La introducción del concepto de fotón en bachillerato

Abstract

La investigación didáctica ha puesto de manifiesto la importancia de la historia de la ciencia en el diseño y desarrollo de unidades didácticas, tanto por su valor para favorecer el aprendizaje como por su contribución a las actitudes de los estudiantes y a la imagen que se forman de la ciencia. La aparición de la hipótesis cuántica a principios del siglo XX introdujo a la física en una crisis profunda. La necesidad de recurrir al carácter discreto de la distribución de la energía violaba todo lo que establecían el electromagnetismo y la mecánica. Hemos probado que la enseñanza habitual está lejos de dar cuenta de los problemas que se tuvieron que superar hasta la aceptación del concepto de fotón por parte de la comunidad científica, lo cual dificulta el aprendizaje. Para hacerlo hemos realizado una investigación histórica con intencionalidad didáctica a la luz de la cual hemos analizado los libros de física de 2 • de bachillerato de uso más extendido. Palabras-clave: física cuántica, fotón, enseñanza problematizada, historia de la ciencia, libros de texto.Research has shown how important is the history of science for designing and developing didactic units, for its value to promote learning and for its contribution to the students attitudes and the image of science that they learn. Physics faced a strong crisis at the beginning of the 20 th century when the quantum hypothesis was introduced. The discrete distribution of energy was against the well established theories of electromagnetism and dynamics. We have proved that traditional teaching is far away from considering the problems that the photon concept had to overcome until it was accepted by the scientific community, and this makes learning more difficult. To do so, we have done a historical research with didactic intention in order to analyse the most used physics textbooks in the Spanish upper secondary school last course. Keywords: quantum physics, photon, problem-based teaching and learning, history of science, textbooks. 1.. Introducción y planteamiento del problemaNumerosos autores han defendido la utilización de la historia de la ciencia para mejorar la enseñanza. Las justificaciones para dicha utilización son variadas y se reflejan en el uso que se da al conocimiento histórico en el aula. Así, podemos citar diferentes objetivos que se encuentran conectados entre si: Humanizar y aproximar la ciencia. La introducción en la enseñanza de aspectos relacionados con la historia de la ciencia permite dar una imagen más ajustada del trabajo científico poniendo de manifiesto que la construcción de la ciencia es un proceso tentativo en el que compiten hipótesis y argumentos enfrentados, válidos para explicar los mismos resultados experimentales, y que el establecimiento de consensos tiene carácter provisional, dando lugar a conocimientos que se encuentran en continua revisión y reformulación. Además del carácter histórico y social, la producción científica tiene un fuerte carácter contextual: los avances científicos han llevado a importantes cambios sociales,...

Explorando quantitativamente observações feitas com espectrógrafos caseiros por meio de recursos digitais

“…Recorrentemente vemos em sites na internet uma série de referênciasàs linhas espectrais do mercúrio em espectros caseiros, com algumas incoerências entre as indicações dos valores de comprimento de onda de algumas delas [9,21]. Neste trabalho selecionamos somente aquelas provenientes do NIST que minimizavam a dispersão residual entre os valores de referência do próprio NIST, obtidos por cálculos da teoria quântica, e os valores que obtivemos por meio da calibração.É possível verificar que algumas linhas observadas por [22], apresentam baixa intensidade relativa em comparação com linhas em comprimentos de onda próximos no NIST.…”

La enseñanza problematizada de la física cuántica en el nivel introductorio. Una propuesta fundamentada

“…• Bohr consideraba en su trabajo de 1913 que la radiación estaba formada por ondas electromagnéticas, aunque la hipótesis del cuanto de radiación de Albert Einstein había sido propuesta en 1905. Esta hipótesis, de acuerdo con la cual la energía de la radiación ha de ser concebida como suma de cuantos de energía indivisibles, sufrió un fuerte rechazo por parte de la comunidad científica (Savall, Domènech y Martínez-Torregrosa, 2013a) y no fue hasta 1923, con la interpretación del efecto Compton, cuando el modelo cuántico de radiación basado en el concepto de fotón acabó siendo aceptado. Este es el que se usa en la actualidad para explicar los procesos de emisión y absorción.…”

“…Desde su aparición en los años 30 del siglo pasado los textos de los cursos introductorios de física cuántica se han basado en una presentación histórica de lo que podemos considerar "tópicos cuánticos" empíricos (radiación de cuerpo negro, efecto fotoeléctrico, espectros de los gases, dualidad onda-partícula de de-Broglie, etc.) (Johnston, Crawford y Fletcher, 1998;Fletcher y Johnston, 1999;Mc Kagan, Perkins, Dubson, Malley, Reid, Lemaster y Wieman, 2008), no exenta de errores y deformaciones (Niaz y Marcano, 2012;Savall, Domènech y Martínez Torregrosa, 2013a), que no alcanzan a transmitir (aun cualitativamente) la concepción única sobre materia y radiación que hace de la teoría cuántica una teoría cerrada y completa (y no un "perfeccionamiento o modificación" de la física clásica y el electromagnetismo), al igual que lo son la mecánica newtoniana o la teoría electromagnética de Maxwell (Heisenberg, 1972, pp 119-124). En el extremo opuesto (Fischler, 1999;Pospiech, 1999Pospiech, y 2000Michelini, Ragazzon, Santi y Stefanel, 2000), encontramos propuestas que defienden empezar por el formalismo matemático y abstracto, casi sin referencia empírica; propuesta que no compartimos para un curso introductorio.…”