Diseño e implementación de una unidad didáctica para introducir conceptos de mecánica cuántica en estudiantes de bachillerato

Abstract

Generalmente la física cuántica no es introducida en los cursos de física de bachillerato. Una de las principales causas es porque el nivel de abstracción y el elevado formalismo matemático, representa una enorme dificultad. Por otro lado el conocimiento del impacto social y tecnológico que ha tenido la mecánica cuántica en el desarrollo de la humanidad sobre todo en el último siglo, queda restringido para algunos de los estudiantes de nivel preuniversitario, principalmente aquellos que no siguen carreras de corte científico y tecnológico. Como parte del presente proyecto se pretende realizar un estudio sobre la aplicabilidad de una unidad, (Sólidos y Luz), que introduce principios de mecánica cuántica mediante una secuencia didáctica que utilizará dispositivos electrónicos, principalmente diodos emisores de luz (LED´S). Como parte del protocolo de investigación, se evaluarán actitudes de los estudiantes mediante cuestionarios que se utilizarán en clases de física moderna. Los aspectos a estudiar en Sólidos y Luz incluyen diversas actividades, algunas de tipo experimental en el laboratorio y otras utilizando programas interactivos de computadora. En la mayoría de los casos los materiales a emplear son baratos y fáciles de conseguir. El enfoque conceptual sobre los temas a desarrollar de mecánica cuántica se trabajará previamente en el salón de clase. Finalmente se contará con una secuencia didáctica, aplicable a una o más unidades de un curso de física moderna para nivel de bachillerato, en la que se incluirán actividades con un mínimo de contenido teórico y poniendo énfasis en las experimentales y aplicaciones por computadora, en la que se utilicen tecnologías y estrategias innovadoras para la enseñanza de tópicos de física moderna en niveles preuniversitarios. Abstract Quantum physics is not traditionally introduced in high school physics courses because of the level of abstraction and mathematical formalism associated with the subject. As part of the Quantum Mechanics Teaching project, activity-based instructional units have been developed that introduce quantum principles to students who have limited backgrounds in physics and mathematics. This study investigates the applicability of one or more units, Solid and Light, that introduce quantum principles within the context of learning about light emitting diodes. An observation protocol, attitude surveys, and questionnaires were used to examine the implementation of materials and student-teacher interactions in various high school physics levels. Aspects of Solids and Light including the use of hands-on activities, interactive computer programs, inexpensive materials, and the focus on conceptual undersanding were very applicable in the various physics classrooms observed. Both teachers and students gave these instructional strategies favorable ratings in motivating students to make observations and to learn. These ratings were not significantly affected by gender or students attitudes towards physics or computers.