La actividad experimental como una parte fundamental para la enseñanza de la física moderna: el caso de la mecánica cuántica

Abstract

En las últimas décadas se han propuesto metodologías y estrategias para la enseñanza de la mecánica cuántica. Esto se debe a que ha generado una revolución cognitiva en la medida que da una nueva visión del mundo. Esta es una de las razones por la que es importante enseñarla y a la vez permite profundizar en las dificultades que presentan los estudiantes en la apropiación de algunos conceptos en los que se fundamenta como son: la noción de estado y principio de superposición. En este sentido, se propone un enfoque fenoménico como herramienta para la enseñanza de la mecánica cuántica. Bajo este contexto, se desarrollan actividades experimentales que son la estrategia para involucrar a los estudiantes en la construcción de explicaciones alrededor del fenómeno. La actividad experimental es entendida como aquella que le permite al estudiante realizar una reflexión alrededor del fenómeno para su explicación. Este enfoque favorece el desarrollo de un pensamiento físico ya que el estudiante involucra habilidades y maneras de proceder, maneras de pensar y maneras de construir y reconstruir argumentos para la explicación del fenómeno considerado. Esta forma de plantear la enseñanza de la mecánica cuántica supera la dicotomía entre experimento y teoría ya que desde esta perspectiva el experimento es considerado parte constituyente para la construcción de explicaciones en torno al fenómeno.

Física Quântica na Escola Básica: investigações para a promoção de uma Aprendizagem Conceitual, Histórica e Epistemológica

“…Entre os artigos selecionados identificamos preocupações e pesquisas distintas. Alguns pesquisadores defendem a abordagem de temas que sejam relevantes aos alunos, em que seja possível mostrar aplicações práticas dos conteúdos de Física Quântica [19,20], alguns autores defendem a utilização de experimentos em laboratório ou com materiais de baixo custo [19,21,22] ou com a utilização de softwares e simulações computacionais disponíveis na internet [20,23]. Outros autores se preocupam em analisar como são as diretrizes e direcionamentos nessaárea, em termos de currículos para a escola básica [24], a organização de livros didáticos [25], ou em ambos, através de revisões sistemáticas sobre esse tema [16,26,27].…”

“…Há trabalhos que realizaram entrevistas com professores acadêmicos, de Ensino Médio e em formação, para procurar mapear os assuntos que se revelam mais recorrentes em introduções a essa temática, bem como buscaram mapear a existência de falhas ou limitações conceituais na atividade didática [15,19,27,28]. Identificamos também alguns relatos de experiências didáticas com abordagens diversas, como descrições de atividades com o Interferômetro de Mach-Zender [5,23], relatos de módulos didáticos baseados em experimentos de pensamento [29,30], exposição de atividades baseadas em leitura de textos científicos ou de divulgação científica [31,32], ou ainda, relatos de atividades experimentais [21,21,33], sobretudo com o uso de lasers.…”

“…Neste sentido, Clavijo, Walteros e Cortés [21] buscam estimular nos estudantes uma "intuição quântica" a partir de um conhecimento quântico usando atividades experimentais como o espectro da luz visível e o experimento da polarização da luz, com o que propõem que os alunos podem deixar de lado ideias clássicas, adquirindo conceitos de estado, princípio de superposição e amplitude de probabilidade. Os autores realizaram uma série de atividades com fontes de luz, entendendo um feixe de luz como formado por um conjunto de fótons, mostrando assim ideias iniciais sobre o conceito de estado quântico.…”

Evolución de las concepciones de los docentes sobre dualidad en la física cuántica

“…La enseñanza de la cuántica en los niveles medio y de formación docente La intención de incluir los conceptos cuánticos desarrollados por la comunidad científica en el siglo pasado, en cursos de física de la enseñanza de nivel medio y de formación docente, es una realidad insoslayable como pone de manifiesto el meta análisis de Krijtenburg-Lewerissa, Pol, Brinkman y Van Joolingen (2017). Ello se expresa como propuestas también en el ámbito latinoamericano (Castrillón, Freire, y Rodríguez, 2014;Clavijo, Walteros y Cortés, 2019;Fanaro, Otero, y Elgue, 2016;González, 2015;Greca y Freire, 2003;Pereira, Ostermann, y Cavalcanti, 2009).…”

Análisis de la enseñanza de conceptos cuánticos en la unidad de “Estructura atómica de la materia” en libros de texto

“…Por otra parte, de acuerdo con la investigación didáctica, uno de los problemas con mayor relevancia en la introducción de la TC en la educación secundaria es la falta de preparación que los docentes tienen al respecto (Fanaro, 2009;Fernández et al, 2005). Por eso, se requiere fortalecer la investigación didáctica que pueda apoyar los procesos de formación docente, para lograr cambios en sus paradigmas (Clavijo et al, 2019). En este sentido, se ha generado un buen número de propuestas de enseñanza, pese a que en los currículos de algunos sistemas educativos no se incluya (Cuesta, 2018), como es el caso específico de Colombia (Solbes, Muñoz & Ramos 2019).…”