Do teórico ao experimental: uma sequência didática para introdução a conceitos fundamentais da física quântica

Abstract

A física quântica tem se tornado cada vez mais presente na realidade dos educandos do Ensino Médio, especialmente em razão de suas aplicações tecnológicas. Diante dessa relevância, neste trabalho foi desenvolvida uma sequência didática com o objetivo de introduzir os conceitos de função de onda e tunelamento quântico, por meio da articulação entre aulas teóricas, atividades experimentais e o uso de analogias. Na sequência didática foram utilizados dois experimentos, um envolvendo a função de onda para um elétron preso em uma caixa e o outro a análise de corrente por tensão com o uso de um diodo túnel. A proposta fundamenta-se na teoria de Vygotsky, que compreende a aprendizagem como um processo mediado socialmente, no qual a interação, a linguagem e a mediação desempenham papel central na construção do conhecimento. Nesse contexto, a sequência didática foi aplicada em duas turmas do terceiro ano do Ensino Médio, sendo as aulas concebidas como espaços de mediação, o que favoreceu a construção gradual de significados e a compreensão de conceitos abstratos da mecânica quântica a partir da articulação entre modelos teóricos e práticas experimentais. Palavras-chave: física; ensino de física; mecânica quântica; Arduino.

A quantum physics has become increasingly present in the reality of high school students, especially due to its technological applications. In view of this relevance, this study developed a didactic sequence aimed at introducing the concepts of the wave function and quantum tunneling through the articulation of theoretical classes, experimental activities, and the use of analogies. Two experiments were employed in the didactic sequence: one involving the wave function for an electron confined in a box and the other based on the analysis of current-voltage characteristics using a tunnel diode. The proposal is grounded in Vygotsky’s theory, which understands learning as a socially mediated process in which interaction, language, and mediation play a central role in the construction of knowledge. In this context, the didactic sequence was implemented in two third-year high school classes, with the lessons conceived as spaces of mediation. This approach fostered the gradual construction of meaning and the understanding of abstract concepts of quantum mechanics through the articulation between theoretical models and experimental practices. Keywords: physics; physics education; quantum mechanics; Arduino.