Uma construção do Perfil Epistemológico de licenciandos em Física acerca da dualidade onda-partícula em Mecânica Quântica, após o uso de bancadas virtuais: um estudo a partir do discurso gestual e verbal
Robson Trevisan, Agostinho Serrano de Andrade Neto
O presente artigo busca apresentar o esboço do perfil epistemológico acerca da dualidade onda-partícula de estudantes do sétimo período do curso de Licenciatura em Física, após a utilização de ferramentas hiperculturais sob a forma de bancadas virtuais. A condução desta investigação converge para a tentativa de relacionar as imagens mentais e drivers dos alunos com as principais interpretações da Mecânica Quântica, a ponto de mapear as filosofias com maior destaque e influência no espírito do sujeito na construção de conhecimentos acerca da dualidade. O referencial teórico adotado para leitura dos dados foi o da ideia de perfil epistemológico Bachelardiano, com a intenção de abarcar a postura epistemológica expressada pelos alunos. Também utilizamos a Teoria da Mediação Cognitiva, procurando explicar como a mediação com o computador afeta a estrutura cognitiva dos estudantes. Os resultados foram obtidos após as análises realizadas sobre os pré-testes, pós-testes e gestos descritivos obtidos das imagens de vídeo, gravadas durante as entrevistas do pós-teste, sendo que essas entrevistas foram conduzidas seguindo o método “Report Aloud”. O perfil epistemológico dos alunos foi traçado de acordo com as interpretações privadas, inferidas a partir dos drivers conceituais, manifestados e identificados, e do conteúdo do discurso dos mesmos.
O presente artigo busca apresentar o esboço do perfil epistemológico acerca da dualidade onda-partícula de estudantes do sétimo período do curso de Licenciatura em Física, após a utilização de ferramentas hiperculturais sob a forma de bancadas virtuais. A condução desta investigação converge para a tentativa de relacionar as imagens mentais e drivers dos alunos com as principais interpretações da Mecânica Quântica, a ponto de mapear as filosofias com maior destaque e influência no espírito do sujeito na construção de conhecimentos acerca da dualidade. O referencial teórico adotado para leitura dos dados foi o da ideia de perfil epistemológico Bachelardiano, com a intenção de abarcar a postura epistemológica expressada pelos alunos. Também utilizamos a Teoria da Mediação Cognitiva, procurando explicar como a mediação com o computador afeta a estrutura cognitiva dos estudantes. Os resultados foram obtidos após as análises realizadas sobre os pré-testes, pós-testes e gestos descritivos obtidos das imagens de vídeo, gravadas durante as entrevistas do pós-teste, sendo que essas entrevistas foram conduzidas seguindo o método “Report Aloud”. O perfil epistemológico dos alunos foi traçado de acordo com as interpretações privadas, inferidas a partir dos drivers conceituais, manifestados e identificados, e do conteúdo do discurso dos mesmos.
Este artigo busca investigar as representações mentais e os drivers de licenciandos em Física, adquiridos e/ou modificados após a utilização de mediações hiperculturais e sociais. O propósito deste artigo é de constituir as correntes interpretativas e modelizações presentes no processo de compreensão de conceitos fundamentais da Mecânica Quântica. Para tanto, adotamos a harmonização de dois referenciais teóricos, sendo eles, a Teoria da Mediação Cognitiva (TMC), em razão de sua abordagem relacionada à mediação hipercultural, e a Modelização Científica de Mario Bunge, em virtude de sua percepção acerca da construção de conhecimento de forma racional em meio a interpretação da realidade. Os resultados foram obtidos após as análises realizadas sob os pré-testes, pós-testes e análise dos gestos descritivos obtidos das imagens de vídeo gravadas durante as entrevistas do pós-teste. Verificamos a predominância de uma postura realista clássica nas interpretações dos alunos, também observamos divergências entre as representações proposicionais e analógicas expressadas ao longo das explicações acerca da dualidade onda-partícula presente nas bancadas virtuais.
Nessa investigacao cientifica, a proposta tem fundamentacao teorica nos campos conceituais de Gerard Vergnaud. Segundo o autor, o conhecimento so ocorre ao longo de um periodo de tempo, atraves de experiencias, maturidade e aprendizagem, vivenciados pelo proprio sujeito e, por isso, organizado em campos conceituais. De acordo com esse referencial, o aprendizado ocorre quando se adquirem, de forma integrada, representacoes, invariantes operatorios e situacoes onde se apliquem o conceito. Por isso, o nosso objetivo de investigar principalmente a aquisicao simultânea de representacoes e invariantes operatorios, durante o uso de simulacoes sobre o fenomeno da dualidade onda-particula no experimento da dupla fenda. Desta forma, destacamos quatro delas: a) Interpretacao Ondulatoria; b) Interpretacao de coletivos estatisticos (corpuscular); c) Interpretacao da duplasolucao; e d) Interpretacao da complementaridade. Desse modo, os experimentos produzem resultados intrinsecamente diferentes se o seu “setup” se altera. Quando ha a possibilidade de dois caminhos para o objeto quântico, ha o surgimento de um padrao de interferencia e a necessidade de se atribuir caracteristicas ondulatorias ao objeto quântico. Quando o setup se altera, para, por exemplo, permitir a deteccao do “caminho” percorrido pelo objeto quântico, nao ocorre a interferencia e o objeto quântico se porta de forma corpuscular. Estes experimentos contemporâneos permitem que o estudante tenha contato com situacoes que sao estudadas na area da mecânica quântica de forma bastante intuitiva. As simulacoes supracitadas irao, portanto, serem utilizadas como experimentos virtuais por estudantes de nivel medio e expondo-lhes as situacoes em que, de acordo com a interpretacao de Bohr, como um objeto quântico pode ser interpretado, e, portanto determinar a formacao do conceito de dualidade onda-particula. Durante todo o desenvolvimento da pesquisa, teremos tres focos: a) foco na representacao (ondas ou corpusculos); b) foco nos invariantes (a simulacao); e c) foco na situacao (experimentos quânticos). O metodo a ser utilizado sera uma combinacao de questoes compostas de questoes abertas sobre situacoes-problemas (pre e pos-testes) utilizando-se o protocolo Think aloud. Esperamos assim, com essa pesquisa, investigar o aprendizado nos moldes de conceitos cientificos e tornar a ferramenta um instrumento potencial na formacao dos estudantes, tanto do ensino medio ou universitario.
O artigo aqui apresentado, busca apresentar uma análise acerca dos mistérios contidos no mundo quântico, examinar conteúdos pouco discutidos devido à sua complexidade e transformar os dados encontrados em conceitos mais atingíveis. Seu principal objetivo está na investigação dos fenômenos fundamentais da Física Quântica e suas contribuições para o entendimento da realidade e suas influências quanto ao desenvolvimento de tecnologias inovadoras, sendo para isso, estabelecidos alguns propósitos específicos para alcançá-lo, como analisar a dualidade onda-partícula, discutir a superposição, avaliar o tunelamento quântico, investigar a decoerência e examinar o princípio da incerteza de Heisenberg. A metodologia aplicada consistiu em uma análise bibliográfica a partir de publicações pertinentes ao tema proposto e na avaliação de dados obtidos a partir de fontes secundárias, tendo como intuito garantir um suporte substancial de conhecimentos de modo a explorar e sustentar as informações obtidas e o desenvolvimento das teorias principais. A partir da pesquisa realizada, pôde-se identificar que, os fenômenos quânticos possuem impacto significativo em diversas tecnologias emergentes que vão desde modernos dispositivos eletrônicos utilizados em sistemas de comunicação até aparelhos utilizados para diagnósticos médicos o que, por sua vez, permitiu a compreensão de que aprofundar o conhecimento sobre tais fenômenos é essencial para o desenvolvimento tecnológico e científico futuro. Conclui-se a partir desta investigação que, fenômenos como a dualidade onda-partícula, a superposição, o tunelamento quântico, a decoerência e o princípio da incerteza de Heisenberg possuem pressuposições profundas, influenciando não apenas o modo como os cientistas compreendem a natureza fundamental da realidade, mas também impulsionando importantes inovações tecnológicas.
Dada a complexidade da representação do mundo microscópio e a necessária capacidade de abstração exigida na sua representação contemporânea, pretendemos com este trabalho identificar possíveis obstáculos epistemológicos que influenciaram a construção e o desenvolvimento histórico da mecânica quântica, bem como identificar os obstáculos epistemológicos presentes nos textos de física moderna e contemporânea dos livros didáticos. Destacando as rupturas epistemológicas como uma descontinuidade que ocorre no desenvolvimento histórico e também como uma inadequação entre o saber comum e o conhecimento científico e através de uma psicanálise do conhecimento objetivo utilizada na superação dos obstáculos epistemológicos e na retificação dos erros das concepções alternativas dos alunos, pretendemos desenvolver uma sequência didática através de uma visão filosófica não realista e elaborar textos de apoio para o estudo da questão da dualidade onda-partícula através do experimento da fenda dupla para elétrons, do interferômetro Mach-Zehnder e da interação entre radiação e matéria através do efeito fotoelétrico sob a luz do postulado quântico, que são questões essenciais da física quântica, destacando, ainda, que na física quântica a observação dos fenômenos está relacionada com o fato de que a interação dos objetos atômicos e dos instrumentos de medida é parte integrante dos fenômenos quânticos (interpretação da complementaridade). Considerando que abordagens filosóficas, de caráter ontológico e epistemológico, podem gerar estratégias e atividades que envolvam a imaginação e a abstração necessárias para o entendimento das novas teorias incluímos neste trabalho uma breve discussão sobre o realismo científico e o antirrealismo bem como um breve relato histórico deste debate filosófico, que podem e devem ser conduzidos às salas de aula. Utilizaremos como fundamento teórico para o desenvolvimento deste trabalho a epistemologia histórica de Bachelard.
Podemos facilmente constatar que o desenvolvimento das principais teorias do conhecimento do período moderno da filosofia ocidental guardou uma estreita relação com o status quo do desenvolvimento da matemática e das ciências de uma maneira geral. Essa característica é sobretudo evidente no projeto kantiano de fornecer as bases filosóficas para explicar a possibilidade da geometria (euclidiana) e da física newtoniana, as quais Kant fundamentou sob princípios os quais considerou condições sine qua non do conhecimento humano. Contudo, a física que se desenvolveu na primeira metade do século XX apresentou situações em que os próprios físicos tiveram que se questionar acerca dos problemas epistemológicos envolvidos na descrição, interpretação, e em última instância, na comunicação dos fenômenos observados, de modo que alguns conceitos caros à epistemologia tradicional se mostraram ora inválidos, ora ineficientes para explicar a possibilidade de conhecimento objetivo diante desse novo conjunto de fenômenos. Portanto, gostaríamos de apresentar de maneira breve de que modo ocorre essa contraposição entre epistemologia tradicional e teoria quântica, bem como o modo como os físicos Niels Bohr e Werner Heisenberg lidaram com a nova situação que se apresentava.
Para fins operacionais, este Dossiê adotou a abordagem deflacionada descrita no Editorial.Ou seja: se concentrou mais em abordagens estritas do campo quântico nas artes, na filosofia, na computação, na semiótica e nas fronteiras transdisciplinares que essa investigação exige.Isso não minimiza a necessidade de compreender o campo quântico a partir dessas apropriações mais amplas, em alguns casos totalmente alheias aos procedimentos-padrão da ciência.Para isso enfatizar a diversidade do campo quântico e ao mesmo tempo demonstrar linhas convergentes de seus horizontes, dividimos este Dossiê em três áreas: 1. Arte, Literatura e Audiovisual 2. Computação, Sistemas e Complexidade 3. Ontologia, Cosmologia e Epistemologia.A entrevista de abertura com Osvaldo Pessoa Junior se entrelaça perfeitamente aos objetivos deste Dossiê.Um dos pesquisadores mais reconhecidos do Brasil na área de filosofia da teoria quântica, com formação em física e em filosofia, Osvaldo é autor de artigos e de livros-base seminais para a compreensão da quântica em um espectro amplo e diversificado.Especialista também em filosofia da mente, em sua entrevista Osvaldo estabelece ressonâncias extremamente ricas entre as descobertas da quântica e as novas fronteiras das ciências cognitivas.Além disso, posiciona de modo didático e profundo as principais controvérsias, limites e problemas do campo quântico atualmente.A seção Arte, Literatura e Audiovisual conta com artigos dedicados à fascinante interface dos modelos quânticos com essas áreas.