Tema 1

Aquest és el primer tema del temari de Física i Química (590-007) i, no per casualitat, un dels més transversals: no tracta d'un contingut físic o químic concret, sinó de què és la ciència, com canvia, qui la fa i quines actituds fomenta. Constitueix la reflexió epistemològica de fons que dona sentit a tots els altres temes i que hui el currículum LOMLOE recull de forma explícita sota l'epígraf "la naturalesa de la ciència".

Per a un docent de secundària aquest tema és especialment rellevant: ensenyar ciència no és només transmetre un conjunt de resultats, sinó mostrar la ciència com una activitat humana, històrica i col·lectiva, amb un mètode rigorós però també amb incerteses, controvèrsies i condicionaments socials. Comprendre les principals concepcions de la ciència permet superar les visions deformades (dogmàtiques, individualistes o "receptàries") que l'alumnat —i de vegades també els llibres de text— arrosseguen.

1. Principals concepcions de la Ciència

La pregunta "què és la ciència?" no té una resposta única, i la seua anàlisi correspon a l'epistemologia o filosofia de la ciència. Al llarg de la història s'han succeït distintes concepcions sobre la naturalesa del coneixement científic i sobre el mètode que el caracteritza.

La concepció empirista i inductivista

La visió més antiga i encara més estesa entén que la ciència parteix de l'observació: el científic observa fets sense prejudicis, acumula dades i, per inducció, generalitza en forma de lleis. Aquesta imatge, heretada de l'empirisme de Francis Bacon (segle XVII) i desenvolupada pel positivisme d'Auguste Comte i, al segle XX, pel Cercle de Viena (positivisme lògic), presenta la ciència com un edifici segur construït des de baix, des dels fets.

La seua gran debilitat és l'anomenat problema de la inducció, plantejat per David Hume: cap nombre finit d'observacions justifica lògicament una llei universal. Que el sol haja eixit cada dia no demostra que eixirà demà. A més, no existeix observació "pura": tota observació està carregada de teoria (les mateixes dades s'interpreten de forma distinta segons el marc conceptual).

El mètode hipotètic-deductiu

Enfront de l'inductivisme ingenu, la concepció moderna reconeix el paper central de la hipòtesi i la creativitat. El mètode hipotètic-deductiu procedeix així: a partir d'un problema es formula una hipòtesi, d'ella es dedueixen conseqüències observables (prediccions) i es contrasten amb l'experiència. L'observació i l'experiment no originen la teoria, sinó que la posen a prova.

El falsacionisme de Popper

Karl Popper va proposar un gir decisiu: el criteri que distingeix la ciència de la no-ciència (el criteri de demarcació) no és la verificabilitat, sinó la falsabilitat. Una teoria és científica si pot ser, en principi, refutada per l'experiència; és a dir, si prohibeix alguna cosa, si arrisca prediccions que podrien resultar falses. La ciència avança per conjectures i refutacions: proposem teories audaces i les sotmetem a intents severs de falsació. Les que sobreviuen queden corroborades, mai definitivament provades. Les teories que "ho expliquen tot" (i per tant res prohibeixen) queden fora de l'àmbit científic.

Concepcions actuals

Hui predomina una visió més matisada i constructivista: la ciència és una construcció humana, temptativa i revisable, un model de la realitat que es perfecciona però que mai assoleix una veritat absoluta i definitiva. Se'n subratlla el caràcter social, històric i provisional, sense renunciar per això al seu rigor ni a la seua capacitat per a produir coneixement fiable i objectiu.

2. Els grans canvis: les revolucions científiques

Com canvia la ciència? La concepció tradicional era acumulativa: el coneixement creixeria sumant veritats a les ja establides, de forma lineal i contínua. Aquesta imatge va ser qüestionada al segle XX pels estudis històrics.

Thomas Kuhn i l'estructura de les revolucions

A L'estructura de les revolucions científiques (1962), Thomas Kuhn va proposar un model discontinu basat en el concepte de paradigma: el conjunt de teories, mètodes, valors i exemples compartits per una comunitat científica en una època. Kuhn descriu un cicle característic:

1. Ciència normal: els científics treballen dins del paradigma vigent, resolent "trencaclosques" (puzzles) sense qüestionar-ne els fonaments.
2. Anomalies: apareixen fets que el paradigma no aconsegueix explicar.
3. Crisi: quan les anomalies s'acumulen i resisteixen, la confiança en el paradigma s'esquerda.
4. Revolució científica: emergeix un nou paradigma que substitueix l'anterior.
5. S'inicia un nou període de ciència normal.

Kuhn va introduir la polèmica idea d'incommensurabilitat: paradigmes rivals no són plenament comparables perquè canvien el significat dels conceptes i fins i tot la forma de "veure" el món (de l'univers geocèntric a l'heliocèntric, del flogist a l'oxigen).

Lakatos i Feyerabend

Imre Lakatos va intentar reconciliar Popper i Kuhn amb els programes d'investigació científica: cada programa té un nucli ferm (hipòtesis centrals que no s'abandonen) protegit per un cinturó protector d'hipòtesis auxiliars, ajustables davant de les anomalies. Un programa és progressiu si prediu fets nous i regressiu si només es defensa ad hoc.

Paul Feyerabend, a l'extrem oposat, va defensar un anarquisme epistemològic ("anything goes", tot val): no existiria un mètode únic ni regles universals, i el progrés científic hauria avançat sovint violant-les. Encara que provocadora, la seua postura obliga a matisar qualsevol visió rígida del mètode.

En conjunt, aquestes aportacions mostren que els grans canvis de la ciència no són meres addicions, sinó reorganitzacions profundes de la manera d'entendre la naturalesa. Exemples paradigmàtics: la revolució copernicana, la síntesi newtoniana, la revolució química de Lavoisier i les revolucions relativista i quàntica del segle XX.

3. La ciència com un procés en contínua construcció: exemples en física i química

Que la ciència siga provisional i revisable no la debilita: la reforça. Les teories es construeixen, es corregeixen i s'integren en marcs més amplis. Dos exemples —un de química, un altre de física— ho il·lustren amb claredat.

Exemple en química: la revolució química i el model atòmic

Durant el segle XVIII, la combustió s'explicava mitjançant la teoria del flogist: els cossos combustibles alliberarien en cremar una substància imponderable. Antoine Lavoisier, amb una experimentació quantitativa sistemàtica i l'ús rigorós de la balança, va demostrar que la combustió és una combinació amb l'oxigen de l'aire i va establir la llei de conservació de la massa:

$$\sum m_{\text{reactius}} = \sum m_{\text{productes}}$$

Així, en escalfar mercuri en aire es forma òxid de mercuri, i la massa guanyada per el metall coincideix amb la massa d'oxigen consumida:

$$2\,\mathrm{Hg} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\,\mathrm{HgO}$$

Poc després, John Dalton (1808) va proposar la teoria atòmica, que explicava les lleis ponderals (conservació de Lavoisier, proporcions definides de Proust, proporcions múltiples). El model d'àtom va continuar construint-se durant més d'un segle: l'"esfera massissa" de Dalton va donar pas al model de Thomson (amb electrons), al nucli de Rutherford, al model de Bohr amb nivells quantitzats d'energia,

$$E_n = -\frac{13{,}6}{n^2}\ \mathrm{eV}$$

i finalment al model quàntic d'orbitals. Cada model no "va esborrar" l'anterior sense més: va incorporar el que aquell explicava bé i va superar-ne els límits. És la imatge mateixa d'una ciència en contínua construcció.

Exemple en física: de la mecànica clàssica a la relativitat

La mecànica de Newton va descriure durant més de dos segles el moviment amb un èxit extraordinari. A començaments del segle XX, però, van aparèixer anomalies (el resultat nul de l'experiment de Michelson-Morley, entre altres). El 1905 Albert Einstein va formular la relativitat especial, en què magnituds com el moment lineal o l'energia depenen del factor de Lorentz:

$$\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \dfrac{v^2}{c^2}}}, \qquad p = \gamma\,m\,v, \qquad E = \gamma\,m\,c^2$$

L'essencial, des del punt de vista epistemològic, és que la mecànica newtoniana no va ser simplement descartada: reapareix com el cas límit de la relativitat quan la velocitat és molt menor que la de la llum. En efecte, si $v \ll c$, aleshores $\gamma \to 1$ i es recuperen $p \approx m\,v$ i l'energia en repòs $E_0 = m\,c^2$. La teoria antiga queda continguda en la nova com a aproximació vàlida en el seu domini. Aquest principi de correspondència mostra com el coneixement científic progressa integrant i ampliant, no només negant.

4. Els científics i els seus condicionaments socials

La imatge del científic com a geni solitari que descobreix veritats en el seu laboratori aïllat del món és una caricatura. La ciència és una activitat social i institucional: es fa en comunitat, es comunica, es discuteix i es valida col·lectivament mitjançant la revisió per parells i la reproductibilitat.

Les normes de la comunitat científica

El sociòleg Robert Merton va descriure l'ethos de la ciència mitjançant quatre normes (de vegades resumides com a CUDOS): comunalisme (els resultats són patrimoni comú), universalisme (es jutgen per criteris impersonals, no per la persona que els proposa), desinterès i escepticisme organitzat. Des de la sociologia del coneixement, l'anomenat programa fort (Bloor i l'escola d' Edimburg) va anar més enllà en analitzar com també els factors socials influeixen en el contingut mateix de les teories.

Condicionaments històrics, polítics i econòmics

La ciència no es desenvolupa en el buit. Està condicionada per:

• El finançament i les prioritats econòmiques (qui paga, investiga què).
• El poder polític i la ideologia: el cas Lysenko a l'URSS, on motius ideològics van imposar una biologia errònia, és un exemple tràgic d' interferència; també la ciència al servei de la guerra (el Projecte Manhattan).
• Els prejudicis socials, inclosos els de gènere: figures com Marie Curie, Lise Meitner o Rosalind Franklin il·lustren tant l'excel·lència científica com les barreres i el reconeixement desigual que moltes dones van trobar.

Responsabilitat ètica

D'aquests condicionaments es deriva una dimensió ètica ineludible: els científics i les científiques són responsables de l'ús del seu coneixement (energia nuclear, enginyeria genètica, intel·ligència artificial, crisi climàtica). La ciència no és neutral en les seues aplicacions, i el seu ensenyament ha d'incloure la reflexió sobre les relacions ciència-tecnologia-societat-ambient (CTSA).

5. Les actituds científiques en la vida quotidiana

Més enllà dels seus continguts, la ciència promou una sèrie d'actituds i hàbits mentals que tenen valor molt més enllà del laboratori:

• Curiositat i disposició a preguntar-se el perquè de les coses.
• Rigor i honestedat en el maneig de dades i proves.
• Escepticisme raonable: no acceptar afirmacions sense evidència.
• Obertura mental i disposició a revisar les pròpies idees davant de noves proves.
• Objectivitat i respecte pels fets enfront dels prejudicis.

Aquestes actituds conformen el pensament crític i l'alfabetització científica que tota la ciutadania necessita. En la vida quotidiana permeten distingir la ciència de la pseudociència (aplicant, per exemple, el criteri de falsabilitat a l'astrologia, l'homeopatia o les teories conspiratives), avaluar la fiabilitat d'una notícia o una font, prendre decisions informades sobre la salut (vacunes, alimentació) o el medi ambient, i no deixar-se portar per bulos ni per arguments d'autoritat. En una societat saturada d' informació, formar persones amb actitud científica és formar ciutadania crítica i autònoma.

Aplicació didàctica

En el currículum LOMLOE (Real Decreto 217/2022 per a l'ESO i el seu equivalent per a Batxillerat), els continguts d'aquest tema no formen una unitat aïllada, sinó que recorren transversalment tota la matèria de Física i Química a través del saber bàsic "la naturalesa de la ciència" (o "destreses científiques"). Es busca que l'alumnat comprenga que la ciència és un cos de coneixement en construcció, provisional i humà.

Aquest tema és idoni per a desenvolupar la competència STEM —en particular els seus descriptors sobre l'ús del pensament científic i la valoració crítica de la ciència— junt amb la competència ciutadana (dimensió ètica i CTSA), la competència en comunicació lingüística (argumentació) i la competència digital (avaluació de fonts). L'ús de la història de la ciència com a recurs didàctic —analitzar com es va arribar a la teoria atòmica o a la conservació de la massa— és una estratègia molt eficaç per a mostrar la ciència com a procés.

Convé anticipar les concepcions alternatives freqüents sobre la mateixa naturalesa de la ciència: creure que la ciència demostra veritats absolutes i immutables; identificar el mètode científic amb una recepta única i rígida de passos fixos; imaginar el científic com un geni solitari i neutral; o confondre hipòtesi, llei i teoria (una teoria no és "una idea sense provar", sinó un marc explicatiu ben fonamentat). Plantejar situacions d'aprenentatge al voltant de controvèrsies (vacunes, canvi climàtic, pseudociències) i activitats de debat afavoreix tant la comprensió epistemològica com les actituds científiques que es persegueixen.

Conclusió

Aquest tema fixa els fonaments epistemològics de tota l'especialitat. Enfront de la visió ingènua d'una ciència purament inductiva i acumulativa, les aportacions de Popper, Kuhn, Lakatos o Feyerabend han mostrat una imatge més rica: la ciència avança per conjectures i refutacions i, de vegades, mitjançant revolucions que reorganitzen la manera d'entendre la naturalesa. Els exemples de la revolució química de Lavoisier, l'evolució del model atòmic i el pas de la mecànica clàssica a la relativista evidencien una ciència en contínua construcció, que integra i supera el coneixement previ. Reconèixer, a més, els seus condicionaments socials i cultivar les actituds científiques en la vida quotidiana no és un afegit accessori, sinó part essencial d'una educació científica que aspira a formar ciutadania crítica. Comprendre què és la ciència és la millor preparació per a ensenyar-la.