Os conceitos de quantum de uma grandeza e dualidade onda-partícula no ensino do modelo atômico

Abstract

Esta dissertação se refere a uma pesquisa acerca da aprendizagem e do ensino dos conceitos de quantum de uma grandeza e de dualidade onda-partícula associados ao modelo atômico quântico. Investigações realizadas anteriormente pelo nosso grupo de pesquisa apontaram para a existência de problemas de ensino relacionados aos livros didáticos de Química para o ensino médio e, consequentemente, para a necessidade de propostas de ensino do modelo quântico do átomo que contribuam para a melhoria do estudo de ciências no nível médio, especialmente no que diz respeito à disciplina Química. No entanto, para desenvolver, organizar e realizar tais propostas, é preciso professores com formação adequada e, por este motivo, optou-se por focar no problema da aprendizagem do modelo atômico quântico em nível universitário, logo, em prováveis professores em formação. A partir dessas considerações delimitou-se nosso objetivo: investigar como estudantes do curso de Química adquirem e desenvolvem os conceitos de quantum e dualidade onda-partícula associados ao modelo atômico quântico. A fundamentação teórica utilizada se baseia nas categorias que compõem um conceito segundo Hardy-Vallée, as quais constituem os elementos mínimos necessários à sua aquisição, e na teoria histórico-cultural, de Vigotski, segundo a qual o emprego do conceito, estimulado por problemas/tarefas colocados pelo meio social, leva ao desenvolvimento conceitual. Sendo assim, buscou-se detectar na linguagem escrita empregada pelos estudantes em uma avaliação do curso de Química por indícios de aquisição e de desenvolvimento dos conceitos abordados. A coleta de dados envolveu primeiramente a escolha da turma de Química Quântica I, por necessariamente abordar os conceitos de interesse a esta pesquisa, bem como, por ser obrigatória também ao curso de licenciatura. Por sua vez, o procedimento de análise dos dados ocorreu pela busca em cada questão das provas por um conjunto de palavras-chaves fundamentais para o que consideramos respostas que atendem aos critérios de inclusão de coisas nos conceitos de nosso interesse; identificou-se também, a organização conceitual que estabeleceram na resolução dos problemas propostos; com base nas palavras-chaves encontradas nas respostas dos estudantes, concluiu-se pela aquisição, ou não, dos conceitos em foco. Os resultados obtidos apontam, de modo geral, para uma aquisição conceitual parcial, evidenciada pela presença de porcentagens significativas de respostas que fogem à organização prevista, indicando também que o processo de desenvolvimento conceitual não atingiu totalmente seu potencial. Paralelamente a estes resultados diretamente relacionados à questão de pesquisa, extraímos também implicações para o ensino no sentido de superar as dificuldades de desenvolvimento conceitual apresentadas pelos estudantes, de modo a contribuirmos para melhorias no ensino do modelo atômico quântico. Como possível desdobramento, propomos elaborar e aplicar sequências didáticas utilizando metodologias que permitam evitar tais entraves à aprendizagem, promovendo um ensino mais eficaz e duradouro tanto na formação de professores, quanto no ensino médio.

This dissertation is about a research on the learning and teaching of the concepts of quantum of a physical quantity and wave-particle duality associated to the quantum atomic model. Investigations made previously by our research group pointed to the existence of teaching problems related to the textbooks of chemistry for high school and, consequently, to the need for teaching proposals for the quantum atomic model that contribute to the improvement of the study of science in high school, especially regarding to chemistry. However, in order to develop, organize and carry out such proposals, we need teachers with adequate training and, for this reason, we opted to focus on the problem of learning on the quantum atomic model at university level, and thus into prospective teachers in training. From these considerations the following research question was delimited: how do chemistry students acquire and develop the concepts of quantum and wave-particle duality associated to the quantum atomic model? Therefore, our objective is to investigate how chemistry students acquire and develop the concepts of quantum of a physical quantity and wave-particle duality associated to the quantum atomic model. The theoretical foundation is based on the categories that make up a concept according to Hardy-Vallée, which are the minimum elements necessary for its acquisition, and in Vygotsky's historical-cultural theory, according to which the use of the concept, stimulated by problems / tasks placed by the social environment, leads to conceptual development. Thus, we try to detect in the written language employed by the students in a course evaluation for evidence acquisition and development of the covered concepts. The data collection involved first of all the choice of the Quantum Chemistry I class, for necessarily address the concepts of interest to this research, as well as being compulsory also for the licentiate course. In turn, the procedure of data analysis occurred through the search in each question of the tests for a set of keywords for what we consider answers that meet the criteria of inclusion of things in the concepts of our interest; it was also identified the conceptual organization that they established in the resolution of the proposed problems; based on the keywords found in the students' answers, was concluded by their acquisition, or not, of the concepts. The results obtained indicate, in general, a partial conceptual acquisition, evidenced by the presence of significant percentages of responses that escape the expected organization, also indicating that the conceptual development process did not reach its full potential. Parallel to these results directly related to the research question, we also extracted implications for teaching in order to overcome the difficulties of conceptual development presented by the students, in order to contribute to improvements in the teaching of the quantum atomic model. As a possible extension, we propose to develop and implement didactic sequences using methodologies to prevent such barriers to learning, promoting a more effective and lasting teaching in teacher training, as in high school.