Dificultades en el aprendizaje y la enseñanza de la Física Cuántica en el bachillerato

Abstract

RESUMEN: La Física Cuántica es una parte importante de la Física. En este artículo, se analiza su enseñanza-aprendizaje en el bachillerato y se muestran las principales dificultades de los estudiantes, particularmente las ontológicas y epistemológicas. El artículo argumenta razonadamente contra prác-ticas tradicionales en la enseñanza de la cuántica y, finalmente, apunta una nueva aproximación a su enseñanza.PALABRAS CLAVE: enseñanza-aprendizaje, Física Cuántica, didáctica de la Física.ABSTRACT: Quantum physics is a very important part of physics. In this paper we analyze its teaching and learning in high school and we show the students' main difficulties, particularly the ontological and epistemological. This article presents some reasoned arguments against traditional methods to teach Quantum physics. Finally, a new approach to quantum physics teaching is showed.

La enseñanza de la física cuántica: una comparativa de tres países

“…Aunque muchos las denominan principio de incertidumbre, no es un principio, sino una consecuencia de estas, y hablar de incertidumbre da la sensación de que no se puedan conocer la posición x o la cantidad de movimiento p con precisión, cuando nada impide un estado de movimiento en el que x o p se conozcan con altísima precisión; lo imposible es determinar simultáneamente con precisión absoluta x y p (Levy- Leblond, 2002;Solbes, 2018). Por ello, se desarrolló una nueva propuesta que intenta superarlas (Solbes, Sinarcas, 2010) evaluada con ocho grupos de 2º de bachillerato de tres institutos de secundaria a lo largo de cuatro cursos, con resultados que ponen de manifiesto una mejora significativa en el aprendizaje de los conceptos cuánticos (Sinarcas, 2015).…”

“…; ¿cuál es la probabilidad de encontrar cada uno de esos valores si se realiza una medida?, y ¿cómo evoluciona el estado del sistema? (Sinarcas, Solbes, 2013). Para completar el proceso formativo, sería conveniente realizar experiencias sencillas con espectros de emisión o efecto fotoeléctrico (Savall, Domènech, Martínez-Torregrosa, 2014) y, en otras muy costosas, utilizar simulaciones o videos de la difracción de electrones (Franco, 2006;Pereira, Ostermann, Cavalcanti, 2009).…”

“…La física cuántica se enseña por múltiples razones en la educación secundaria y en la formación docente en muchos países (Kalkanis, Hadzidaki, Stavrou, 2003;Sinarcas, Solbes, 2013;Krijtenburg-Lewerissa et al 2019): i. En naturaleza e historia de la ciencia, la física cuántica permite dar una imagen más correcta de cómo se desarrolla la ciencia, familiarizando a los alumnos con la forma de trabajo de los científicos que elaboran modelos para explicar los problemas, hasta que surgen dificultades que obligan a cambiarlos.…”

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

“…-5 % 95 % El 95 % de los LT no explica el orbital como una función de onda que describe el estado del sistema. Las explicaciones, al no relacionarse con la ecuación, evidencian una concepción de orbital como zona o espacio físico, donde es más probable encontrar a los electrones, lo que es un error, pues el orbital no es independiente del electrón (Solbes, Calatayud, Climent & Navarro 1987b;Sinarcas & Solbes, 2013). La explicación que prevalece en este 95 % es el de lugar asociado a la probabilidad como un concepto derivado de la TC.…”

“…Apenas comienzan a formularse investigaciones en la enseñanza para proponer estrategias. Esto es preocupante porque hay muchos motivos didácticos para introducirlos: permiten dar una imagen más correcta de cómo se desarrolla la ciencia -contenidos de naturaleza de la ciencia-; son necesarios para una interpretación adecuada de la estructura atómica de la materia [EAM] -contenidos conceptuales-; la importancia de las aplicaciones de la cuántica en nuestra sociedad ha crecido; se usan para legitimar pseudociencias como la educación o curación cuánticas -contenidos cienciatecnologíasociedad o CTS-; y al alumnado le interesan estos temas contemporáneos -contenido actitudinal- (González et al, 2020;Sinarcas & Solbes, 2013). A ello se suma que el Ministerio de Educación Nacional [MEN], a través de los estándares básicos de competencia, que determinan los contenidos mínimos que el estudiante debe conocer, no señala taxativamente la enseñanza de conceptos cuánticos (Solbes, Muñoz & Ramos, 2019), aunque estos sean necesarios para comprender la EAM, que sí aparece.…”