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Es una MASAAA….o varias?…De qué MASA ESTAMOS HABLANDO??

Es una Masa! es una expresión común en estos días. Mucho antes….de niños nos dicen que juguemos con la masa y hacemos lindas formas, luego ayudamos a mamá a preparar la masa para la pizza, en otro momento alguien advierte de un peligro porque un cable está haciendo masa….y así en nuestra vida aparece con variada presencia y significados la palabra masa.

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De repente, en las clases de Ciencias Naturales o de Física del Secundario, los profesores comienzan hablar de la masa. Pasamos de cursos y materias, y otros profesores siguen hablando de la masa.

MASA…Cantidad de materia?…Medida de la inercia de los cuerpos?…Coeficiente de proporcionalidad  característico de cada cuerpo?…Masa inercial?… Masa gravitatoria?…

Pero, si bien sospechamos que no lo hacen con el mismo significado en que la usamos en la vida cotidiana, pocas veces nos percatamos de las diferentes significaciones en que los profesores nos hablan de masa. Lo importante es: ¿los profesores se percatan que a lo largo de la secundaria hablan de Masa con distintas significaciones?. Una forma de reconocer las distintas formas en que los profesores de física hablamos de la masa, surge de la lectura del siguiente artículo.

Doménech, A. (1992). El concepto de masa en la Física clásica: aspectos históricos y didácticos. Enseñanza de las ciencias.10(2), 223-228. Disponible en: http://www.raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/39826

Para la formación del profesor en este tema, se sugiere las siguientes actividades:

1.a partir de la lectura de referencia, distinguir las distintas clasificaciones y significaciones de masa.

2. revisar qué concepto de masa se propia en el diseño curricular de Secundaria

3. revisar qué concepto de masa se presenta en libros de texto de ciencia de Secundaria

4. sacar conclusiones respecto a qué sucede con el aprendizaje del concepto de masa en el Secundario.

Se invita a compartir comentarios en relación con estas actividades.

Silvia (admin Hablarciencia.com)

 

 

 

 

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Silvia
Doctora en por la Universidad de Santiago de Compostela.
https://www.hablarciencia.com

One thought on “Es una MASAAA….o varias?…De qué MASA ESTAMOS HABLANDO??

  1. EL CONCEPTO DE MASA EN LAS CIENCIAS NATURALES
    DEL CURRÍCULUM AL AULA

    En la actualidad, cuando se piensa en la enseñanza de las ciencias naturales se entiende que se trata de un proceso de construcción entre el docente y los estudiantes. En este intercambio se ponen en juego un conjunto de saberes considerados como válidos y relevantes por la comunidad científica, que han sido desarrollados a lo largo de la historia. Sin embargo el conocimiento que se comparte con los estudiantes en el aula no es el conocimiento científico en su más fiel expresión. Este último sufre una serie de transformaciones desde que se genera en la comunidad científica hasta que efectivamente forma parte de una propuesta de aula en la que los actores interactúan con él de una manera distinta. La selección del conocimiento a ser enseñado en las aulas es un recorte del gran bagaje de conocimientos que integran el área de las ciencias naturales, en el que intervienen decisiones de índole político-ideológica que finalmente se plasman en el diseño curricular. Esta transposición del conocimiento científico continúa cuando el docente, desde sus propios marcos teóricos debe tomar decisiones acerca de cómo construir con sus estudiantes el conocimiento escolar (con características distintas al conocimiento científico). Dentro de la estructura conceptual de una determinada ciencia, existen conceptos denominados estructurantes que se utilizan para designar aquellas ideas que intervienen en la comprensión de todos los conocimientos del área y que además permiten establecer relaciones entre ellos (Espinoza, 2009). De esta manera puede observarse que la construcción de conceptos científicos reviste carácter de especial importancia para aquellos que se dedican a la enseñanza de las ciencias.
    Considerando el carácter dinámico de la ciencia y el rol que ocupan los conceptos científicos en determinadas leyes, modelos y teorías es de esperar que estos conceptos sufran modificaciones de acuerdo al paradigma en el que se encuentren insertos. En palabras de Domenech (1992) puede hablarse de la evolución de los conceptos científicos o bien de su multiplicidad en determinados paradigmas teóricos. Entendiendo que los estudiantes no necesariamente establecen de manera espontánea las relaciones entre los conceptos estructurantes y su evolución en el tiempo, el docente de ciencias debería cuestionarse acerca de la forma en que presenta el conocimiento científico y los consecuentes cambios de paradigma en que se insertan las definiciones enseñadas. Es de esperar entonces que para los estudiantes resulte confuso que una definición que se maneje en 3° año de escuela secundaria no sea la misma que la que se maneje en 6° año. El desafío del profesor aquí se encuentra en permitirle al estudiante reflexionar acerca de que en determinados momentos históricos de la ciencia imperaron distintas definiciones de conceptos, que no necesariamente conducen a inconsistencias, sino que constituyen distintos enfoques de un concepto que son complementarios entre sí. Para clasificar a las definiciones Domenech (1992) propone las ideas que se muestras en el cuadro 1.

    DEFINICIÓN DESCRIPCIÓN
    ONTOLÓGICA Consiste en una definición explícita a una pregunta determinada. Por ejemplo la definición propuesta para el concepto de masa en el Libro 1 de los Principia (Newton 1982) como «la cantidad de materia es la medida de la misma, surgida de su densidad y magnitud conjuntamente» supone una concepción ontológica de masa como una propiedad privilegiada y esencial de la materia.
    FUNCIONAL Supone una conexión directa con determinados fenómenos observables, en función de los cuales podrían expresarse sin conexión necesaria con un marco teórico concreto. Así por ejemplo, la definición de masa gravitatoria como propiedad responsable de la aparición de fuerzas gravitatorias entre los cuerpos supone implícita o explícitamente el empleo del concepto de fuerza.
    RELACIONAL y TRANSPOSICIONAL Si consideramos la segunda ley de Newton F=m.a la masa podría definirse como una constante de proporcionalidad que surge del cociente entre las fuerzas totales aplicadas sobre un sistema y las aceleraciones que experimenta. la relación F/a supone: a) independencia respecto al tipo de fuerzas empleadas, b) independencia de la masa con respecto a los valores de fuerzas y aceleraciones.
    OPERACIONAL En su versión extrema, las teorías físicas podrían expresarse exclusivamente en términos de enunciados sobre observaciones empíricas y deberían incluir únicamente magnitudes cuya definición pudiera realizarse en términos de procedimientos experimentales. Bajo un prisma operacional, la masa gravitatoria podría definirse escuetamente como «lo que mide una balanza»

    CUADRO 1. Tipos de definiciones en ciencias, extraído de Domenech (1992).
    A lo largo del trayecto en la educación formal primaria y secundaria el concepto de masa aparece en el diseño curricular como transversal a la enseñanza de las ciencias naturales. Sin embargo las definiciones que se introducen en los diferentes años de escolarización se modifican –sin previo aviso- al cambiar el paradigma teórico en el que se insertan. Por otro lado los libros escolares suelen adaptarse a la propuesta del diseño curricular y copian la forma en la que se presenta el conocimiento científico, por lo cual es de esperar que en los mismos se dé una situación similar. En el presente trabajo se clasifican, en base al cuadro 1, las definiciones del concepto de masa que aparecen en el diseño curricular de la provincia de buenos aires y en libros de texto para distintos años de escuela secundaria.

    EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE MASA EN LOS DIFERENTES NIVELES DE ESCUELA SECUNDARIA
    Para analizar los distintos significados que se le otorga al término masa, en primer lugar debemos recuperar en el contexto de qué teoría o modelo científico se presenta a la masa. En otras palabras, no se espera que en cada año de la escuela secundaria el diseño curricular recite una definición para la masa. Por el contrario el significado del término se construye en función de las relaciones que se establecen entre conceptos que se encuentran vinculados entre sí, por lo que el enfoque de la definición se desprende de analizar estas relaciones.
    En primer año en la asignatura Ciencias Naturales, el concepto de masa se encuentra involucrado en el eje “Los materiales y sus propiedades”. Algunos de los contenidos que se trabajan en este núcleo son “Propiedades de los materiales: organolépticas, físicas y químicas: color, olor, dureza, masa, volumen, solubilidad en distintos solventes, conductividad térmica y eléctrica. Determinación experimental de las mismas. Escalas de valores posibles.” No se hace referencia a la masa como concepto pero con respecto a la materia se afirma lo siguiente
    “En este núcleo se trata de profundizar en el estudio de la materia a partir de la introducción de la noción de propiedad cuantificable, comenzando por la observación de las características de los materiales y avanzando hacia la necesidad de cuantificar y medir los valores.”
    En este caso la materia aparecería de manera implícita como una propiedad de los cuerpos que puede ser mesurable de manera experimental y correspondería principalmente a una definición de tipo operacional. Esto resulta coherente pensando en el nivel de desarrollo operatorio de los estudiantes de primer año, donde se encuentran comenzando a desarrollar un pensamiento formal.
    En segundo año en la asignatura Ciencias Naturales, el concepto de masa se encuentra involucrado en el eje “Naturaleza corpuscular de la materia” donde se trabajan los siguientes contenidos “Estados de la materia. Organización de los tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Cambios de Estado. Fusión, solidificación, sublimación, volatilización, licuación, vaporización. El estado gaseoso. Caracterización del estado. Modelo cinético-molecular. Las variables que afectan el estudio del estado gaseoso: volumen, presión, temperatura y masa. Escala Kelvin. Las leyes experimentales sobre el estado gaseoso: Boyle-Mariotte, Charles y Gay-Lussac. Ecuación de estado para el gas ideal.” En relación con la materia el DC sostiene que
    “Con los contenidos de este núcleo se pretende introducir a los alumnos/as en la naturaleza corpuscular de la materia a partir del trabajo con las nociones de la teoría cinético-molecular. Al comprender a la materia como discreta, no continua, formada por partículas en movimiento, con una determinada energía, es posible reflexionar sobre la organización de las partículas en los diferentes estados de agregación.”
    El trabajo con las leyes de los gases introduce a los estudiantes a comenzar a trabajar con el modelo cinético molecular, para lo cual en primer lugar debe abordarse una concepción de materia discreta, formada por partículas que la ciencia ha denominado átomos. En este caso y, de manera implícita, se está construyendo por un lado una idea de masa como el conjunto de partículas que componen un cuerpo y por otro lado se hace necesario introducir la idea de vació como una región del espacio con ausencia de materia. Explicar fenómenos como los cambios de estado hace necesariamente alusión a una idea de materia discreta, lo que involucra una serie de modelos y teorías acerca de la composición de la materia, por lo que podríamos encuadrar esto dentro de una definición de tipo funcional.
    En tercer año en la asignatura Ciencias Naturales, el concepto de masa se encuentra involucrado en el eje “Estructura de la materia” donde se trabajan los contenidos “Partículas subatómicas: electrones, protones y neutrones. Niveles de energía electrónicos. Distribución de electrones por nivel. Tabla periódica. Estructura del núcleo. Número atómico y número de masa. Isótopos.” Algunas afirmaciones en las que aparece involucrada la masa son
    – El núcleo, constituido por protones y neutrones, concentra la carga positiva del átomo y casi toda su masa, y los electrones (de carga negativa) orbitan alrededor del mismo en niveles estacionarios de energía.
    – En esta línea es posible introducir el concepto de número de masa (A) como la suma de la cantidad de protones y neutrones en el núcleo atómico. De esta manera, se clasifican los átomos de acuerdo con su número atómico (Z) y su número másico (A) recordando entonces que el lugar en la tabla queda definido por el número atómico
    Luego de dos años de trabajar principalmente a nivel macroscópico (aunque con una primera aproximación a nivel micro en segundo año) los estudiantes se encontrarían en condiciones de desarrollo que permitirían introducirse de lleno en el estudio de los fenómenos naturales a nivel microscópico. Los conceptos que comienzan a manejarse son altamente abstractos y constituyen el parte del lenguaje científico propio del campo de la Química. Si antes la masa de un cuerpo era la suma de la masa de sus partículas, ahora se va más allá y se presenta el número másico como la suma de los protones y neutrones de su núcleo, lo cual correspondería a una definición de tipo ontológica.
    La asignatura Introducción a la Física se dicta en 4° año de escuela secundaria y es una materia común a todas las orientaciones. Si anteriormente era necesario pensar en profundidad acerca de cómo aparecía involucrada la masa en los contenidos a trabajar, el DC nos simplifica sobremanera la tarea. Los contenidos donde podría aparecer la masa pertenecen al eje La energía en el mundo cotidiano y son los siguientes “Diferentes formas de energía. La idea de energía asociada a diferentes maneras de generación y aprovechamiento de la misma. La energía en los distintos campos de la física: energía cinética, potencial. Fuentes energéticas. Órdenes de magnitud y unidades de energía involucradas en distintos procesos (nucleares, eléctricos, térmicos, y mecánicos). Potencia.”
    Con respecto a este eje el DC afirma que

    Al presentar distintos tipos de procesos, el docente retomará el tema de las distintas formas de energía que los estudiantes conocen e introducirá las fórmulas matemáticas para cuantificarlas en los casos en que sea posible, por ejemplo para energías cinéticas, potenciales, gravitatorias o energías elásticas.

    Obsérvese el cambio en el enfoque de análisis de los fenómenos naturales. Hasta el momento se trabajaba desde una perspectiva fisicoquímica, con características de ambas disciplinas. Se iba del nivel microscópico al macroscópico y viceversa. En el campo de la Física y en particular, en el campo de la mecánica clásica, el análisis es a nivel macroscópico y se asume un concepto de masa como una característica de los cuerpos (definición ontolóica). Sin embargo el diseño curricular sostiene que el docente debe introducir al estudiante en la cuantificación de las energías involucradas en diferentes procesos. Al considerar por ejemplo la energía cinética de un cuerpo en movimiento como E_C=1/2 m*v^2, puede observarse que la masa toma el lugar de una constante de proporcionalidad entre la energía cinética y la velocidad por lo que también estaríamos ante una definición de tipo funcional.
    En la asignatura Física de 5° año se corre el eje de la mecánica para introducirse en la otra gran rama de la física que es la que involucra los fenómenos electromagnéticos. Los ejes de trabajo son fuerzas eléctricas y magnéticas, las corrientes eléctricas y sus efectos y los fenómenos electromagnéticos entre los cuales se incluye la propagación de la luz. Aquí la masa como concepto estructurante disminuye significativamente su rol porque es de interés la naturaleza eléctrica y magnética de la materia y los conceptos ya no se hayan estrechamente vinculados como en el caso anterior. Por este motivo no es posible encuadrar el DC de 5° año de Física en una determinada concepción de masa.
    Para finalizar hemos llegado al último año de escuela secundaria. Física clásica y moderna se propone como integrar el conocimiento construido en los años anteriores para establecer el quiebre epistemológico que tiene lugar al surgir la física moderna como una alternativa a los limitados alcances de la mecánica newtoniana. A continuación mencionaremos algunos ejes de trabajo.
    En el núcleo Descripción de estados y movimientos los contenidos conceptuales a enseñar son “Centro de masa y centro de gravedad de cuerpos extensos. Cuerpos rígidos y deformables. Estado de deformación. Sistema del centro de masa. Descripción de los movimientos de un cuerpo rígido. Rotación y traslación.” Con respecto a este tema el DC sostiene que
    La noción de centro de masa (y de centro de gravedad) resulta útil para analizar el comportamiento de un cuerpo o un sistema de partículas. Se propone su abordaje, sin hacer un tratamiento matemáticamente extenso ni complejo del cálculo de la ubicación del centro de masa.

    El concepto de centro de masa, aparece como una modelización en el cuál podría considerarse que las fuerzas que se apliquen sobre un cuerpo se realizan sobre un espacio del cuerpo en el cual se concentra toda su masa, lo que corresponde a un enfoque de definición funcional de masa.

    En el núcleo Fuerzas, equilibrios y movimientos se estudian las “Fuerzas e interacciones sobre partículas. Efectos de las fuerzas. Condiciones de equilibrio. Leyes de Newton. Estudio de sistemas sencillos. Movimientos rectilíneos y curvilíneos. Fuerzas elásticas y oscilaciones.” Con respecto a esto el DC afirma que…

    “… si bien la ley de Newton F=ma reviste un importante carácter histórico, y desde ese punto de vista resulta apropiado su estudio, no es menos cierto que sus implicaciones solo son válidas para cuerpos puntuales y algunos casos particulares de sólidos rígidos”

    En este caso la masa se encuentra involucrada en la segunda ley de Newton y se hace mención a ella como una constante de proporcionalidad entre la suma de las fuerzas aplicadas a un cuerpo y la aceleración que experimenta, lo cual de acuerdo al criterio adoptado en este trabajo consiste en una definición de tipo relacional/trasposicional.
    En el eje correspondiente a la física moderna el núcleo de trabajo es La unificación de las fuerzas. Aquí los contenidos conceptuales a trabajar son “Las fuerzas en la naturaleza. Las cuatro interacciones fundamentales. Campos y partículas. Noción de partículas mediadoras. La unificación electro-débil. La gran unificación.”.
    “… al referirnos a los campos se mencionó la capacidad de los mismos para interactuar solo con determinados objetos (los que tienen carga, con el eléctrico; los que tienen masa, con el gravitatorio; etc.). Se puede introducir la idea de campo como mediador de interacciones y la noción moderna de partícula mediadora de campo: fotón, mesón, entre otros. En lo que respecta a la unificación, solo se la describirá en sus aspectos generales, sin dejar de reflexionar sobre algunas cuestiones llamativas (por ejemplo, la postulación y posterior descubrimiento de partículas que surgen de una especulación teórica como los mesones).”
    La física moderna como una rama de la física que aún hoy continúa consolidándose da lugar a la reflexión acerca de la construcción del conocimiento científico en la actualidad. Existen una gran cantidad de conceptos que continúan definiéndose en el seno de las teorías científicas modernas, los mesones son un ejemplo de esto. La masa aquí aparece aún más implícita que anteriormente. Sin embargo el surgimiento de nuevas partículas y, por lo tanto, nuevas formas de materia para completar un modelo involucra una determinada noción de masa. Más aún, como se trata de una entidad teórica donde la existencia de estas partículas no dan cuenta de resultados experimentales ni de la observación, resulta difícil encuadrar con seguridad esta última noción dentro de alguno de los criterios adoptados.

    EL CONCEPTO DE MASA EN LOS LIBROS DE TEXTO DE ESCUELA SECUNDARIA
    En el diseño curricular se implementan las políticas educativas que constituyen las decisiones acerca del conocimiento que debe circular prescriptivamente en el sistema educativo. Es decir, el docente cuenta con los contenidos (al menos los conceptuales) que necesariamente los estudiantes deben aprender durante su paso por cada año de escolarización. Los recursos que un profesor utiliza para sus clases pueden ser variados, sin embargo en este caso interesan particularmente los libros de texto escolares. Este material por lo general contiene el soporte conceptual sobre el que se desarrollan los temas y sirve como guía para el estudiante. Claramente las editoriales se ajustan a lo que propone desarrollar el diseño curricular y en base a eso establecen sus propuestas para los docentes. En este apartado brevemente se analizarán algunas líneas de diferentes textos escolares donde intervenga el concepto de masa (como hicimos con el DC) y en caso de ser posible, la clasificaremos con el criterio adoptado para tal fin.
    FISICA Y QUÍMICA: Intercambios de energía. Estructura y transformaciones de la materia. Editorial Nuevamente SANTILLANA (2008).
    Al iniciarse en el estudio de los primeros modelos atómicos, la introducción al tema surge desde una perspectiva de evolución histórica acerca de la problemática que la ciencia intentaba resolver a mediados del siglo 18. Desde el primer modelo atómico de Dalton hasta el modelo de Bohr, el átomo como entidad abstracta y teórica sufrió grandes cambios y generó un gran número de conceptos para llamar a diferentes surgimientos en el contexto de la teoría atómica. De la mano del número másico surge la masa atómica relativa donde el libro afirma que
    “Es importante que no confundas el concepto de número másico con la masa de un átomo. Cuando hablamos de la masa nos referimos a la cantidad de materia que posee un átomo, de cuanto “pesa” ”.
    Desde esta definición puede observarse que se propicia una concepción operacional de la masa, como algo que sencillamente es mesurable.
    FISICA: La energía en el mundo cotidiano y en el universo físico. Energías eléctrica y térmica. Termodinámica. Editorial Saber es Clave SANTILLANA (2010).
    Al abordar la energía mecánica y en particular, la energía cinética, necesariamente se introduce el concepto de masa. Con respecto a este último, en la página 30 del mencionado libro se afirma lo siguiente
    “… en la determinación de la energía cinética influye la masa de cuerpo, que es una magnitud relacionada con la cantidad de materia del cuerpo. Si se trata de dos cuerpos que se mueven con la misma rapidez, la energía cinética es directamente proporcional a su masa y, por el contrario si se trata de dos cuerpos con la misma masa, la energía cinética es proporcional a la rapidez elevada al cuadrado como muestra la ecuación E_C=1/2 m*v^2”
    En este caso se da una definición de masa y se la relaciona con otras magnitudes, por lo que hablaríamos de una definición de tipo ontológica y relacional/trasposicional.
    FÍSICA CONCEPTUAL (1995). Paul G. Hewitt. Editorial ADDISON-WESLEY iberoamericana.
    En el capítulo en el que se presenta la primera ley del movimiento de Newton, se afirma que
    “La cantidad de inercia de un objeto depende de su masa, es decir, de la cantidad de materia de un objeto. Cuanta más masa tenga un objeto, mayor será la fuerza necesaria para cambiar su estado de movimiento. La masa es una medida de la inercia de un objeto.”
    Esta definición supone una conexión directa con determinados fenómenos observables, en función de los cuales podrían expresarse sin conexión necesaria con un marco teórico concreto, por lo cual podemos enmarcarla dentro de una definición de tipo funcional.

    ¿DE CUÁNTAS MASAS HABLAMOS?
    A lo largo del análisis hemos podido observar que se presentan en un mismo nivel de escolaridad inclusive varios tipos de definiciones que coexisten dentro de la propuesta de presentación del contenido científico por parte del diseño curricular. Lo que en algún momento denominamos masa como la cantidad de materia que tiene un cuerpo, en otro paradigma teórico puede concebirse como la cantidad de átomos que posee un cuerpo. Dentro de la mecánica Newtoniana también puede interpretarse como la resistencia de un cuerpo a cambiar su estado de movimiento y también como la constante de proporcionalidad en la ecuación F=m.a.
    Todas estas definiciones no son contradictorias entre sí, de hecho son complementarias y se usan de manera discreta de acuerdo al paradigma teórico en que se inscribe cada concepto. Es decir, si bien es correcto pensar que la masa se encuentra relacionada con la cantidad de átomos que componen un cuerpo, en el contexto del estudio de la caída de los cuerpos adquiere más sentido hablar de la resistencia de un cuerpo a cambiar su estado de movimiento.
    Ciertamente familiarizarse con el lenguaje científico es una de las dificultades que predominan con mayor preponderancia en el aprendizaje de las ciencias. Aún más si los cambios en niveles de definición se realizan de manera muchas veces implícita y sin ninguna advertencia. Sin embargo es factible aprovechar esta oportunidad para enseñar no solo contenidos científicos sino también acerca de la epistemología e historia de las ciencias, entendiendo que los conceptos científicos necesariamente corresponden con un determinado momento histórico, político y social. Hacer al estudiante consciente de los cambios en los tipos de definiciones que se manejan y enmarcarlos en la teoría en la que se encuentran insertos también es enseñar Física y, de hecho, podría incluso generar una motivación extra al encontrar una conexión con personas reales que pensaron e intentaron comprender los fenómenos naturales.

    BIBLIOGRAFÍA
    Doménech, A. (1992). El concepto de masa en la física clásica: aspectos históricos y didácticos. Enseñanza de las Ciencias, 1992, 10 (2), 223-228
    Espinoza, A.; Casamajor, A y Egle, P. (2009). Enseñar a leer textos de ciencias. Paidós. Argentina
    Diseños curriculares para asignaturas de educación secundaria básica y superior disponibles digitalmente en: http://servicios2.abc.gov.ar/lainstitucion/organismos/consejogeneral/disenioscurriculares/

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