Reflexões sobre o Ensino de Mecânica Quântica nos Cursos de Graduação em Física a partir de Revisão Sistemática
DOI:
https://doi.org/10.28976/1984-2686rbpec2020u13631391Palabras clave:
Mecânica Quântica, Prática como componente curricular, Graduação em FísicaResumen
Este artigo tem por objetivo descrever e analisar estudos empíricos realizados na área de concentração no que tange ao ensino de Mecânica Quântica (MQ) nos cursos de graduação em Física. Foram localizados 9 estudos indexados nas bases de dados Education Resources Information Center, Web of Science, Scopus e Springer, referentes ao período de 2001 a 2018. Para cada estudo foram consideradas suas características gerais, o conteúdo ministrado, as bases teórico-metodológicas e a síntese dos resultados. São poucos os estudos sobre o ensino de MQ em contexto de componente curricular, sobretudo no Brasil. Além da escassez, não há rigor na padronização metodológica em relação a estrutura do processo de ensino-aprendizagem investigado, o que torna difícil a comparação entre os estudos encontrados. As diferenças metodológicas contribuem para a grande diversidade de possibilidades para o ensino de MQ. Entretanto, apesar de todos os problemas, verifica-se a necessidade de investir na compreensão conceitual com atenção aos impactos gerados ao processo de formação dos estudantes. Considerando as análises realizadas, recomendam-se estudos cuidadosamente desenhados para esclarecer a relação entre a implementação de inovações didáticas condizentes com as necessidades e o interesse dos estudantes. Embora exista algumas revisões nessa área de pesquisa, ainda são insipientes o fomento de subsídios para orientar a tomada de decisão no tocante à formulação de cursos de MQ adequados à realidade de sala de aula.
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Citas
André, M. (2001). Pesquisa, Formação e Prática Docente. In M., André. O papel da pesquisa na formação e na prática dos professores. Papirus.
Akarsu, B. (2010). Einstein’s redundant triumph “quantum physics”: An extensive study of teaching/learning quantum mechanics in college. Lat. Am. J. Phys. Educ.,3(2), 273–285.
Bao, L., Jolly, P., & Redish, E. (1996). Student difficulties with Quantum Mechanics. Oral Communication, AAPT Summer meeting, Phoenix, Aug. 8–6. https://doi.org/10.1080/0950069980200404
Barros, M. A., & Freire Jr., O. (2011). O ensino/aprendizagem de Mecânica Quântica na licenciatura em Física: Um estudo de caso. In IV Encontro Estadual de Ensino de Física - RS, Porto Alegre. http://www.if.ufrgs.br/mpef/4eeefis/sistemas/busca_publicacao.php?trabalho=143
Bennett, J., Lubben, F., Hogarth, S., & Campbell, B. (2005). Systematic reviews of research in Science Education: rigour or rigidity? International Journal of Science Education, London, 27(4), 387–406. https://doi.org/10.1080/0950069042000323719
Carvalho, A. X. S. (2017). Uma Proposta de Unidade de Ensino sobre a Antiga Teoria Quântica como Instrumento Pedagógico Alternativo. Dissertação. Universidade Federal de Mato Grosso, CUIABÁ – MT. http://www1.fisica.org.br/mnpef/sites/default/files/Dissertacao-Alessandro.pdf
Carvalho Neto, R. A. (2016). Internalização do significado da Teoria Quântica do Processo de Medida de acordo com a interpretação da complementaridade. (C3331i) [Tese de doutorado, Programa de Pós-Graduação em Ensino, Filosofia e História das Ciências, Universidade Federal da Bahia e Universidade Estadual de Feira de Santana,]. 271 p.
Carvalho Neto, R. A., Freire Jr, O., & Silva, J. L. P. B. (2009). Improving students’ meaningful learning on the predictive nature of quantum mechanics. Investigações em Ensino de Ciências, 14(1), 65–81.
Chaves, F. G. (2010). Uma proposta de inserção de conteúdos de Mecânica Quântica no ensino médio por meio de um curso de capacitação para professores em atividade. Dissertação. Universidade de Brasília.
Cuesta-Beltrán, Y. J. (2018). Estado del arte: Tendências en la enseñanza de la física cuántica entre 1986 y 2016. TED, 44(jul-dic), 147–166. https://doi.org/10.17227/ted.num44-8995
Deslauriers, L., & Wieman, C. (2011). Learning and retention of quantum concepts with different teaching methods, Physical Review Special Topics – Physics Education Research 7(1), 010101. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.7.010101
Didiş, N., Eryilmaz, A., & Erkoç, S. (2010). Pre-service Physics Teachers’Comprehension of Quantum Mechanical Concepts. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 6(4), 227–235. https://doi.org/10.12973/ejmste/75243
Dios, J. G., & Santamaría, A. B. (2007). Revisión sistemática y metanálisis (I): Conceptos básicos. Evidencias em Pediatría. 3(4),107. 1–10
Dominguini, L. (2012). Física moderna no Ensino Médio: Com a palavra os autores dos livros didáticos do PNLEM. Revista Brasileira de Ensino de Física. 34(2) 1–7.
Fanaro, M. A., Arlego, M., & Otero, M. R. (2007). El Método de Caminos Múltiples de Feynman como Referencia para Introducir los Conceptos Fundamentales de la Mecánica Cuántica en la Escuela Secundaria. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 24(2), 233–260.
Ferreira, R. M. (2013). Física moderna: Divulgação e acessibilidade no ensino médio através das histórias em quadrinho. Dissertação. Universidade Federal de Alagoas, Maceió.
Freire Jr., O. Pessoa Jr., O., & Bromberg, J. L. (2010). (Orgs.) Teoria Quântica: Estudos Históricos e Implicações Culturais. EDUEPB. Livraria da Física.
Greca, I. M., & Freire, O. (2014). Meeting the Challenge: Quantum Physics in Introductory Physics Courses. In Matthews, M. R. (Ed.) International Handbook of Research in History, Philosophy and Science Teaching. Springer, (Vol. 1), pp. 183–209.
Greca, I. M., & Herscovitz, V. E. (2002). Construyendo significados en mecánica cuántica: fundamentación y resultados de una propuesta innovadora para su introducción en el nivel universitario. Enseñanza de las Ciencias, 20(2), 327–338. https://www.raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/21818.
Greca, I. M., & Santos, F. M. T. (2020). Research Methods in Science Education in Latin America: How we are Carrying out Research in this Last Decade. In C. N. El-Hani, M. Pietrocola, E. F. Mortimer, & M. R. Otero (Orgs.). Science Education Research in Latin America. Brill. pp. 20–39
Jiménez-Aleixandre, M. P. (1998). Onde vai a pesquisa em Didática das Ciências: Estudos dos discursos na aula. In Atas do IV Encontro de Pesquisa em Ensino de Física. Cd-Rom SBF.
Johnston, I. D., Crawford, K., & Fletcher, P. R. (1998). Student difficulties in learning quantum mechanics. Int. J. Sci. Educ., 20(4), 427–446. https://doi.org/10.1080/0950069980200404
Krijtenburg-Lewerissa, K., Pol, H. J., Brinkman, A., & Van Joolingen, W. R. (2017). Insights into Teaching Quantum Mechanics in Secondary and Lower Undergraduate Education. Phys. Rev. Phys. Educ. Res. 13(1) 010109. 1–21
Lüdke, M., & André, M. (1986). Pesquisa em Educação: Abordagens Qualitativas. Editora pedagógica e universitária – EPU.
Machado, D. I., & Nardi, R. (2006). Construção de conceitos de Física moderna e sobre a natureza da Ciência com suporte da hipermídia. Revista Brasileira de Ensino de Física, 28(4), 472–485.
Marandino, M. (2003). A prática de ensino nas licenciaturas e a pesquisa em ensino de Ciências: Questões atuais. Cad. Bras. Ens. Fís. 20(2), 168–193.
Meltzer, D., & Thornton, R. (2012). Resource letter ALIP-1: Active-learning instruction in Physics. Am J Phys, 80(6), 478–496. https://doi.org/10.1119/1.3678299
Moreira, M. A. (2018). Uma análise crítica do ensino de Física. Estud. av., 32(94), 73–80. https://doi.org/10.1590/s0103-40142018.3294.0006
Müller, R., & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of Physics, 70(3), 200–209. http://www.fisica.net/quantica/ebooks/MULLER%20-%20Teaching%20quantum%20mechanics%20on%20an%20introductory%20level.pdf
Oliveira, F. F., Vianna, D. M., & Gerbassi, R. S. (2007). Física Moderna no Ensino Médio: O que dizem os professores. Revista Brasileira de Ensino de Física, 29(3), 447–454.
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. https://www.if.ufrgs.br/cref/ojs/index.php/ienci/article/view/600/390
Ostermann, F., & Prado, S. D. (2005). Interpretações da mecânica quântica em um interferômetro virtual de Mach-Zehnder. Revista Brasileira de Ensino de Física. 27(2), 193–203. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172005000200003&script=sci_abstract&tlng=pt
Pacheco, J. A. (2001). Currículo: Teoria e prâxis. (2.ed.). Porto.
Pantoja, G. F., Moreira, M. A., & Herscovitz, V. E. (2011). Uma revisão da literatura sobre a pesquisa em ensino de mecânica quântica no período de 1999 a 2009. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia, 4(3), 1–34.
Paulo, I. J. C., & Moreira, M. A. (2011). O problema da linguagem e o ensino da mecânica quântica no nível médio. Ciênc. educ. (Bauru) 17(2), 421–434.
Pereira, R. O., & Aguiar, O. (2006). Ensino de Física no nível Médio: Tópicos de Física Moderna e Experimentação. Revista Ponto de Vista, 3(1), 65–81.
Pereira, A. P., & Ostermann, F. (2009). Sobre o ensino de física moderna e contemporânea: uma revisão da produção acadêmica recente. Investigações em Ensino de Ciências, 14(3), 393–420.
Pereira, F. C., & Schumacher, E. (2013). Hands-on-tec e a Aprendizagem Significativa de conceitos de Física Moderna e Contemporânea. Aprendizagem Significativa em Revista, 3(2), 22–34.
Pessoa Jr., O. (2003). Conceitos de Física Quântica. 1 ed., vol. 1. Editora Livraria de Física.
Pietrocola, M. (2003). A História e a Epistemologia no Ensino de Ciências: dos processos aos modelos de realidade na educação científica. In A. M. R., Andrade (Org.). Ciência em Perspectiva. Estudos, Ensaios e Debates. MAST/SBHC, pp. 133–149.
Pospiech, G., & Schöne, M. (2014). Quantum Physics in Teacher Education. In G. Burra, B. G. Sidharth, M. Michelini, & L. Santi, (Eds). Frontiers of Fundamental Physics and Physics Education Research. Springer Proceedings in Physics, 145 (1), 407–416.
Rocha, C. R., Moreira, M. A., & Herscovitz, V. E. (2010). Introdução à Mecânica Quântica: Uma proposta de minicurso para o ensino de conceitos e postulados fundamentais. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia, 3(1). https://lume.ufrgs.br/handle/10183/132503
Rocha, C. R., Herscovitz, V. E., & Moreira, M. A. (2018). Uma revisão da literatura em publicações de 2010 a 2016 sobre o ensino de conceitos fundamentais de Mecânica Quântica. Latin-American Journal of Physics Education, 12(1), 1–20.
Santos, M. A. B. A. (2012). Mecânica Quântica no processo de formação de licenciandos em Física: Um estudo de caso. [Tese de Doutorado, Universidade Federal da Bahia, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação].
Santos F. O. J., & Sánchez G. S. (2000). Pesquisa educacional: Quantidade-qualidade. Cortez Editora.
Silva, A. C., & Almeida, M. J. P. M. (2011). Física quântica no ensino médio: o que dizem as pesquisas. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 28(3), 624–653. http://dx.doi.org/10.5007/2175-7941.2011v28n3p624
Singh, C., & Marshman, E. (2015). Review of student difficulties in upper-level quantum mechanics. Physical review special topics - Physics Education Research, 11, 020117. https://arxiv.org/abs/1504.02056
Styer, D. (1996). Common misconceptions regarding quantum mechanics, Am. J. Phys. 64(1). 1–8. http://www.physics.umd.edu/courses/Phys401/bedaque07/misconnzz.pdf
Teixeira, E. S., Greca, I. & Freire, O. (2012a). The History and Philosophy of Science in Physics Teaching: a research synthesis of didactic interventions. Science and Education, 21(6), 771–796. https://link.springer.com/article/10.1007/s11191-009-9217-3
Teixeira, E. S., Greca, I., & Freire, O. (2012b). Uma revisão sistemática das pesquisas publicadas no Brasil sobre o uso didático de História e Filosofia da Ciência no Ensino de Física. In L. O. Q. Peduzzi, A. F. P. Martins, & J. M. Hidalgo, (Orgs.) Temas de História e Filosofia da Ciência no Ensino. EDUFRN.
Villani, A., & Guridi, V. (2008). Professor — Pesquisador de sua Prática: Dificuldades e motivações. VIII Congreso Internacional sobre Investigación en la Didáctica de las Ciencias. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 5(3), 1630–1633.
Zollman, D., Rebello, S., & Hogg, K. (2002). Quantum physics for everyone: Hands-on activities integrated with technology. Am. J. Phys. 70(3), . https://eric.ed.gov/?id=EJ652830
Zhu, G., & Singh, C. (2012b). Improving students’ understanding of quantum measurement II. Development of research- based learning tools. Physical Review Special Topics – Physics Education Research, 8(1), 010118, 1–13. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.8.010118
Referências dos artigos selecionados para análise final
A1 - Singh, C. (2001). Student understanding of quantum mechanics. American Journal of Physics, 69(8), 885–895. https://doi.org/10.1119/1.1365404
A2 - Greca, I. M., Moreira, M. A., & Herscovitz, V. E. (2001). Uma proposta para o ensino de mecânica quântica. Rev. Bras. Ensino Fís., 23(4), 444–457. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172001000400010
A3 - Müller, R., & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. Am. J. Phys. 70, 200. https://doi.org/10.1119/1.1435346
A4 - Montenegro, R. L., & Pessoa Jr., O. (2002). Interpretações da Teoria Quântica e as concepções dos estudantes do curso de Física. Investigações em Ensino de Ciências, 7(2), 107–126. https://www.if.ufrgs.br/cref/ojs/index.php/ienci/article/view/564/356
A5 - Carr, L. D., & Mckagan, S. B. (2009). Graduate quantum mechanics reform. American Journal of Physics, 77, 308. https://arxiv.org/abs/0806.2628
A6 - Baily, C., & Finkelstein, N. D. (2010). Teaching and understanding of quantum interpretations in modern physics courses. Physical review special topics - Physics Education Research, 6, 010101-1–010101-11. https://journals.aps.org/prper/pdf/10.1103/PhysRevSTPER.6.010101
A7 - Deslauriers, L., & Wieman, C. (2011). Learning and retention of quantum concepts with different teaching methods. Physical review special topics - Physics Education Research, 7(1), 010101-1–010101-6 . https://eric.ed.gov/?id=EJ921976
A8 - Zhu, G., & Singh, C. (2012a). Improving students’ understanding of quantum measurement. I. Investigation of difficulties. Physical review special topics Physics - Education Research, 8(1), 010117-1–010117-8. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.8.010117
A9 - Didis, N. (2012a). The analysis of analogy use in the teaching of introductory quantum theory. Chem. Educ. Res. Pract., 16, 355–376. http://dx.doi.org/10.1039/C5RP00011D
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