ANÀLISI DE LES DADES
Capítol 5: L’ELECTRICITAT A TOT ARREU
El capítol s’inicia establint diversos tipus de cossos, segons siguin aïllants o conductors, i desenvolupant diversos mètodes d’electrificació. A continuació es relacionen aquestes característiques amb els àtoms, i la seva càrrega elèctrica en funció del nombre de protons i electrons que el formen. La càrrega elèctrica, positiva o negativa, es relaciona mitjançant una relació de regla amb el corrent elèctric i els circuits. Pel que fa als circuits, s’enumeren les parts que els constitueixen i la seva representació, i es relacionen, juntament amb el corrent, amb les variables: intensitat, resistència i diferència de potencial en un circuit, variables que queden relacionades mitjançant la llei d’Ohm. Finalment es relacionen aquestes variables amb la potència i amb l’energia.
En aquest cas no podem parlar d’un sistema conceptual totalment cohesionat, tot i que hi ha un petit grup de tres conceptes que queden desconnectats de la resta, que sí formen un sistema amb cohesió.
En el sistema conceptual identifiquem els següents nuclis conceptuals: cos, àtom, càrrega elèctrica, circuit elèctric i potència.
Pel que fa al cos, considerem que és un nucli conceptual caracteritzat per les classes que s’estableixen (aïllant i conductor), i pel seu comportament en l’electrificació. L’àtom el considerem com un nucli conceptual que inclou les seves parts; no s’estableixen relacions clares entre la càrrega elèctrica i cadascuna de les partícules subatòmiques carregades, sinó que aquesta càrrega s’entén com una propietat de l’àtom. El nucli càrrega elèctrica inclou els tipus (positiva o negativa) i el seu comportament, atracció i repulsió, que s’estableixen mitjançant relacions de regla. El circuit elèctric, en canvi, és un nucli que inclou la descripció de les parts que el conformen mitjançant relacions de part. Finalment el nucli ‘potència’ es caracteritza mitjançant relacions de regla que el relacionen amb la intensitat, la diferència de potencial, el temps i l’energia.
Els nuclis conceptuals que constitueixen el sistema són de naturalesa diversa. En el cas del cos i càrrega elèctrica, les relacions de classe i de regla indiquen una tendència jeràrquica i explicativa. En el cas de l’àtom i el circuit elèctric, la tendència és clarament jeràrquica. Per últim, en el cas de la potència, les relacions de regla indiquen una tendència explicativa.
Podem representar de forma simplificada el mapa de Thagard:
Veiem clarament que, malgrat la simplificació, es tracta d’un sistema complex, amb una tendència clarament explicativa, ja que està vertebrat per relacions de regla. La major part dels nuclis conceptuals estan situats a l’inici del capítol, començant amb una estructura complexa que a mesura que progressa el capítol es va simplificant, i amb nuclis conceptuals que, com hem vist, presenten tendències diverses i no sempre definides.
Resultats parcials de l’anàlisi dels sistemes conceptuals per capítols
En cadascun dels sistemes conceptuals hem identificat els nuclis conceptuals i hem estudiat els sistemes conceptuals simplificats tenint en compte els connectors que predominen i la naturalesa dels nuclis conceptuals.
Identifiquem diverses tipologies de sistemes conceptuals, per la qual cosa no podem parlar d’una estructura comú en el llibre de text, si bé sí que podem parlar, en general, de que en ells hi trobem sistemes conceptuals cohesionats.
En el primer capítol, es presenten les diverses tipologies de materials mitjançant un sistema on hem identificat nuclis de naturalesa descriptiva, i connexions que majoritàriament són de regla. Es tracta doncs d’un sistema on els conceptes clau queden caracteritzats, i relacionats de manera explicativa.
Figura 5.5 Sistema conceptual simplificat A5 R
P R
R
R
R
R
R
R
R R R
R R
cos àtom
càrrega elèctrica
corrent elèctric
circuit elèctric
generador
diferència potencial resistència
intensitat
potència llei
d’Ohm
El segon capítol fa referència a la teoria atòmica, a partir de nuclis de naturalesa descriptiva que presenten connectors que relacionen els conceptes jeràrquicament, i en una segona fase connectors explicatius.
El tercer capítol aprofundeix en les substàncies pures i la seva representació, mitjançant nuclis conceptuals descriptius connectats mitjançant relacions de regla, i per tant relacionats de manera explicativa.
El quart capítol fa referència al canvi químic, i s’observa un canvi important en el tipus de sistema conceptual. S’identifiquen sistemes conceptuals de naturalesa diversa, i també variabilitat en el tipus de relacions, la qual cosa ens indica que no observem una pauta tan regular com en la resta de capítols.
Per últim, el cinquè capítol fa referència a l’electricitat; presenta nuclis de tendències diverses, però connectats majoritàriament mitjançant relacions de regla, i on destaca la baixa cohesió d’aquest capítol.
Bloc temàtic Resultats anàlisi
Materials Nuclis conceptuals descriptius
Connectors explicatius (relacions de regla) Teoria atòmica Nuclis conceptuals descriptius
Connectors jeràrquics (part) i explicatius (regla) Substàncies pures Nuclis conceptuals descriptius
Connectors explicatius (relacions de regla) Canvi químic Nuclis de naturalesa diversa
No hi ha predomini de connectors Electricitat Nuclis de tendències diverses
Connectors explicatius (relacions de regla) amb poca cohesió
5.1.1.2 Anàlisi del sistema conceptual global
A continuació es representa el sistema conceptual global del llibre de text relacionant els sistemes conceptuals simplificats que hem obtingut en cadascun dels capítols, buscant els conceptes compartits que, a l’hora de pensar en una estructura global, es converteixen en nexes d’unió entre els diversos sistemes conceptuals i entre els diferents capítols.
El mapa mitjançant el qual representem el sistema conceptual global del llibre de text ens permet estudiar el grau de cohesió entre els diversos aspectes treballats, i la visió i continguts de la Química que aborda aquest llibre de text, en el seu conjunt.
Taula 5.1 Resultats anàlisi per capítols A
nucli escorça
El sistema conceptual que representa tots els conceptes continguts en el llibre de text destaca, en primer lloc, per la seva cohesió. Al llarg dels diversos capítols s’han anat repetint conceptes (fins i tot fragments de sistemes conceptuals) que permeten relacionar els nous coneixements amb el que s’ha treballat en els capítols anteriors.
Des del punt de vista de la cohesió, els continguts que fan referència al primer capítol queden, en rigor, desconnectats de la resta. Hem representat amb una línia discontinua la relació entre els conceptes matèria i material per evidenciar que, si bé la relació que s’estableix no és explícita, sí que podem considerar que existeix una relació implícita entre els dos conceptes.
En la nostra mirada general, hem representat els conceptes mitjançant una xarxa formada per quaranta-dos nodes (que corresponen a conceptes i a nuclis conceptuals) i a cinquanta-una relacions. El nombre relativament semblant de nodes i relacions contribueix a evidenciar que es tracta d’un sistema simple, ja que, generalitzant, cada node està connectat amb dos nodes, que corresponen als conceptes predecessor i successor. Segons el que acabem de dir, el sistema es basaria en alguns conceptes (o nuclis conceptuals) centrals, a partir dels quals s’estendrien, de forma lineal, la resta de conceptes. Al centre del sistema conceptual es troben dos conceptes: matèria i àtom, que constitueixen el punt de partida per al desenvolupament de la resta de conceptes.
Hem considerat que els nuclis conceptuals corresponen a un conjunt de conceptes que contribueixen a la caracterització d’un concepte principal. D’aquests quaranta-dos nodes, vint corresponen a nuclis conceptuals, i vint-i-dos a conceptes. Per tant podem dir que la meitat dels conceptes bàsics que apareixen en el llibre de text queden correctament caracteritzats.
La naturalesa d’aquests nuclis conceptuals és força diversa, tot i que en molts casos hem parlat de nuclis descriptius, ja que els conceptes queden caracteritzats a través de relacions de propietat. Pel que fa a la resta de conceptes, en alguns casos es tracta de conceptes a partir dels quals s’estableixen tantes relacions, o sistemes tant ramificats, que no els hem pogut considerar com a nuclis conceptuals. És el cas de tots els conceptes que es troben en l’interior de la xarxa. De fet, podríem dir que els únics conceptes que no queden caracteritzats són aquells que es troben a l’extrem d’una de les ramificacions del sistema. Dels vint-i-dos conceptes que formen part del sistema conceptual, només cinc corresponen a conceptes que no queden caracteritzats: canvi físic, símbol, llei d’Ohm, reutilització i reciclatge; la resta són conceptes que queden àmpliament caracteritzats pels conceptes i nuclis conceptuals que, en la representació, tenen a continuació.
Pel que fa a les relacions, de les cinquanta-una que apareixen, trenta-vuit corresponen a relacions de regla, set a relacions de part, quatre a relacions de classe i dues a relació de propietat.
Resultats parcials de l’anàlisi del sistema conceptual global
El sistema presenta un alt nivell de cohesió: la majoria dels sistemes de cada capítols queden connectats a través de quatre nodes: matèria, àtom, molècula i ió. Destaca, però, la connexió implícita entre els continguts del primer capítol, entre els conceptes de material i matèria.
El nombre de nodes i de connexions és semblant, la qual cosa ens indica que més enllà d’alguns nodes que hem considerat ‘centrals’, perquè aglutinen un gran nombre de relacions, la resta s’estenen linealment, en la representació, de forma radial. La major part dels nodes corresponen a nuclis conceptuals i conceptes intermedis, que hem considerat com suficientment caracteritzats, amb la sola excepció dels cinc conceptes que queden situats a
l’extrem del sistema conceptual, i que tenen per tant un baix nivell de caracterització. Pel que fa a les relacions, destaca l’elevat nombre de relacions de regla, que globalment atribueixen una tendència explicativa al sistema conceptual global
Resultats anàlisi
Cohesió Alta cohesió, excepte els continguts referents als materials, connectats implícitament
Quatre nodes connecten els sistemes conceptuals dels capítols Complexitat Nombre similar de nodes i relacions
Conceptes centrals dels que s’estenen linealment la resta en forma radial
Caracterització Nuclis i conceptes intermedis, correctament caracteritzats, majoritaris
Cinc conceptes terminals que no es caracteritzen
Connectivitat Majoritàriament relacions de regla, per tant naturalesa explicativa
5.1.1.3 Anàlisi de les relacions de part
Les relacions de classe i de part, segons Izquierdo (2005) es reforcen mútuament com a elements ordenadors o organitzadors, que donen una estructura jeràrquica. En el cas del sistema conceptual obtingut, veiem com aquest tipus de relacions s’estableixen al voltant del concepte central: la matèria, establint una jerarquia que passa del nivell macroscòpic al nivell microscòpic (molecular, atòmic i subatòmic).
En aquest sentit, les relacions de classe i de part ens permeten discriminar, dins del sistema conceptual, en quin nivell es troben les diverses ramificacions. Les relacions de classe constitueixen relacions horitzontals, perquè es refereixen a entitats que es troben dins del mateix nivell, mentre que les relacions de part fan referència a relacions verticals, ja que els conceptes relacionats mitjançant aquest tipus de relacions corresponen a nivells diferents.
Així doncs el llibre de text, en cadascun dels seus capítols, s’inicia en el nivell macroscòpic, ja sigui partint de materials, matèria o cossos. Les relacions de propietat o de part que es relacionen amb aquests conceptes fan referència al conjunt de conceptes situats a un nivell macroscòpic, i per tant a un nivell observable, i per tant susceptible de ser conegut pel lector del llibre de text.
En la taula 5.3 es resumeixen els resultats parcials de l’anàlisi de les relacions organitzadores en el sistema conceptual global:
Nivell Resultats anàlisi
Macroscòpic Aglutina la meitat del sistema conceptual Baixa cohesió
Naturalesa explicativa (relacions de regla) Materials + Canvi químic + Electricitat Molecular – atòmic Naturalesa explicativa (relacions de regla)
Connector entre els nivells macroscòpic i subatòmic Substàncies pures
Subatòmic Conté conceptes repetits i que no corresponen a aquest nivell Naturalesa jeràrquica (part) i explicativa (regla)
Model atòmic
Taula 5.2 Resultats anàlisi global A
5.1.1.4 Anàlisi de les relacions de regla
Fins ara, l’anàlisi de les relacions de part ens han permès distribuir el sistema conceptual en els diferents nivells. A continuació aprofundim en les relacions de regla, que malgrat que són majoritàries, apareixen una vegada que els conceptes s’han situat en el nivell corresponent.
D’entrada, podem dir que les relacions de regla són el relacionant principal en el sistema obtingut, la qual cosa és indicativa d’una tendència explicativa general. Les relacions de regla indiquen com funcionen els conceptes en la deducció, explicació o resolució de problemes;
moltes d’elles expressen relacions causals, i tenen significat segons un model o teoria i són explicatives sempre i quan es reconegui el seu fonament teòric.
Per tal d’aprofundir en l’estudi de les relacions de regla en el llibre de text, analitzarem en detall les relacions de regla que van apareixent al llarg dels capítols per tal d’establir, de forma emergent, diverses tipologies de relacions de regla que ens permetin discriminar les relacions que s’estableixen entre conceptes en els diferents capítols.
Capítol 1
Conceptes relacionats Fragment corresponent en el text Categoria 1 Material – metall Els metalls són materials que s’obtenen a
partir de minerals.
Condició explícita 2 Material – polímer Els polímers són materials derivats del
petroli i de fibres naturals.
Condició explícita 3 Material – ceràmica Les ceràmiques són materials que
s’obtenen a partir d’argiles o sorres.
Condició explícita 4 Material - compòsit Els compòsits són materials que es basen
en la barreja de dos o més materials que es complementen per millorar les propietats.
Condició explícita
6 Ceràmica – reciclatge El vidre es pot reciclar perquè es pot tornar a fondre.
Causal 7 Ceràmica – reutilització La ceràmica, en canvi, no es pot reciclar
perquè no es pot tornar a fondre. L’únic que es pot fer amb un producte ceràmic és reutilitzar-lo.
Causal
8 Polímer – reutilització La majoria de plàstics no són biodegradables, de manera que cal cremar-los, donat que són bons combustibles i en podem obtenir energia, o bé reutilitzar-los.
Causal
Taula 5.4 Resultats anàlisi relacions de regla A1
Les quatre primeres relacions de regla que apareixen relacionen la classificació del material segons quatre tipologies, basades en l’origen del material com a criteri de classificació. Malgrat que es podrien entendre com a relacions de classe, el llibre planteja la classificació com una regla: “tots els materials que s’obtenen de minerals són metalls”, que porta implícits tres aspectes: un condicionant o criteri (que correspondria a la regla establerta pròpiament), el nominatiu (que designa cadascun dels termes) i per últim, implícitament, un aspecte jeràrquic.
En aquest cas considerem que l’enunciat emfatitza el condicionant o criteri, i per tant les considerarem una condició.
En el cas del reciclatge de materials, s’estableix una regla que estableix dues causes per les quals es reciclen aquests materials (un procés que més endavant es defineix com lent i car), és per tant una relació causal. En el cas del reciclatge i reutilització de les ceràmiques, i la reutilització dels polímers, es donen raons que justifiquen el procés que es segueix, establint també una regla causal.
Capítol 2
Conceptes relacionats Fragment corresponent en el text Categoria 1 Protó – Z El nombre de protons que hi ha en el nucli
d’un àtom s’anomena nombre atòmic.
Condició explícita de protons: són els isòtops.
Condició explícita
4 Isòtop – radioactivitat Alguns isòtops es transformen espontàniament, emetent radiacions i alliberant energia: es tracta de la radioactivitat.
Condició implícita
5 Protó – element Àtoms amb el mateix nombre de protons corresponen al mateix element químic.
Correspondència qualitativa 6 Element – radioactivitat L’emissió de partícules i radiacions per part
dels nuclis d’alguns elements inestables amb la finalitat d’aconseguir arribar a una situació d’estabilitat, constitueix la radioactivitat natural.
Condició explícita
7 Element – E. Nuclear En trencar les unions del nucli d’un element, l’energia que es desprèn, anomenada energia nuclear, és molt gran.
Condició explícita
Les tres primeres relacions de regla que s’estableixen en aquest capítol tenen com a finalitat la designació d’una entitat: nombre atòmic, nombre màssic i isòtop. Malgrat que hi ha diferències significatives en la formulació dels enunciats, s’estableix una correspondència entre el nom i allò que representa, en una estructura pròpia de les definicions, en que de nou s’enuncia una condició, i el nom de l’entitat que la compleix. Són per tant regles de condició.
La següent regla és una mica més complexa: en primer lloc s’estableix la descripció d’un fenomen (alguns isòtops es transformen), i la segona part correspon a la mateixa relació que hem trobat en els casos anteriors, la definició. Tenint en compte que la descripció d’un fenomen no estableix pròpiament una relació de regla, considerarem aquest cas com una condició. Un aspecte rellevant, en aquest cas, és que es fa referència al fet que alguns isòtops presenten la transformació espontània, sense concretar les causes o característiques que indueixen aquest comportament; així, de forma implícita, s’enuncia l’existència d’una regla, però que en el llibre no es fa explícita. És per això que assenyalem que, a més de la relació de condició, hi ha una regla que queda implícita.
En el cas del protó i l’element s’estableix una relació de correspondència qualitativa (àtoms amb el mateix nombre de protons corresponen al mateix element). En aquest cas no podem considerar la regla com una condició, ja que l’enunciat estableix dos successos o fenòmens que estan directament relacionats, i justament aquesta relació és la correspondència que estableix la regla.
En el cas de l’element i la radioactivitat s’estableix la definició de radioactivitat a partir de la descomposició dels nuclis inestables d’alguns elements; és per tant una relació de condició, en la qual hi ha una part que queda implícita, ja que no s’aprofundeix en el fet que només alguns nuclis inestables presenten radioactivitat natural. El cas d’element i energia nuclear, en que aquest últim queda definit com l’energia obtinguda en el trencament dels nuclis inestables d’alguns elements que posteriorment es reorganitzen, també és una relació de condició.
En el cas de la taula periòdica i l’element, s’estableix el nombre atòmic com a criteri d’ordenació. Podem generalitzar aquest criteri d’ordenació con una condició (tot i que l’ordre d’ordenació creixent dels nombres atòmics dels elements no s’estableix explícitament).
El cas de l’electró i el ió és molt semblant al d’isòtop i radioactivitat: primer es descriu un fenomen, i després s’estableix la regla, que en aquest cas és la condició que caracteritza els ions, tot i que es fa referència a certes circumstàncies que no es fan explícites, per tant aquesta condició té un caràcter implícit.
Capítol 3
Conceptes relacionats Fragment corresponent en el text Categoria 1 Substància pura - àtom Les substàncies pures simples estan
formades per un sol tipus d’àtoms. Les substàncies pures compostes estan formades per diferents tipus d’àtoms.
Condició explícita
2 Àtom – símbol Cada àtom es representa per una o dues lletres que, en general, corresponen a la primera lletra del nom llatí de la substància simple. Aquesta representació mitjançant lletres és el símbol de l’àtom de l’element.
Correspondència qualitativa
3 Àtom – EMG En els metalls els àtoms s’agrupen de manera molt ordenada formant una estructura metàl·lica gegant, en la qual els àtoms s’atreuen fortament els uns als altres.
Condició explícita
4 Àtom – ió Una estructura iònica gegant està formada per ions, àtoms carregats elèctricament, que s’atreuen entre ells amb una força característiques pròpies s’anomenen molècules.
Condició explícita
7 Molècula - EAG Hi ha substàncies compostes que formen estructures atòmiques gegants, formades per àtoms de diferents elements amb una proporció definida.
Condició implícita
En el cas de les relacions de regla d’aquest capítol, en el primer cas s’enuncien les condicions que han de seguir les substàncies pures per tal de ser considerades simples o compostes, és per tant una relació de condició. En el segon cas es presenta la correspondència qualitativa entre l’àtom i el símbol mitjançant el qual es representa. El tercer cas presenta una estructura molt descriptiva en la qual s’enuncien les característiques (i per tant condicions) de les
En el cas de les relacions de regla d’aquest capítol, en el primer cas s’enuncien les condicions que han de seguir les substàncies pures per tal de ser considerades simples o compostes, és per tant una relació de condició. En el segon cas es presenta la correspondència qualitativa entre l’àtom i el símbol mitjançant el qual es representa. El tercer cas presenta una estructura molt descriptiva en la qual s’enuncien les característiques (i per tant condicions) de les