Teaching the foundations of quantum mechanics in secondary school: a proposed conceptual structure

Abstract

This paper is part of a doctoral thesis that investigates Basic Quantum Mechanics (QM) teaching in high school. A Conceptual Structure of Reference (CSR) based on the Path Integral Method of Feynman (1965) was rebuilt and a Proposed Conceptual Structure for Teaching (PCST) (Otero, 2006, 2007) the basics of Quantum Mechanics at secondary school was designed, analysed and carried out. This PCST does not follow the historical route and it is complementary to the canonical formalism. The concepts: probability distribution, quantum system, x(t) alternative, amplitude of probability, sum of probability amplitude, action, Planck's constant, and classicquantum transition were rebuilt with the students. Mathematical formalism was avoided by using simulation software assistance. The Proposed Conceptual Structure for Teaching (PCST) is described and some results from the test carried out by the class group are discussed. This information allows the analysis of the Conceptual Structure Effectively Reconstructed (CSER) to be initiated with the students.

Este trabajo es parte de una tesis doctoral que investiga la enseñanza de los fundamentos de la Mecánica Cuántica en la Escuela media. Se reconstruyó una estructura Conceptual de Referencia (ECR) basada en el método de la Integral de Camino de Feynman (1965) y se diseñó, analizó e implementó una Estructura Conceptual Propuesta para Enseñar (ECPE) (Otero, 2006, 2007) fundamentos de Mecánica Cuántica en la escuela media. Esta ECPE no sigue el camino histórico y es complementaria al formalismo canónico. Los conceptos: distribución de probabilidad, sistema cuántico, trayectoria alternativa x(t), amplitud de probabilidad, suma de amplitud de probabilidad acción, constante de Planck y transición clásica-cuántica se reconstruyeron con los estudiantes. Se describe la Estructura Conceptual Propuesta para Enseñar (ECPE) y se discuten algunos resultados de la evaluación realizada por el grupo de clase. Esta información permite el análisis de la Estructura Conceptual Efectivamente Reconstruida (ECER) con los estudiantes.