiantes en gran parte ven a la Física como una asignatura difícil y, contradictoriamente, a veces «aburrida». Contradictoriamente, porque siendo la Física la ciencia que estudia la naturaleza, es evidente que está en nuestra cotidianidad, en cada actividad que realizamos, en cada acción que miramos y en cada suceso que observamos. ¿Qué está ocurriendo?, la respuesta no es obvia, pero algunos hechos clarifican las causas de los síntomas anotados.

Un hecho reside en que, si bien el programa del Ministerio de Educación tiene un programa de estudios aceptable en términos de contenidos, no siempre se lo cumple en las aulas de clase. La mayor parte del tiempo se ocupa en la Mecánica (clásica o Newtoniana) y, peor aún, gran parte de este tiempo dedicado a la Mecánica se llevan los tan comentados «vectores». Muchos jóvenes confunden la Física con los vectores, creen que son lo mismo, confusión alarmante por decir lo menos. Más aún, muchas veces se piensa que al dar a profundidad los vectores damos una «mejor Física», y se ha llegado al extremo de haber creado la muy difundida «Física Vectorial», algo que simplemente no existe. No existe porque, en primer lugar, el Análisis Vectorial es parte de la Matemática, y la Física hace uso de la Matemática que, como decía Galileo, «es el lenguaje de la Naturaleza». En segundo lugar, la Física utiliza en sus formulaciones tanto los vectores como los escalares, los tensores, las funciones, etc. De existir una física vectorial, también debería existir una escalar, otra tensorial, etc., todo lo cual es absurdo. Esto demuestra también de manera indirecta, y lamentable, que gran parte de los profesores de física no conocen todos los contenidos básicos de la física. No están formados en los temas de la física moderna, ni tienen una visión amplia y generalizada de los alcances de las ciencias físicas actuales, ni de su interrelación con otras ciencias o peor con la problemática actual en medio ambiente, salud, información, comunicaciones, energía, computación, etc. Este es un problema serio que debe resolverse directamente.

Otro hecho fácil de constatar es que la Física que se presenta suele ser únicamente de pizarrón, sin experimentos de ningún tipo. En la educación secundaria debe enseñarse una física básica, sin mayor formalización, pero con un carácter profundamente conceptual. Está demostrado, y así se hace en países avanzados, que la física solamente se puede enseñar con la inclusión de un gran número de experimentos y demostraciones que validen los principios básicos, y que marquen los límites de validez y los alcances de las teorías fincas.

La Física es una teoría con una estructura que se sostiene en pocas leyes o principios, pero estas leyes relacionan conceptos con significados claros y precisos, y normalmente están acompañados de una fortísima componente intuitiva. Si los conceptos no son bien comprendidos y la intuición correctamente desarrollada, mal pueden entenderse y utilizarse las leyes. El experimento posibilita, además de la observación y manipulación directas, la reflexión y la constatación de que una teoría es una extrapolación de hechos observados sistematizados en un proceso de abstracción y de modelización.

Es necesario entender los principios antes que las fórmulas. No hay escape, si uno quiere crear y no repetir o copiar… El gran físico James Maxwell decía muy claramente en 1860 que «…los principios son fértiles en resultados, mientras que los resultados por sí mismos son estériles. Quien se aprende una fórmula se halla a merced de su memoria; pero aquel que domina un principio puede mantener su cabeza libre deformadas, pues sabe que puede fabricar las que le hagan falta, en el momento en que quiera.»

Muchas propuestas de solución al problema de enseñanza – aprendizaje hacen énfasis en el aspecto pedagógico, e incluso otras solamente consideran este aspecto. El profesor Emilio Uzcátegui, ya fallecido, en una conferencia decía que la relación cuantitativa entre los conocimientos y la pedagogía depende del nivel de instrucción. El porcentaje pedagógico va disminuyendo en relación al de conocimientos a medida que sube el nivel de la educación. Es decir, en la educación primaria es alto el componente pedagógico o de presentación, en la educación media debe haber un cierto equilibrio y, en el nivel universitario es preponderante el grado de conocimientos, o contenido. Es claro, ade¬más, que aunque el énfasis es pedagógico en la primaria, los contenidos en física y en las otras ciencias deben estar presentes de manera muy sustancial desde esa época de la vida. Se dice que la mejor edad para empezar a enfrentarse a las ciencias está entre los 10 y los 14 años. Nuestros chicos empiezan en la mayoría de casos demasiado tarde.

Es bastante evidente que en la educación media no existe un equilibrio y que hace falta un mejoramiento en el nivel de conocimientos, mas no necesariamente en el aspecto pedagógico. Las facultades de formación de profesores secundarios han sufrido un continuo retroceso en todo el país, se han politizado sin remedio, y en ciertos casos hasta se han cerrado. Y es muy conocido que en dichas facultades no se cubren todos los contenidos de una física general actualizada y mínima. Esta es la causa de que en los colegios la enseñanza de la física se limite prácticamente a la Mecánica y a algo de la Electricidad. La capacitación sostenida de nuestros profesores secundarios, los formadores de nuestros hijos, en la física y la ciencia contemporáneas es una necesidad imperativa e impostergable.

En la enseñanza universitaria el aspecto pedagógico disminuye en importancia. No debe olvidarse que el estudiante universitario debe ser uno que estudia y se autoforma con la guía del profesor. Sin embargo, en los últimos años se observa una considerable oferta de cursos o programas de formación de «especialistas en educación superior», los cuales dejan de lado los conocimientos en sí mismos, sacrificándolos ante los métodos didácticos y las técnicas de enseñanza (donde de manera paradójica no aparecen las técnicas experimentales). La didáctica sirve de muy poco si los conocimientos son limitados. En rigor, una propuesta seria de mejoramiento de la enseñanza científica en la universidad debe impulsar la investigación. Las universidades que merecen llamarse tales, no deben tan sólo transmitir conocimientos, sino también generarlos y, además, deben coadyuvar a crear la necesaria cultura científica – tecnológica, dentro del marco cultural e intelectual general de la sociedad. Mucho se beneficia la docencia al contar con profesores que al mismo tiempo participan en proyectos de investigación, porque enseñan apoyados en la experiencia directa, y presentan al estudiante los problemas no resueltos, los límites de las teorías, dejando así inquietudes y ventanas abiertas.

En cualquier caso, al enseñar física son importantes tanto los contenidos como dejar entrever al estudiante el denominado método científico, aquel proceso antes descrito de observar, abstraer, modelar y experimentar. Sólo gracias al método científico introducido por Galileo Galilei, la ciencia y nuestra sociedad en general han podido avanzar hasta como la conocemos actualmente.

Luis Lascano Lascano PhD y César Costa Vera PhD, miembros del Departamento de Física de la Escuela Politécnica Nacional, publicaron esta respuesta en diciembre de 2005, en la Revista del CONESUP

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PD: El licenciado Wilson Zapata Bustamante era el periodista responsable de la Revista del CONESUP

Los físicos Luis Lascano Lascano PhD y César Costa Vera PhD, miembros del Departamento de Física de la Escuela Politécnica Nacional responden:

La física es una descripción cuantitativa de la naturaleza, y en tanto en cuanto trata de hacer avances progresivos hacia una descripción cada vez mejor de la realidad, necesariamente dicha descripción es aproximada en cada paso intermedio. ¿Por qué? Porque la comprensión de un fenómeno real, o problema físico, tiene típicamente tantos aspectos y «variables» involucradas que, al intentar modelarlo matemáticamente para cuantificarlo (etapa de abstracción) es necesario restringirse a los aspectos más básicos y fundamentales, sin considerar necesariamente todas y cada una de las posibles variables. Esto implica un proceso de depuración donde hay que determinar a aquellas variables o parámetros preponderantes, y separarlas de aquellos que pueden obviarse sin perder el fenómeno estudiado. Desde luego, la descripción de los fenómenos, o más en general, la adquisición de una imagen de la naturaleza a través de la Ciencia, avanza en aproximaciones sucesivas, cada vez mejores y más precisas. La concreción matemática de un modelo o de una imagen genera a su vez un problema, cuya solución puede o no ser obtenida de forma exacta (o analítica).

En el paso más importante del método científico, ha de verificarse si la solución obtenida realmente describe al experimento o fenómeno real, dentro de la aproximación escogida. En este punto la mayoría de los modelos cae sin remedio. En cualquier caso, es claro que la modelización que realiza la física teórica juega mucho con la aproximación. El físico español Fernando Sois lo dice claramente, «la física teórica se podría definir como el arte de aproximar».

Es importante recalcar que no es necesariamente solo una herramienta de cuantificación, sino que en muchos casos constituye la imagen misma de la naturaleza que tenemos en un momento histórico concreto. Así ocurre por supuesto con la Teoría de la Relatividad de Einstein, o la Mecánica Cuántica o, en otros ámbitos, con la neosíntesis de la Teoría de la Evolución de Darwin.

Una buena formación en física (y en las ciencias en general) debe permitir, entonces, que el estudiante se adiestre repetidamente en la observación de la realidad, en el proceso de abstracción y en la interpretación de la validez de los modelos resultantes, dentro del marco que impone la imagen de la realidad con la que contamos. Debe armarse al estudiante con la capacidad crítica suficiente para determinar los límites de validez de sus modelos e hipótesis, con la confianza y creatividad suficientes para extrapolar y determinar analogías en diferentes contextos, y con la formalidad necesaria para definir concretamente los límites de sus conclusiones. Típicamente, los estudiantes de física se apropian también de un sentido muy especial de la estética y de la belleza, que se suma a las múltiples componentes de una formación intelectual amplia.

Luis Lascano Lascano PhD y César Costa Vera PhD, miembros del Departamento de Física de la Escuela Politécnica Nacional, publicaron esta respuesta en diciembre de 2005, en la Revista del CONESUP.

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PD: Wilson Zapata Bustamate era el periodista resposable de la Revista del CONESUP