La Caja Negra

THE
Journal of
Materials
Education
Journal of Materials Education
Universidad Autónoma del Estado de México
MÉXICO
vsm@uaemex.mx
University of North Texas
U.S.A
jaclum@facstaff.wisc.edu
ISSN: 0738-7989
2000
Mike Meier
LA CAJA NEGRA
Journal of Materials Education, año/vol. 22, número 004-006
Universidad Autónoma del Estado de México
Toluca, México
University of North Texas
Denton, U.S.A
pp. 167-170
Journal of Materials Education, Edición en Español Vol. 22 (4-6): 167-170
LA CAJA NEGRA
Mike Meier
Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of California, Davis, CA
95616, USA.
RESUMEN
Este experimento explora un número de aspectos básicos de “hacer ciencia”. Involucra una
pregunta básica con respecto a un objeto que no puede ser directamente detectado y se encuentra en
una caja negra. Los estudiantes deben diseñar experimentos que les ayuden a entender lo que es el
objeto. Una vez que los estudiantes hayan llegado a una teoría sobre lo que es el objeto, deben
entonces escribir sus propios ensayos y prepararse para recibir las críticas de sus colegas sobre sus
trabajos y debatir sus hallazgos.
Palabras clave: teoría; hipótesis; método científico.
Prerequisitos de Conocimiento: ninguno
OBJETIVO
INTRODUCCIÓN
En este experimento se entrega al estudiante
una caja negra cerrada y sellada que contiene
uno o más objetos pequeños. La meta
inmediata es identificar lo que se encuentra
dentro de la caja. La meta final es lograr que un
colega esté de acuerdo. El objetivo en general
es aprender algo acerca de la ciencia e iniciar
una discusión sobre la naturaleza de la ciencia.
La meta de la ciencia es la adquisición de
nuevo conocimiento. Pero hay reglas que
tienden a hacer que la ciencia parezca fría e
impersonal, y un proceso que la hace un campo
aburrido de intelectuales. Pero para aquellos
que practican la ciencia, ésta es una serie de
rompecabezas
que
hay
que
formar,
descubrimientos que resolver y una gran
búsqueda para entender nuestro universo. Este
experimento está diseñado para dar una
introducción a las reglas y al proceso, y para
dar una idea de lo que es participar en una
búsqueda. Los libros enlistados en las
referencias ofrecen perspectivas adicionales,
tanto divertidas como muy serias sobre las
metas, la naturaleza y los temas que confrontan
a la ciencia.
EQUIPO Y MATERIALES
1. Cajas negras (Radio Shack partes 270-1807)
2. Objetos sencillos para colocar dentro de las
cajas, tales como tuercas, pernos, pelotas de
ping-pong, ramas pequeñas, dados, pedazos
de madera, monedas, pelotas de hule.
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Meier
La ciencia es una actividad social practicada
por individuos, grupos y naciones. Es
esencialmente un debate en el cual las teorías,
hipótesis,
experimentos,
observaciones
objetivas y las cosas que la gente asocia con la
ciencia, son meramente elementos; y un debate
es muy demandante, con reglas difíciles y
requerimientos estrictos: una lógica rigurosa,
hipótesis comprobables y más que otra cosa,
que usted puede respaldar sus observaciones
con evidencia pura.
Puede parecer que hay diferentes tipos de
ciencia. En algunos campos, la cosa que se
estudia puede sostenerse en la mano, manejada
y moldeada, y desarmada dentro de un
laboratorio. En otros casos el objeto puede
estar a un trillón de millas de distancia y a
billones de años en el pasado. En geología, la
misma tierra es el espécimen y los procesos
que se estudian pueden requerir desde
segundos hasta eónes para llegar a su término.
Dentro de las ciencias sociales los
“especimenes” son tan complejos que parece
improbable que pudieran alguna vez disfrutar
el nivel de éxito que tienen las ciencias físicas.
Algunas ciencias son conducidas con base en
datos, otras por teorías. Algunas ciencias son
altamente cuantitativas, y otras en su mayoría
cualitativas. Aún más, las herramientas y los
métodos que los científicos utilizan pueden ser
tan exclusivos como cualquier investigador, y
según el campo que estudie.
El Método Experimental
Uno pudiera decir que la ciencia es el producto
del método experimental, es decir el proceso de
aislamiento de variables importantes para el
estudio y la investigación de la relación de
cada variable con el fenómeno en estudio. Ésta
es ciertamente una de las herramientas
principales de los científicos y nos ha proveído
de teorías que pueden explicar la naturaleza de
cosas extraordinarias que vemos en la vida
cotidiana. Existen objetos que nunca podremos
detectar con nuestros cinco sentidos, sin
embargo las teorías acerca de su existencia son
tan convincentes, tan bien explicadas que
llegamos a verlos como objetos ordinarios
utilizados en nuestra vida diaria.
La Teoría Científica
El producto de la ciencia es la teoría científica.
Una teoría es una declaración que trata de
explicar la naturaleza de algo. Es el producto
final de una serie de pruebas llevadas a cabo
para comprobar o refutar declaraciones
generales, o proposiciones (hipótesis). No es,
como mucha gente tiende a pensar, una
conjetura.
La mayoría de los científicos están de acuerdo
que para que se considere a la teoría como
científica
debe
tener
las
siguientes
características:
• Falsificable, refutable o comprobable
• Apoyada por la evidencia
• Presentar predicciones
Además de definir a la teoría científica, estos
tres requerimientos imponen restricciones
sobre las cosas que pueden ser investigadas
científicamente. Muchas preguntas simplemente
no pueden ser contestadas por medio de las
investigaciones científicas.
El Método Científico
A muchos de nosotros se nos enseñó que el
método científico requiere de lo siguiente:
•
•
•
•
•
Seleccionar algo de la naturaleza para su
estudio
Desarrollar hipótesis acerca de cómo
funciona o cómo se relaciona con otros
objetos
Perseguir a esa hipótesis hasta que
produzca
resultados
exclusivos
y
predicciones comprobables
Probar las hipótesis
Repetir, refinando la hipótesis hasta que se
pueda formular una teoría.
En la práctica, el método actual de llevar a
cabo el trabajo científico no es tan nítido y
ordenado como el descrito anteriormente.
Mientras que el proceso de adquirir este nuevo
conocimiento casi siempre requiere de cuidado
y de esfuerzos enfocados, los descubrimientos
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científicos también pueden requerir de la suerte
y hasta de los accidentes fortuitos, o de una
forma única de ver las cosas. Así que mientras
parezca ser una gran aventura personal se
convierte en un debate público cuando se da a
conocer.
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abrirla, puede utilizar cualquier herramienta e
instrumento en el laboratorio que le ayude a
recolectar la información que necesita para
poder realizar una declaración final y definitiva
sobre lo que es el objeto.
Resultados
La Publicación Científica
La apariencia de orden en el método científico
se debe a ensayos científicos publicados. En
éstas se describen la evidencia, los métodos y
observaciones de una manera clara, concisa y
lógica para producir así una sólido argumento
que apoye a las conclusiones. En estos ensayos
se describen los accidentes, los caminos sin
salida y los errores primarios que no produjeron
resultados. La publicación científica también
tiende a hacer que la ciencia parezca fría, seca
e impersonal.
Pero como se mencionó anteriormente,
practicar la ciencia no es frío, ni seco ni
impersonal, y los científicos tampoco lo son,
sin embargo los resultados deben serlo.
Cada autor está al tanto de que la publicación
no es un anuncio de sus nuevos descubrimientos,
sino que es también una invitación para sus
pares a la crítica del trabajo. Y ellos lo harán.
No es divertido que la teoría de uno, el
producto de horas (o años) de trabajo, caiga en
llamas en la arena pública. Pero cuando sucede
es necesario y saludable. Y recuerde, la
responsabilidad de la prueba está siempre con
el autor, un hecho que hace que la práctica de
la ciencia sea tan difícil y demandante y al
mismo tiempo tan satisfactoria.
PROCEDIMIENTO
Pruebas
Examine la caja. Descubra lo que pueda acerca
de la caja y entonces piense en formas para
determinar lo que hay dentro. Una vez que
haya hecho algunas observaciones podrá
formular una hipótesis inicial. Con más
pruebas podrá refinar su hipótesis hasta que
haya aprendido tanto como pueda acerca del
objeto en la caja. Mientras que no se le permita
¿Qué indican sus pruebas con respecto a la
masa, tamaño, forma, material y otras
propiedades del objeto en su caja negra? ¿Qué
le dicen sus pruebas acerca de la misma caja
negra? ¿Qué piensa que sea el objeto?
Reporte
Ahora que usted ha decidido lo que
probablemente es el objeto, necesitará escribir
un reporte formal que le diga a sus compañeros
acerca de la investigación y de cómo usted
determinó lo que es el objeto. Antes de que
comience a escribir, revise la meta del
experimento. Un objetivo bien pensado y
estipulado es esencial para el proceso de
escritura y para la compresión del lector de su
reporte. Enseguida, revise cada una de las
pruebas que llevó a cabo, así como la
información que obtuvo de cada una de ellas.
Utilizando esta información, desarrolle un
argumento para la conclusión que realizará.
Finalmente, mencione claramente lo que usted
piensa que es el objeto. Ahora escríbalo.
Revisión por Colegas
Comparta su reporte con sus colegas. Présteles
su caja y observe como hacen los mismos
experimentos que usted llevó a cabo utilizando
el reporte como guía. O quizá ellos usarán las
mismas técnicas que utilizaron al estudiar sus
propias cajas negras y podrán enseñarle algo
nuevo acerca de su objeto misterioso. Si sus
colegas están de acuerdo con usted, es
reconfortante, sin embargo aún queda cierta
incertidumbre con respecto a lo que el objeto u
objetos son realmente. Esa es una de las
características de las mejores teorías. Si por
otro lado, alguien no está de acuerdo y puede
mostrarle buena evidencia contraria a sus
descubrimientos, errores en su lógica, o puede
ofrecer una explicación alternativa consistente
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con sus observaciones, es ahí cuando la
diversión realmente comienza.
COMENTARIOS
Nuestros estudiantes parecen disfrutar este
experimento. Después de sacudir y golpear
ligeramente la caja, ellos se interesan en
descubrir lo que está en su interior. Sin
embargo, su humor cambia al recordarles que
tienen que escribir sus descubrimientos.
Comienzan a tomar notas y empiezan a ser un
poco más sistemáticos en su investigación. En
este punto me gustaría señalar que muchas
investigaciones inician al sacudir, golpear
ligeramente y simplemente probar diferentes
cosas en un esfuerzo para tratar de tomar
control sobre el problema.
Después de que los estudiantes entregan sus
reportes, les pregunto si su ensayo sobre el
experimento presenta los procedimientos,
resultados y explicaciones de manera clara,
concisa y lógica, y si muestran un caso
convincente de lo que piensa el estudiante que
es el objeto. La respuesta usualmente es que sí,
o algo cercano a sí. Entonces les pregunto si su
reporte describe atinadamente cómo se llevó a
cabo el estudio. La respuesta es usualmente no.
2. J. Hatton y P. B. Plouffe, Science and its
Ways of Knowing, Prentice Hall, New
Jersey (1997).
3. Cromer, Uncommon Sense,
University Press, Inc. (1993).
Oxford
4. K. Dewdney, Yes. We Have no Neutrons,
John Wiley y Sons, Inc., Nueva York
(1977).
5. W. Hartston, Drunken Goldfish and Other
Irrelevant Scientific Research, Sterling
Publishing Co, Inc., Nueva York (1988).
6. F. Balibar, The Science of Crystals,
McGraw-Hill, New York, (1993). [La
introducción por Dominique Lecourt, es
particularmente interesante]
7. P. Gross y N. Levitt, Higher Superstition,
The Johns Hopkins Academic Press,
Boston (1994).
8. H. Shapley, S. Rapport, H. Wright eds., A
Treasury of Science, Spencer Press, Inc.,
Chicago (1954).
A menudo concluimos que hay varias
dimensiones para practicar la ciencia y que el
producto final puede verse más ordenado,
limpio, impersonal y aún más aburrido de lo
que actualmente sucedió. Eventualmente
podríamos hablar acerca de lo importante que
es conocer lo más posible acerca del objeto
antes de iniciar su estudio, pero al mismo
tiempo saber como aquellos objetos que se nos
hacen únicos pueden causar diferencia para la
ciencia. Podríamos concluir con una discusión
acerca de la importancia de la revisión por
colegas, finalmente yo recomiendo algunos
libros
(ver
referencias)
que
ofrecen
perspectivas divertidas e interesantes sobre la
ciencia.
REFERENCIAS
1. Amato, Stuff. The Materials the World is
Made of, Avon Books, Inc., (1997).
Journal of Materials Education, Edición en Español Vol. 22 (4-6)