Simulação computacional no ensino da física quântica no secundário

Abstract

Os conceitos de Física Quântica que começaram, recentemente, a ser lecionados na disciplina de Física do 12º ano de escolaridade do ensino secundário, estão na base do funcionamento de muitos dos equipamentos de tecnologia moderna. Estes conceitos são de difícil compreensão por parte dos alunos deste nível de ensino, tornando-se assim necessário e urgente a integração de novas estratégias no processo de ensino-aprendizagem, que permitam a estes alunos a compreensão de conceitos de física quântica, tais como quantificação de energia, dualismo onda-corpúsculo e princípio de incerteza de Heisenberg, entre outros. Neste contexto, a utilização, por parte dos professores, de simulações computacionais para a visualização/ilustração destes conceitos é de grande interesse e utilidade, uma vez que ocorrem em escalas temporais e espaciais impossíveis de observar com os meios laboratoriais disponíveis nas escolas. No entanto, são ainda escassas as ferramentas de simulação que possam ser utilizadas pelos professores e alunos do ensino secundário e lhes permitam estudar as várias experiências, onde estes conceitos são evidenciados, e manipular as suas variáveis. No sentido de contribuir para colmatar esta lacuna, desenvolvemos software educativo, utilizando ferramentas computacionais de acesso gratuito, para a simulação/ilustração de vários conceitos de física quântica, e propomos, neste trabalho, estratégias para a sua utilização no ensino secundário. Por considerarmos pertinente, sugerimos também neste trabalho a realização de algumas atividades laboratoriais que exigem montagens de baixo custo e cuja realização está ao alcance de todos.

The concepts of Quantum Physics that have recently started being taught in Physics in the 12th form of secondary education are in the basis of the functioning of many modern technological devices. These concepts are difficult to understand by the 12th-form students, thus demanding an urgent introduction of new strategies in the process of learning and teaching that will allow the students to understand the concepts of quantum physics, such as quantization of energy, wave-corpuscle dualism and the Heisenberg uncertainty principle, among others. In this context, the teachers’ use of computer simulations to visualize/illustrate these concepts is very useful and of high interest, since they occur in time and space scales which are impossible to observe with the lab equipment available in schools. However, there is still a scarcity of simulation tools that can be used by teachers and secondary school students that allow them to study the various experiments where these concepts are seen and to manipulate their variables. As a way of contributing to fill this gap, we have developed educational software using computer tools of free access to simulate/illustrate various concepts of quantum physics and we suggest, in this study, strategies to use it in secondary education. As we consider it important, we recommend the implementation of lab activities that demand inexpensive resources which can be performed by everybody.