Science in Engineering Design - ACOFI – Asociación Colombiana

Foro ACOFI – Investigación y posgrados
Alexánder Gómez
Hacia una educación centrada en problemas
Universidad de Medellín, Medellín, 24.02.2014
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
1 de 48
Contenido
1. Introducción
1. Un ejemplo: el motor de vapor
1. Evolución de la tecnología
1. Las ciencias básicas y aplicadas
1. Problemas sociales, ciencia, tecnología y desarrollo
1. Conclusiones
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
2 de 48
1. Introducción
América Latina y el Caribe
10 %
45 %
Población
Ingresos
10 %
1%
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
3 de 48
2. Un ejemplo: el motor de vapor
• El problema de partida: evacuación del agua en las
minas.
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
6 de 48
2.1 Evacuación del agua en las minas: G. Agricola
(1550)
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
7 de 48
2.1 Evacuación del agua en las minas: G. Agricola
(1550)
~ 1500
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
8 de 48
2. Un ejemplo: el motor de vapor
• El problema de partida: evacuación del agua en las
minas.
• La bomba de Thomas Savery.
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
9 de 48
2.2 La bomba de Thomas Savery
~ 1698
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
10 de 48
2. Un ejemplo: El motor de vapor
• El problema de partida: evacuación del agua en las
minas.
• La bomba de Thomas Savery.
• El motor de vapor de Thomas Newcomen y el
condensador separado de James Watt.
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
11 de 48
2.3 Motor de vapor: Thomas Newcomen / James Watt
1712
1770
James Watt
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
12 de 48
2.3 El motor de vapor y el condensador separado de
J. Watt
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
13 de 48
2.3 El motor de vapor y el condensador separado de
J. Watt
¿Inspiración
divina?
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
14 de 48
3. Evolución de la tecnología
Las arañas construyen
telarañas
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
15 de 48
3. Evolución de la tecnología
Las abejas construyen
panales
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
16 de 48
3. Evolución de la tecnología
Las aves construyen nidos
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
17 de 48
3. Evolución de la tecnología
Los castores construyen
represas y madrigueras
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
18 de 48
3. Evolución de la tecnología
El hombre a través de su evolución ha hecho uso de
herramientas hasta alcanzar su desarrollo tecnológico
actual…
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
19 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
20 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
21 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
22 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
23 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
24 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
25 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
26 de 48
3. Evolución de la tecnología
¿ Cuál es entonces la diferencia entre el desarrollo de
herramientas por parte de los animales y del hombre?
El hombre es consciente de los problemas que enfrenta y
propone soluciones que implementa; los animales lo hacen
de manera genética.
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
27 de 48
3. Evolución de la tecnología
Esta diferencia fundamental
descansa en el desarrollo del
lenguaje y sus capacidades
descriptivas y, especialmente,
argumentativas:
De los mitos y los dogmas
a las teorías científicas
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
28 de 48
3. Evolución de la tecnología
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
29 de 48
4. Ciencias básicas y aplicadas
¿ Qué papel han desempeñado las ciencias en el desarrollo
tecnológico?
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
30 de 48
4. Ciencias básicas y aplicadas
Visión tradicional de sus relaciones
Ciencias
naturales (básicas
/ puras)
Ingenierías
Explicación:
Creación de
realidad según
diseño: Artificial
Mundo natural
(Realidad dada)
Artefactos, procesos
(sistemas técnicos)
Teorías, leyes de
la naturaleza
Visión tradicional
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
31 de 48
4. Ciencias básicas y aplicadas
• J. W. Grove: “La tecnología, a diferencia de la ciencia,
no se ocupa de las cosas como son sino de las cosas
como pudiesen ser.”
• H. Skolimowski: “En la ciencia investigamos la
realidad; en tecnología, creamos una realidad según
nuestro diseño.”
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
32 de 48
4.1 Un contraejemplo: motores de vapor y la Segunda
Ley de la Termodinámica
• Sadi Carnot: 1796 -1832
• Única publicación (1824):
“Reflexiones sobre la potencia motriz
del fuego y las máquinas propias
para desarrollar esa potencia”
• ¿Tiene un límite el posible
mejoramiento de la eficiencia térmica
de la máquina de vapor?
• ¿Se puede convertir todo el calor en
trabajo?
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
33 de 48
4.2 Ciencia proscriptiva en el diseño
• F=ma
• Segunda Ley de la Termodinámica en su formulación
tecnológica: “ No es posible construir una máquina con una
eficiencia térmica del 100 %.
¿Cómo brindan estas leyes instrucciones (o recetas) de
fabricación o creación en el diseño en ingeniería (en general en
el diseño tecnológico)?
Simplemente no pueden hacerlo.
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
34 de 48
5. Problemas sociales, ciencia, tecnología y
desarrollo
Universo
Ciencias
Naturales
Sociedad
Teóricos
Explicación de
realidad dada:
Natural
Problemas
Prácticos
Imaginación
Creación de
realidad según
diseño: Artificial
Lenguaje
Diseño
Leyes, teorías
Tecnología en
la ciencia
Tecnología
Experimentación
Artefactos,
procesos
Optimización
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
Ciencia en la
tecnología
35 de 48
5. Problemas sociales, ciencia, tecnología y
desarrollo
Ciencias
Naturales
Sociedad
Teóricos
Explicación
Realidad dada:
Natural
Problemas
Tecnología
Prácticos
Creación de
Realidad según
Diseño: Artificial
Desarrollo
Económico
Artefactos,
Procesos
Leyes, teorías
Tecnología en
la Ciencia
Experimentación
Optimización
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
Ciencia en la
Tecnología
36 de 48
5. Problemas sociales, ciencia, tecnología y
desarrollo
Pero fundamentalmente: ¡Libertad!
Ciencias
Básicas
Sociedad
Teóricos
Explicación
Realidad dada:
Natural
Leyes, teorías
Tecnología en
la Ciencia
Tecnología
Problemas
Prácticos
Creación de
Realidad según
Diseño: Artificial
Sistema
Educativo
Crítica
Autonomía
Responsabilidad
Experimentación
Optimización
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
Artefactos,
Procesos
Ciencia en la
Tecnología
37 de 48
6.0 Una reflexión: ¿Cómo aprendemos?
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
38 de 48
6.1 ¿Cómo aprendemos?: La teoría del balde
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
39 de 48
6.2 ¿Cómo aprendemos?: La teoría del faro, foco o la
linterna
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
40 de 48
6. Conclusiones
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
43 de 48
6. Conclusiones
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
44 de 48
6. Conclusiones
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
45 de 48
6. Conclusiones
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
46 de 48
6. Conclusiones
• Ni las leyes de la naturaleza ni las teorías científicas son ‘recetas’
de fabricación tecnológica.
• El servicio básico de las ciencias naturales en la ingeniería es un
servicio de explicación, que se usa especialmente en las labores
de optimización y a través de modelos matemáticos (que son
simplificaciones y herramientas matemáticas).
• El proceso de diseño es un proceso de generación de conjeturas
de solución y su evaluación crítica según las restricciones del
problema (naturales; tecnológicas; sociales).
• La emergencia de nuevos problemas constituye la fuente principal
para nuestro desarrollo técnico (y la innovación). Debemos tener
el valor de enfrentarlos.
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
47 de 48
6. Conclusiones
• El desarrollo científico y tecnológico florece y se consolida
especialmente en sociedades libres y democráticas.
• El desarrollo tecnológico se promueve desde la educación
temprana.
• El sistema educativo debe permitir el desarrollo responsable de la
autonomía y la libertad de formación (que implica libertad para la
crítica, la movilidad).
• El sistema educativo técnico y universitario debe proveer
oportunidades para el libre desarrollo de la creatividad.
• La formación asociada con problemas reales incentiva la
imaginación, el emprendimiento y el desarrollo económico. ¡No
más memoria como modelo educativo!
Universidad Nacional de Colombia – Vicerrectoría de Investigación y Extensión
48 de 48
¡Gracias por su atención!
¿Preguntas?
Alexánder Gómez
[email protected]