Building the Black Box of Louis de Broglie’s Wave-Particle Duality in the Classroom
DOI:
https://doi.org/10.28976/1984-2686rbpec2021u130Keywords:
Science teaching, Cultural History of Sciences, Bruno Latour’s Sociology and Philosophy, Knowledge validation, Wave-particle dualityAbstract
In this article, we present the results of a research study divided into a theoretical and an empirical part, which focuses on discussing the validation of the wave-particle duality concept proposed by Louis de Broglie in 1923, based on investigation of scientific articles. The historiographical aspect of Cultural History of Science and Bruno Latour’s Sociology and Philosophy guided the study. Thus, we carried on the aforementioned investigation from mentions in scientific journals, discussing how did they develop the knowledge on De Broglie’s concepts considering the humans and non-humans agents involved in the process. From the analysis, we develop an empirical investigation that was implemented in Physics classes, where we analyzed which questions about validation of scientific knowledge emerged, as the concept of scientific dissemination of knowledge was presented. The results indicate that students call into question their own prior views about scientific production such as that scientific knowledge is only validated from mathematical propositions and experimental tests.
Downloads
References
Acevedo, J. A., Vázquez, A., Paixão, M. F., Acevedo, P., Oliva J. M., & Manassero, M. A. (2005). Mitos da didática das ciências acerca dos motivos para incluir a natureza da ciência no ensino de ciências. Ciência & Educação, 11(1), 1–15. https://doi.org/10.1590/S1516-73132005000100001
Acevedo-Diaz, J. A. (2009). Enfoques Explícitos versus implícitos en la enseñanza de la naturaleza de la ciencia. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 6(3), 355–386.
Allchin, D (2013). Teaching the nature of Science – Perspectives and resources. SHiPS Education Press.
Allchin, D. (2011). Evaluating knowledge of the nature of (whole) science. Science Education, 95(3), 518–542.
Andre, M. D. E. A. (2005). Etnografia da prática escolar. Papirus Editora.
Auler, D. (2007). Enfoque ciência-tecnologia-sociedade: Pressupostos para o contexto Brasileiro. Ciência & Ensino, 1(número especial), 1–20.
Barros, A. A., & Barros, M. A. (2018). “Uma teoria experimental dos quanta de luz” de Louis de Broglie: Uma tradução comentada. Revista Sustinere, 6, 175–200. https://doi.org/10.12957/sustinere.2018.31732
Bohr, N. (1913). On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I. Philosophical Magazine, 26, 1–24. http://doi.org/10.1080/14786441308634955
Bohr, N. (1913). On the Constitution of Atoms and Molecules, Part II Systems Containing Only a Single Nucleus. Philosophical Magazine, 26, 476–502. http://doi.org/10.1080/14786441308634993
Bohr, N. (1913). On the Constitution of Atoms and Molecules, Part III Systems Containing several nuclei. Philosophical Magazine, 26, 857–875. http://doi.org/10.1080/14786441308635031
Brown, H. R., & Martins, R. A. (1984). De Broglie’s relativistic phase waves and waves groups. American Journal of Physics, 52(12), 1130–1140. https://doi.org/10.1119/1.13743
Burke, P. (2008). O que é história cultural? Zahar.
Büttiker, M., & Thomas, H. (1988). Front propagation in evanescent media. Superlattices and Microstructures, 23(3,4), 781–794. https://doi.org/10.1006/spmi.1997.0540
Cushing, J. T. (1994). Quantum mechanics: historical contingency and the Copenhagen hegemony. The University of Chicago Press, Ltd.
De Broglie, L. (1923a). Ondes et quanta. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris, 177, 507–510.
De Broglie, L. (1923b). Quanta de lumière, diffraction et interférences. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris, 177, p. 548–550.
De Broglie, L. (1923c). Les quanta, la théorie cinétique des gaz et le principe de Fermat. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris, 177, 630–632.
De Broglie, L. (1923d). Waves and quanta. Nature Magazine, 112, 540–540. https://doi.org/10.1038/112540a0
De Broglie, L. (1924). A tentative theory of light quanta. Philosophical Magazine, 47, 446–458.
De Broglie, L. (1925). Recherches sur la théorie des Quanta. Annales de Physique, 10(3), 22–128. https://doi.org/10.1051/anphys/192510030022
De Broglie, L. (1927). La mécanique ondulatoire et la structure atomique de la matière et du rayonnement. Journal de Physique et le Radium, 8(5), 225–241. https://doi.org/10.1051/jphysrad:0192700805022500
De Broglie, L. (1958). Physics and Metaphysics. Nature Magazine, 181, 1814–1814. https://doi.org/10.1038/1811814a0
Dürr, S., Nonn, T., & Rempe, G. (1998). Origin of quantum-mechanical complementarity probed by a ‘which-way’ experiment in an atom interferometer. Nature Magazine, 395, 33–37. https://doi.org/10.1038/25653
Forato, T. C. M., Martins, R. A., & Pietrocola, M. (2011). Historiografia e natureza da ciência na sala de aula. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 28(1) 27–59. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2011v28n1p27
Geertz, C. (2008). As interpretações das culturas. Guanabara.
Gilbert, W. (1893). De Magnete. (P. F. Mottelay, Trad.). (Trabalho original publicado em 1600). https://www.lancaster.ac.uk/fass/projects/gilbert/docs/onloadstonemagne00gilbuoft.pdf
Goellner, S. V., Fraga, A. B., Filho, A. R. R., & Mazo, J. Z. (2010). Pesquisa qualitativa na educação física brasileira: Marco teórico e modos de usar. Revista da Educação Física (UEM), 21(3), 381–410.
Guerra, A., Braga M., & Reis J. C. (2004). Uma abordagem histórico-filosófica para o eletromagnetismo no ensino médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 21(2), 224–248. https://doi.org/10.5007/%25x
Hagstrom, W. O. (1975). The Scientific Community. Arcturus books.
Hin, L. T. W., & Subramaniam, R. (2009). Scientific academies and scientific societies as agents for promoting science culture in developing countries. International Journal of Technology Management, 46(1,2), 132–145. https://doi.org/10.1504/IJTM.2009.022681
Hobsbawm, E. (1994). Era dos extremos. O breve século XX — 1914–1991. Editora Schwarcz.
Höttecke, D., & Silva, C. C. (2011). Why implementing history and philosophy in school Science education is a challenge: An analysis of obstacles. Science & Education, 20, 293–316. https://doi.org/10.1007/s11191-010-9285-4
Irzik, G., & Nola, R. (2011). A family resemblance approach to the nature of science for Science education. Science & Education, 20(7,8) 591–607. https://doi.org/10.1007/s11191-010-9293-4
Jardim, W., & Guerra, A. (2017). República das Letras, Academias e Sociedades Científicas no século XVIII: A garrafa de Leiden e a ciência no ensino. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 34(3), 774–797. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2017v34n3p774
Latour, B. (2001). A esperança de Pandora. EDUSC.
Latour, B. (2011). Ciência em ação: como seguir cientistas e engenheiros sociedade afora. (2. ed.). Unesp.
Latour, B. (2012). Reagregando o Social. Uma introdução à teoria do Ator-rede. EDUSC.
Latour, B. (2013). Jamais Fomos Modernos. (3. ed.). Editora 34.
Latour, B., & Woolgar. (1997). A vida de laboratório: a produção dos fatos científicos. Relume Dumará.
Lederman, N. G. (2007). Nature of science: Past, present, and future. In S. K. Abell, & N. G. Lederman (Eds.), Handbook of Research on Science Education (831–879). Lawrence Erlbaum Associates.
Lederman, N. G., & Lederman, J. S. (2019). Teaching and Learning of Nature of Scientific Knowledge and Scientific Inquiry: Building Capacity through Systematic Research-Based Professional Development. Journal of Science Teacher Education, 1–26. http://doi.org/10.1080/1046560x.2019.1625572
Lima, N. W., Ostermann, F., & Cavalcanti, C. J. H. (2018). A não-modernidade de Bruno Latour e suas implicações para a Educação em Ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 35(2), 367–388. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2018v35n2p367
Lima, N. W., Nascimento, M. M., Ostermann, F., & Cavalcanti, C. J. H. (2020). Louis de Broglie’s wave-particle duality: From textbooks blackboxes to a chain of reference presentation. Revista Brasileira de Ensino de Física (online), 42, e20190134. https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2019-0134
Lüdke, M., & André, M. E. D. A. (1986). Pesquisa em educação: abordagens qualitativas. EPU.
Martins, A. F. (2007). História e Filosofia da Ciência no ensino: Há muitas pedras nesse caminho... Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 24(112), 112–131. https://doi.org/10.5007/%25x
Martins, A. F. P. (2015). Natureza da Ciência no ensino de ciências: Uma proposta baseada em “temas” e “questões”. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 32(3), 703–737. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2015v32n3p703
Martins, R., & Rosa, P. (2014). História da teoria quântica - a dualidade onda-partícula, de Einstein a De Broglie. Livraria da Física.
Matthews, M. R. (1994). Science Teaching: The Role of History and Philosophy of Science. Routledge.
Mehra, J., & Rechenberg, H. (1982). The Historical Development of Quantum Theory. The Quantum Theory of Planck, Einstein, Bohr and Sommerfeld: Its Foundation and the Rise of Its Difficulties 1900–1925. (Vol. 1.). Springer.
Milne, C. (2011). The Invention of Science: Why History of Science Matters for the Classroom. Sense Publishers.
Moura, C. B. (2019). Educação científica, história cultural da ciência e currículo: articulações possíveis. (Tese de Doutorado em Ciência, Tecnologia e Educação). Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, RJ.
Moura, C. B., & Guerra, A. (2016). História cultural da ciência: um caminho possível para a discussão sobre as práticas científicas no ensino de ciências? Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, 16(3), 725–748.
Ostermann, F., & Moreira, M. A. (2000). Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa “Física Moderna e contemporânea no ensino médio”. Investigações em Ensino de Ciências, 5(1), 23–48.
Peron, T. S. (2014). História e Filosofia da Ciência e a abordagem do Método Científico. In III Conferência latinoamericana del international, history and philosophy of science teaching group IHPST- LA (p.299–309). Santiago.
Peron, T. S., & Guerra, A. (2017). A História Cultural da Ciência, cinema e o ensino das leis de Newton. Ensenanza de Las Ciencias, volume extra, 3809–3815.
Peron, T. S., Guerra, A., & Forato, T. C. M. (2011). Contextualizando Galileu: Um possível caminho para abordar natureza da ciência em sala de aula. In Atas do VIII Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências (ENPEC) (p. 1–12). Campinas, SP.
Pessoa Jr, O. (2003). Conceitos de Física Quântica. (1a ed.). Editora Livraria da Física.
Pimentel, J. (2010). ¿Qué es la historia cultural de la ciencia? Arbor, 186(743), 417–424. https://doi.org/10.3989/arbor.2010.743n1206
Prown, J. D. (1982). Mind in Matter: An Introduction to Material Culture Theory and Method. Spring, Winterthur Portfolio, 17(1), 1–19.
Rosa, P. S. (2004). Louis de Broglie e as ondas de matéria. Dissertação de mestrado. UNICAMP, IFGW. Campinas, SP.
Santos, B. S., & Meneses, M. (2010). Introdução. In B. S. Santos, & M. Meneses, (Orgs.) Epistemologias do Sul. (9–20). Almedina.
Santos, M. (2018). Uso da História da Ciência para Favorecer a Compreensão de Estudantes do Ensino Médio sobre Ciência. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, 18(2), 641–668. https://doi.org/10.28976/1984-2686rbpec2018182641
Schiffer, H., & Guerra, A. (2015). Electricity and Vital Force: Discussing the Nature of Science Through a Historical Narrative.
Science & Education (Dordrecht), 24, 409–434. https://doi.org/10.1007/s11191-014-9718-6
Schmidt, D. G. (2008). Erwin Schrödinger: A compreensão do mundo infinitesimal através de uma realidade ondulatória. (Dissertação de mestrado, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo).
Schrödinger, E. (1926). Über das Verhältnis der Heisenberg‐Born‐Jordanschen Quantenmechanik zu der meinem. Annalen der Physik, 384(4), 361–376. https://doi.org/10.1002/andp.19263840404
Schrödinger, E. (1926). An Undulatory Theory of the Mechanics of Atoms and Molecules. Physical Review, 28(6), 1049–1070. https://doi.org/10.1103/PhysRev.28.1049
Stark, J. (1907). Elementarquantum der Energie, Modell der negativen und positiven Elektrizität. Physikalische Zeitschrift, 8, 881–884. https://archive.org/details/physikalischeze00unkngoog
Tedesco, J. C. (2006). Prioridade ao ensino de ciências: Uma decisão política. Madri: OEI-Organização dos Estados Ibero-americanos para a Educação, a Ciência e a Cultura.
Whitley, R. (1972). Black boxism and the sociology of science: a discussion of the major developments in the field. Sociological Review, 18, 61–92. https://doi.org/10.1111/j.1467-954X.1970.tb03176
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2021 Thiago Peron, Andreia Guerra
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
The authors are responsible for the veracity of the information provided and for the content of the papers.
The authors who publish in this journal fully agree with the following terms:
- The authors attest that the work is unpublished, that is, it has not been published in another journal, event notices or equivalent.
- The authors attest that they did not submit the paper to another journal simultaneously.
- The authors retain the copyright and grant to RPBEC the right of first publication, with the work licensed simultaneously under a Creative Commons Attribution License, which allows the sharing of the work with acknowledgment of authorship and initial publication in this journal.
- The authors attest that they own the copyright or the written permission from copyright owners of figures, tables, large texts, etc. that are included in the paper.
- Authors are authorized to take additional contracts separately, for non-exclusive distribution of the version of the work published in this journal (for example, to publish in institutional repository or as a book chapter), with acknowledgment of authorship and initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) after the publication in order to increase the impact and citation of published work.
In case of identification of plagiarism, inappropriate republishing and simultaneous submissions, the authors authorize the Editorial Board to make public what happened, informing the editors of the journals involved, any plagiarized authors and their institutions of origin.
