Enseñanza de la ,mecánica cuántica en la escuela medida



Autor:

fanaro cavalli, maría de los ángeles

Universidad:

burgos

Departamento:

Informacion no disponible

Fecha de lectura:

23-07-2009

Director:


moreira, marco antonio
TRIBUNAL

Presidente:

martinez torregrosa, joaquin

Secretario:

meneses villagrá, jesús ángel

Vocal:

guisasola aranzabal, jenaro

Vocal:

pérez rodríguez, ángel luis

Vocal:

ballesteros castañeda, angel


Descriptores:


line

Resumen:


Esta Tesis aborda el problema de la enseñanza de conceptos fundamentales de Mecánica Cuántica en la escuela media. Se elabora una estructura conceptual de referencia relacionada con el enfoque de la Mecánica Cuántica de Feynman Path Integrals o Caminos Múltiples, que es alternativo y complementario al enfoque canónico. Su potencial reside en que permite prescindir del desarrollo estrictamente histórico y tradicional, que se adopta usualmente en la enseñanza. Se parte de la Física Clásica -cuyos conceptos son familiares a los estudiantes- y se analiza y fundamenta la transición entre la Mecánica Cuántica y la Clásica. Así, se estudia como enseñar el concepto de sistema cuántico y los Principios de Superposición y de Correspondencia. La formulación matemática de la Integral de Camino se adapta al conocimiento matemático de los estudiantes empleando un marco geométrico-vectorial. La técnica se aplica para explicar los resultados que se obtienen en la Experiencia de la Doble Rendija (EDR). La elección de este ejemplar permite la emergencia de las ideas de los estudiantes - electrones como pequeñísimas bolillas- y muestra como el concepto de sistema cuántico asociado a la técnica de Path Integrals explica la distribución de probabilidad de los electrones, que no puede derivarse desde las ideas clásicas de los estudiantes. El estudio didáctico previo, conduce a la elección del caso del electrón libre como un ejemplar que reúne las características de los sistemas cuánticos, y permite aplicar la técnica a la disposición experimental de la EDR, de manera relativamente sencilla. Se logra modelizar la curva de probabilidades obtenida en la simulación de la experiencia y explicar el patrón de interferencia. El diseño de la propuesta requiere la generación de situaciones que emplean software de simulación y la generación de nuevas simulaciones con ModelusTM. Se realiza un análisis didáctico a priori para anticipar la mayor cantidad de posibles acciones de los estudiantes y del profesor, considerando aspectos cognitivos y afectivos. Se adoptan los lineamientos didácticos propuestos en Otero (2006; 2007) que integran la Teoría de los Campos Conceptuales (Vergnaud, 1990), la Teoría del Aprendizaje Significativo (Ausubel, 1963, 1968; Novak, 1982; Gowin, 1981; Novak & Gowin, 1984); la Teoría del Aprendizaje Significativo Crítico (Moreira, 2000) y las ideas sobre emociones, conocimiento y lenguaje de Maturana (1995). Uno de los resultados de este trabajo es la generación de un producto didáctico para enseñar nociones cuánticas fundamentales en la Escuela Media. El producto se implementó en un curso de Física del último año y se analizaron los resultados registrando la totalidad de las clases en formato de audio y recogiendo todas las producciones escritas de los estudiantes. Se estudió la conceptualización utilizando la Teoría de los Campos Conceptuales de Vergnaud (1990). Se analizaron los aspectos afectivos, los estudiantes aceptaron la forma de trabajo propuesta muy distinta a la habitual-, aceptaron las situaciones sin sentirse superados por ellas, enfrentaron los desafíos y fueron capaces de realizar el esfuerzo cognitivo y afectivo necesario. Un grupo amplio de estudiantes aceptó las explicaciones relativas al electrón como sistema cuántico, y los principios de superposición y de correspondencia entre la Mecánica Cuántica y la Mecánica Clásica. La secuencia fue nuevamente implementada y adaptada a contextos diferentes. Se concluye que la secuencia es viable en el último año de la enseñanza media, y se reconoce la necesidad de avanzar en el estado del conocimiento actual acerca del tratamiento escolar de aspectos cuánticos que complementan los aquí tratados, como la cuantización de energía y el comportamiento de los fotones.