¿Qué debe enseñarse de cuántica en secundaria?

[arivasm]

Re: ¿Qué debe enseñarse de cuántica en secundaria?

Los libros de secundaria suelen ser bastante sucintos a la hora de abordar los conceptos de Mecánica cuántica, algo razonable pues están dirigidos a la gran mayoría del alumnado. El tratamiento que se suele hacer está un poco por encima de la divulgación, salvo por la presencia de algo de cálculo alrededor de los ejercicios tipo (por ejemplo, efecto fotoeléctrico). No recuerdo haber visto nunca un libro que se parase a explicar con calma los fundamentos de la Mecánica cuántica.

Por otra parte, lamentablemente sí es relativamente frecuente que haya algún error de concepto, sobre todo si uno se pone tiquismiquis. Pero no sólo sucede con la Mecánica cuántica. Por ejemplo, la definición de potencial o de energía potencial es, con cierta frecuencia, expresada de un modo bastante discutible (por situarla en elementos extraños al campo, como puede ser mediante "trabajo necesario", en lugar de magnitudes propias del campo).

De todos modos, todos hemos "sobrevivido" a nuestro paso por la secundaria y con el tiempo hemos afianzado algunos conceptos que inicialmente no se nos presentaron de la manera que realmente era la correcta. Con esto me refiero a que, aunque la recomendación lógica sería "si estás interesado en el tema no leas el libro de texto, sino que profundiza en otro que tenga algo más de nivel" (un buen libro de Física general podría ser adecuado), conviene no perder la perspectiva del lugar en el que uno se encuentra: no es buena idea preocuparse por llevar bien pulidos conceptos 'avanzados' si el precio es desatender los que corresponden al nivel (por ejemplo, no tiene sentido que un alumno de 2º dedique tiempo a entender qué es el entrelazamiento, por ejemplo, y se despreocupe por comprender y manejar adecuadamente la ley de Faraday, por decir una cualquiera de las importantes del curso).

Por otra parte, es un curso duro, cargado de lenguas, historia, filosofías y otras perlas. Y sería una verdadera lástima que nos quedemos sin entrar en nuestra ansiada carrera de Física porque el examen de selectividad nos ha salido mal en esas materias, por muy flamante que sea nuestro sobresaliente en Física.

Saludos!

[sater]

Re: ¿Qué debe enseñarse de cuántica en secundaria?

Me parece totalmente lógico, aun me acuerdo de cuando lo pasé yo hace unos poquitos años. Me preocupa eso, que los libros tengan erratas para la gente que por curiosidad los quiere leer. He abierto ahora mismo mi libro de química de segundo de Bachillerato, y leo en la definición de orbital: "zona del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima". El libro incluso incluye una imagen de la nube electrónica de un electrón en un átomo de hidrógeno y traza un circulo sobre la parte en la que está "más blanca". ¿Qué os parece? ¿Os parece un concepto errado que cualquier estudiante de ciencias solventará a lo largo de sus estudios universitarios, o solo lo harán aquellos que vuelvan a ver física cuántica de una manera decente?

Un saludo.

[arivasm]

Re: ¿Qué debe enseñarse de cuántica en secundaria?

Es un buen ejemplo de definición que, permitidme que le llame así, "pan para hoy, hambre para mañana". Claramente el estudio de la Química se ve facilitado con esa definición (que, probablemente, aparezca así en la gran mayoría de los libros de Química de 2º). Pero se paga un par de precios importantes: el primero es que, como se desliga de donde sale, parece que es que son así y punto; el segundo es que el concepto está absolutamente desmatematizado (ni siquiera se menciona que es la representación de una función), con lo que al posible alumno de cuántica (y recordemos que no sólo es estudiada en la licenciatura de Física) lo desliga de otras funciones de onda, como por ejemplo las del oscilador armónico (esencial, por ejemplo, para los futuros estudiantes de Química y el estudio de los modos de vibración moleculares).

Sobre si los estudiantes lo solventan o no, seguramente la mayoría sí (los de ciencias, y siempre y cuando la cuántica vuelva a aparecer en su currículo). Es más, afortunadamente muchos de ellos ni se acordarán de cómo definía el libro "orbital". Se quedarán con la idea de que en el átomo hay orbitales. Lo que les costará dependerá bastante de su flexibilidad para comprender que lo que ha aprendido es casi una divulgación. Si se queda, por ejemplo, convencido de que el átomo son "casitas para electrones" en la que los orbitales son pisos y todo eso, habrá perdido una magnífica base sobre la que construir nuevos conocimientos. De hecho, en cuanto esos aprendizajes de Química toman una forma decente, acorde con la propia Mecánica cuántica, se vuelven un ejemplo magnífico para entender muchas cosas.

De todos modos, es una verdadera lástima que los libros de Química se despachen el concepto de orbital con definiciones incorrectas como ésa, en lugar de dedicarle un par de páginas y aprovechar para formar a la gente en conocimientos más básicos. Eso sí, insisto en algo que quizá ya dije en este mismo hilo: la culpa no es de quien escribe el libro, sino de quienes elaboran los currículos. Y en eso sí que llevamos una colección de años en los que estos son muy, pero que muy, mejorables.

[skan]

Re: ¿Qué debe enseñarse de cuántica en secundaria?

¿La mayoría de los estudiantes de 3º y 4º de físicas tienen problemas para entender la física y la mecánica cuántica y pretendes darles cuántica a los de instituto, la mayoría de los cuales pasan de todo y a duras penas entienden las cosas más básicas de ciencias?
Otro problema es que ya tienen demasiadas asignaturas y demasiado temario.

[carroza]

Hola a todos.

Querría revivir este interesante hilo, de hace ya 4 años. Voy a intentar resumir algunas de las ideas presentadas en los mensajes anteriores, que comparto. Corregidme si me equivoco, o si diferis, o si quereis matizar.

1) La secundaria (4º) no es el mejor sitio para decir nada de cuántica.

2) En 1º de bachillerato se da una cuántica, orientada a introducir el concepto de orbitales para la química. Entiendo que no se habla del origen de los orbitales como funcuines que satisfacen una cierta ecuación

3) En 2º de bachillerato se da más cuantica, introduciendo átomo de Bohr, efecto fotoelectrico, radiacion de cuerpo negro?, experimento de la doble rendija, relacion de de broglie? principio de incertidumbre, ecuación de Scrrodinger.

Pernsando en los alumnos que actualmente están en secundaria, independientemente de la carrera que estudien, o no, hay un tema que les interesará conocer. Es el concepto de Qbit. Así como en un ordenador normal, toda la memoria está estructurada en bits, que son 0 o 1, en un ordenador cuántico funciona en base a Qbits, que son estados de tipo $|\psi \rangle = \cos(\theta) |0 \rangle + \sin(\theta) |1 \rangle$. No está en mi intención sugerir que los Qbits se metan en un sobrecargado temario, pero si que sería importante que todos los alumnos estuvieran cómodos con el concepto de una combinación lineal, o de superposición. En este sentido, querria preguntaros, a los docentes y a los alumnos que recientemente habeis pasado por el bachillerato, si se enseñan de forma clara conceptos como los siguientes:

1) El campo eléctrico debido a varias cargas, se obtiene, en todos los puntos del espacio, como suma (vector) de los campos debidos a cada carga. El campo total, en modulo, puede ser mayor o menor que los campos debidos a cada carga.

2) La luz, o cualquier onda, que tenga varias fuentes, se obtiene sumando "las ondas" (estrictamente las amplitudes) de las distintas fuentes, que pueden interferir de forma constructiva o destructiva, de manera que el resultado de la intensidad de la onda (proprcional al cuadrado de la amplitud) puede ser mayor o menor que la intensidad de cada onda por separado.

3) La función de onda de un electron, puede obtenerse como "suma", o como "resta", o en general como combinación lineal arbitraria, de ciertas funciones de onda que se toman como base de partida. El resultado es que la distribución de probabilidad (modulo cuadrado de la función de onda) puede tener una distribución de probabilidad diferente, mayor o menor, que las distribuciones de probabilidad de las funciones utilizadas de partida.

Si (3) quedara clara, sería facil explicar el fenómeno de la doble rendija, la hibridación de orbitales, e incluso los orbotales moleculares enlazantes y antienlazantes usados en química. Con eso, los alumnos estarían perfectamente capacitados para entender un Qbit.

Un saludo, y agradeceré vuestras opiniones al respecto.