Introducción

En la didáctica de las ciencias contemporánea se suele reconocer que, para la enseñanza de las disciplinas empíricas o experimentales, no solo hace falta conocer dichas ciencias (conocimiento disciplinar); se hace necesario saber cómo enseñarlas (conocimiento didáctico), cómo es su estructura, su naturaleza y cómo se han construido a través del tiempo (conocimiento metateórico [p.e., historia de la ciencia, filosofía de la ciencia y sociología de la ciencia]).

Éste reconocimiento de la necesidad de incluir (principalmente) a la filosofía de la ciencia en las líneas de investigación de la didáctica de las ciencias debido el hecho de que esta vinculación fortalece la enseñanza de las ciencias y la formación de profesores de ciencias (^{Matthews, 2020}), se ha convertido en el fundamento de los estudios de una de las áreas de trabajo de mayor producción en esta disciplina: el área HPS -de History and Philosophy of Sciencie and Science Teaching- (^{Matthews, 2020}, ²⁰¹⁸, ¹⁹⁹⁴).

En este trabajo se presentan algunas reflexiones en torno a la necesidad de incluir tópicos de la filosofía de la ciencia a la didáctica de la ciencia. En particular, se propone que la didáctica de la química se vería enriquecida al establecer vínculos con la concepción semántica de las teorías científicas (en consonancia con ^{Adúriz-Bravo, 2013}, ²⁰¹⁹; ^{Ariza et al., 2016}) y la filosofía de la química (en consonancia con e.g.^{Labarca y Lombardi, 2007}; ^{Erduran, 2001}; ^{Erduran et al., 2003}). La puesta en escena de dichos referentes de carácter "meta" se realiza mediante un abordaje modelo-teórico de uno de los temas estructurantes de la química: la tabla periódica. El anclaje a temáticas estructurantes de la química mediante una combinación sinérgica metateórica como ésta, podría introducir, en la enseñanza de la química y la formación de profesores de química, reflexiones metateóricas actuales, renovadas y potentes para comprender la naturaleza de la química (como actividad) y de sus teorías.

Modelos en la enseñanza de la química

En la enseñanza de las ciencias en general, así como en la enseñanza de la química en particular, es fundamental incluir (de manera explícita o implícita) una componente metacientífica, sea para una presentación adecuada de las construcciones científicas (p.e., las teorías) como para el fomento de imágenes de la ciencia adecuadas. Sin embargo, la decisión acerca de qué fundamentos serían adecuados para el desarrollo de dichas competencias, aún está en discusión. Al respecto, hoy en día algunas perspectivas sobre la ciencia se han venido vinculando tímidamente, y vienen ganando espacios de análisis y promoviendo reflexiones cada vez más acentuadas alrededor del uso y reflexión sobre los modelos y la modelización en ciencias y el modo en el que se vinculan (dichos constructos) con la formación de profesores de ciencias, la educación científica y el currículo de ciencias naturales (^{Adúriz-Bravo, 2013}, ²⁰²⁰; ^{Ariza et al., 2011}; ^{Ariza et al., 2016}; ^{Gilbert et al., 2016a}, ^2016b; ^{Gouvea et al., 2017}; ^{Izquierdo-Aymerich et al., 2003}), dando lugar a una didáctica de las ciencias conocida más recientemente como didáctica modelo-teórica de las ciencias (^{Adúriz-Bravo, 2009}, ²⁰¹³, ²⁰²⁰; ^{Ariza et al., 2016}). Sería posible afirmar que dentro de los acuerdos existentes algunos autores (^{Adúriz-Bravo, 2020}; ^{Chamizo, 2010}, ²⁰¹³; ^{Chiu et al., 2019}; ^{Gilbert et al., 2016a}, ^2016b; ^{Izquierdo-Aymerich et al., 2003}; ^{Justi, 2006}) han preferido una conceptualización modelo-teórica tomada de la epistemología¹ semántica actual.

La introducción de la noción de "modelo" en la enseñanza de las ciencias (cf ^{Ariza et al., 2016}; ^{Adúriz-Bravo, 2013}, ²⁰²⁰; ^{Chamizo, 2010}, ²⁰¹³; ^{Chiu et al., 2019}; ^{Develaki, 2007}; ^{Boulter et al., 2000}; ^{Izquierdo-Aymerich et al., 2003}; ^{Justi, 2006}; ^{Khine et al., 2011}; ^{Koponen, 2007}; ^{Oh; Oh, 2011}; ^{Passmore et al., 2014}; ^{Sensevy et al., 2008}) emerge de la aceptación de que el papel primordial de los modelos científicos, puede ser trasladado y articulado al ámbito educativo para ser el fundamento de la llamada "ciencia escolar" (^{Izquierdo-Aymerich et al., 1999}). En este sentido, las competencias epitome de la actividad científica en las aulas de clase, estarían relacionadas con construir modelos y a través de ellos explicar, aplicar, predecir y ejemplificar fenómenos: serían ellas, actividades implícitas del proceso de modelización (^{Develaki, 2017}) que representan de manera aproximada lo que se hace en la actividad científica (^{Justi, 2006}; ^{Meng-Fei et al., 2015}).

Al interior de la didáctica de las ciencias, sea han recuperados análisis de diversos enfoques semanticistas (algunos mencionados más arriba), pero es, sin duda, la propuesta de Ronald ^{Giere (1988)} a la que se le ha prestado mayor atención (^{Izquierdo-Aymerich et al., 2021}). Una de las posibles razones se debe a la sencillez de su propuesta y a que su noción de "modelo" permite un tratamiento de mayor "maleabilidad" en contextos didácticos. Si bien se han venido generando acercamientos desde otros enfoques semanticistas como el estructuralismo metateórico (cf.^{Ariza et al., 2020}; ^{Ariza, 2021}), la propuesta de Ronald Giere se mantiene como "la predilecta" por la investigación didáctica contemporánea (^{Izquierdo-Aymerich et al., 2021}).

En las siguientes secciones se revisan algunas de las nociones de modelos y modelización semanticista (siguiendo de cerca los trabajos de Agustín ^{Adúriz-Bravo, 2012} y ²⁰¹³), y luego contextualizo dichas nociones en un análisis sobre el modelo de periodicidad química.

Modelos en la concepción semántica actual

Los análisis metacientíficos más recientes desarrollados desde hace aproximadamente cinco décadas han llevado a entender "la ciencia" de formas cada vez más aproximadas a la práctica científica real (^{Adúriz-Bravo et al., 2014}). Una de las razones principales de esta "buena aproximación" es la actual preferencia en la filosofía de la ciencia por los análisis semanticistas o modeloteóricos, por sobre el abordaje axiomático o basado en leyes (^{Lorenzano, 2003}, ²⁰¹¹; ^{Díez y Moulines, 2008}), promulgado en las escuelas clásicas de énfasis lógico-positivista. La unidad de análisis semántico sobre las teorías es, por tanto, el concepto de "modelo", el cual hoy en día se considera primordial para entender la ciencia, principalmente porque el razonamiento a través de los modelos es la base de casi todas las prácticas científicas (^{Develaki, 2017}).

Si bien es posible encontrar una variedad de análisis metateóricos alrededor de los modelos y la modelización, es la concepción semanticista de las teorías (^{Ariza et al., 2016}, ^{Lorenzano, 2011}; ^{Moulines, 2008}; ^{Chakravartty, 2001}) la que ha estudiado extensamente el constructo de "modelo" generando análisis sofisticados (^{French et al., 1999}; ^{Frigg 2006}), y suficientemente flexibles para su inserción en las investigaciones didácticas contemporáneas (^{Adúriz-Bravo, 2013}, ^{Gouvea et al., 2017}; ^{Gutierrez, 2014}; ^{Oh et al., 2011}; ^{Passmore et al., 2014}). Los enfoques semanticistas (cf.^{Ariza et al., 2016}; ^{Diederich, 1996}) de Ronald ^{Giere (1979}, ¹⁹⁸⁸, ¹⁹⁸⁵)², Frederick ^{Suppe (1974}, ¹⁹⁸⁹, ¹⁹⁹⁸), Bas C. ^{van Fraassen (1976}, ¹⁹⁸⁰, ¹⁹⁸⁷, ¹⁹⁸⁹⁾ o el estructuralismo metateórico (cf. ^{Balzer, Moulines et al., 1987}; ^{Sneed, 1971}; ^{Stegmüller, 1973}), han desarrollado análisis pormenorizados sobre los modelos científicos (^{Chakravartty 2001}) principalmente porque, desde dicha concepción semántica, la identificación y elucidación de las teorías se realiza de forma más precisa y eficiente al estudiar sus modelos.

Aunque estos enfoques han llegado a construir marcos metateóricos con (algunas veces) radicales discordancias entre ellos (cf. ^{Ariza et al., 2016}; ^{Díez y Moulines, 2008}), coinciden en que no hay una relación directa (p.e., de correspondencia) entre lo que expresamos del mundo (afirmaciones legaliformes) y sus fenómenos; los modelos se encontrarían en el medio de esa relación. Por esta "dualidad" que hace a los modelos parcialmente dependientes de enunciados lingüísticos o de resultados experimentales (^{Koponen, 2007}) y no reducibles ni a teoría ni a empíria (^{Justi, 2006}), es que pueden trabajar entre el "qué se explica" y el "cómo se lo explica".³

Por tanto, para la concepción semántica de las teorías, los usos de los conceptos relativos a los modelos son más fructíferos para el análisis filosófico de las teorías científicas y su naturaleza y función, que los conceptos relativos a las afirmaciones o proposiciones (^{Ariza et al., 2016}). El hecho de que esta "familia semanticista" se centre en los análisis sobre los modelos, por encima del análisis sobre las formulaciones lingüísticas, es lo que les confiere el carácter de "semántico" asociado al significado, sentido y referencia, en contraste con el carácter "sintáctico", asociado a las reglas de organización o relaciones entre signos, de la llamada concepción heredada, en la cual, las teorías científicas se entendían como un conjunto de frases u oraciones (o axiomas) y sus consecuencias lógicas. Es la clase (conjunto, población, colección o familia) de modelos el componente fundamental para la identidad de las teorías: presentar/identificar una teoría científica es presentar/identificar la clase, conjunto, familia o población de sus modelos característicos.

Con lo cual, para los integrantes de la familia semanticista (^{Ariza et al., 2016}; ^{Diederich, 1996}; ^{Lorenzano, 2003}, ²⁰¹¹) los modelos se formulan para constituir estructuras que son similares o análogos (^{Giere, 1988}) a aquello de lo que pretende ser modelo. Así, la clase de modelos de una teoría "pretende dar cuenta o representar, de manera más o menos idealizada o aproximada, ciertos datos, fenómenos o experiencias correspondientes a determinado ámbito de la realidad" (^{Lorenzano, 2013, p. 148}). Esta intención de "representar adecuadamente la realidad" se hace explicita mediante un acto lingüístico: la llamada "afirmación empírica" (^{Balzer, Moulines et al., 1987}). Este acto lingüístico afirma que entre los sistemas empíricos o trozos de la realidad que queremos dar cuenta y los modelos existe una relación que puede evaluarse empíricamente. Es, sobre dichas afirmaciones que recae el peso de la contrastación. En este sentido, las teorías se evalúan derivativamente mediante la relación (establecida usando dichas afirmaciones empíricas) explicitada entre los modelos y los sistemas empíricos.

Por lo tanto, en la concepción semántica, tenemos tres componentes que son básicos para la identificación de una teoría científica (aunque en cada enfoque semántico podrían ser algunos más relevantes que otros [cf, ^{Ariza et al., 2016}]): 1. la clase, conjunto, población, colección o familia de modelos; 2. los sistemas empíricos, datos, fenómenos, experiencias o partes del "mundo real" que las teorías pretenden dar cuenta, interpretar, explicar y predecir; y 3. la relación que se pretende mantener entre los sistemas y modelos empíricos.

Así, aplicar, explicar, ejemplificar y construir modelos son actividades implícitas del proceso de modelización que representan de manera aproximada lo que se hace en la actividad científica. Es decir, el proceso de modelización incluye la creación original de modelos científicos, la argumentación y explicación de fenómenos mediante la relación de subsunción (^{Balzer, Moulines et al., 1987}) o similaridad (^{Giere, 1988}) entre un fenómeno y un modelo teórico disponible, la refinación y ajuste de los modelos disponibles por la aparición de nueva evidencia (^{Giere, 1985}) o desarrollos tecnológicos novedosos, la identificación de analogías entre fenómenos ya explicados modeloteóricamente, con otros fenómenos emergentes/nuevos y, "el 'ejercicio' intelectual de aplicar modelos ya existentes para explicar hechos ya estudiados en un entorno de enseñanza y formación" (^{Adúriz-Bravo e Izquierdo-Aymerich, 2009, p. 46}).

Las funciones de los modelos científicos: los sentidos "de" y "para"

Los modelos científicos cumplen una variedad de funciones, apegarse a sólo una de ellas trae consigo problemas de comunicación en cuanto a su alcance y función dentro de la práctica científica. Los modelos científicos son, por tanto, modelos "de algo" como modelos "para algo". Los distintos sentidos que adquieren estas preposiciones darían indicios acerca del rol central que tienen los modelos científicos en la actividad científica, en los procesos de creación, evaluación y dinámica de modelos científicos o escolares (^{Adúriz-Bravo et al., 2014}).

Los modelos científicos pueden funcionar a modo de fuente o materia prima para la construcción de otros tipos de representación. Cuando así lo son (fuente o materia prima), los modelos pueden brindar guías de trabajo u orientaciones para la construcción de nuevas representaciones. Pero a su vez, los modelos científicos pueden funcionar a modo de representación de ciertas parcelas de la realidad: una representación simbólica "del mundo" (^{Adúriz-Bravo, 2012}).

Un modelo científico es (algo) más que un modelo-de, es un modelo-a-partir-de (^{Adúriz-Bravo et al., 2014}).⁴ Estas características que también son identificables en el uso cotidiano del término "modelo" se hayan más o menos implícitas en la actividad científica tanto erudita como la escolar. Por otro lado, los modelos sirven para cumplir un objetivo, exigencia o pretensión. Es decir, son modelos "para algo". La preposición "para" puede adquirir más de un sentido (^{Adúriz-Bravo, 2012}, ²⁰¹³):

• "Para" en el sentido funcional. Surge debido a que mediante los modelos los científicos intentan responder a una serie de pretensiones epistémicas que hacen a su actividad, por ejemplo: describir, explicar, entender, predecir, intervenir, transformar o comunicar la realidad que les es objeto de estudio (cf.^{Oh et al., 2011}; ^{Knuuttila, 2011}; ^{Boon et al., 2009}).

• "Para" en el sentido pragmático. En el proceso de construcción de modelos se capturan ciertos aspectos de la realidad que se estudia, aquellos (aspectos) que los científicos tienen interés en estudiar. Las formulaciones de las preguntas que buscan responder los modelos, la elección de dichos aspectos (eso y no otros) de la realidad e incluso las decisiones metodológicas que siguen a la búsqueda de "respuestas posibles" a dichas preguntas iniciales, están insertas en un momento histórico y espacio cultural particular, y, por tanto, atravesadas por ideas, valores, intenciones, visiones de mundo, compromisos éticos y políticos, etc. Este sentido es recuperado en la escuela semanticista actual, por ejemplo, con la noción de aplicación intencional (cf.^{Balzer, Moulines et al., 1987}).

• "Para" en el sentido paradigmático hace referencia a la caracterización del modelo como "ejemplar" (una entidad a ser imitada) o como diseño (un esquema simbólico para ser efectuado) (^{Adúriz-Bravo, 2012}, ²⁰¹³). La escuela semanticista recupera también esta caracterización de modelo paradigmático de la llamada "nueva filosofía de la ciencia" de la segunda mitad del siglo XX (principalmente, de Thomas Kuhn [1970]), acudiendo a la noción de aplicación paradigmática (cf. ^{Balzer, Moulines et al., 1987}).

El sistema periódico y su representación modelista

Conclusiones

En este trabajo se acudió a los análisis semanticistas sobre el concepto de "modelo teórico" para el abordaje de una temática central en la enseñanza de la química: el sistema periódico. Se sostiene, por tanto, que la didáctica de la química se vería enriquecida al establecer vínculos con la concepción semántica de las teorías científicas al abordar una temática central de la química: la tabla periódica. Se buscó, consecuentemente, que mediante un análisis contemporáneo semanticista alrededor de un núcleo estructurante de la química como lo es el sistema periódico y su representación mediante la tabla periódica, fundamentar sus funciones, naturaleza y características modeloteóricas, ofreciendo una imagen científica filosóficamente fundamentada con valor para la educación científica.

Se sostiene, por tanto, que el anclaje a temáticas estructurantes de la química mediante una fundamentación metateórica actual como la brindada por la concepción semántica de las teorías, podría introducir, en la enseñanza de la química y la formación de profesores de química, reflexiones metateóricas actuales, renovadas y potentes para comprender la naturaleza de la química (como actividad) y de sus teorías, y en particular, las relacionadas con la tabla periódica como representación del modelo de sistema periódico y los diversos usos y caracterizaciones de la noción del modelo de sistema periódico, el papel de los modelos en la identidad de la teoría de Mendeléiev, su "función" representacional, analógica y mediadora entre la teoría y el mundo químico, su estructura particular y el lugar que ocupa tanto la tabla periódica como el modelo del sistema periódico dentro de la teoría de Mendeléiev, y la pertinencia de identificar diversas funciones de los modelos y la relación de los modelos científicos con las teorías, las leyes, los sistemas y los fenómenos químicos. Estas pretensiones buscan responder a demandas actuales de la investigación en didáctica de las ciencias asociadas a la fundamentación filosófica contemporánea de la ciencia que se enseña (^{Adúriz-Bravo, 2009}), así como a la importancia de una educación científica de calidad para todos y todas epistemológicamente orientada desde los modelos y la modelización (^{Boulter et al., 2000}).