“El comportamiento cuántico nos fuerza a reconsiderar nuestra concepción del universo”

El programa radial “Encuentros con la Ciencia y la Tecnología”, que se emite por Radio Universidad entrevistó a la Dra. Consuelo Escudero, responsable del proyecto de Investigación “Enseñar y aprender Física Cuántica en secundaria y universitario básico”.

-Estamos hablando de un espacio de conocimiento que no siempre es accesible para todos, pero justamente este proyecto apunta a que comience a dejar de ser así.
-Una de las finalidades de la enseñanza de la Física tiene que ver con la necesidad de ayudar a los estudiantes a construir nuevas perspectivas para entender el mundo. La enseñanza de la Mecánica Cuántica constituye un modelo poco explorado desde este punto de vista. Sin embargo, alberga una riqueza conceptual que podría auxiliar a docentes y estudiantes en la búsqueda de nuevas cualidades que permitan ampliar los horizontes del pensamiento. El comportamiento cuántico elude la visualización y el sentido común: nos fuerza a reconsiderar nuestra concepción del universo y a aceptar una imagen insólita de nuestro mundo. Propiedades muy diferentes a la física habitualmente enseñada, denominada clásica, ocurren en el mundo microscópico y se describen por la mecánica cuántica. Dichas propiedades no sólo son significativas en el estudio de fenómenos naturales sino que pueden ser tecnológicamente muy importantes, como por ejemplo, para mejorar nuestros actuales sistemas de procesamiento. Este proyecto busca estudiar las condiciones que permiten viabilizar que los alumnos se aproximen a una ciencia asequible, sin perder rigurosidad. A una de las coyunturas a las que fue dirigido, precisamente, es a la de comenzar a contar con equipamiento de laboratorio para enseñanza -de última generación-, que combinado con el disponible posibilite el acceso a conceptos y relaciones de manera adecuada contribuyendo a su modelado y conceptualización introductorios. Favorecer la construcción de nuevos objetos es más que deseable, es prioritario. En este sentido colabora de manera excelente la “interacción” con la actividad experimental. Este proceso no se desarrolla en forma aislada sino que convoca conocimientos previos. No disponer del equipamiento, o en la cantidad y/o calidad suficiente, por tanto, deja en un grupo importante de alumnos una fisura difícil de remediar. Sobre todo, si sabemos que algo se podría haber hecho.

-Hablemos del nombre del proyecto: “estudiantes de secundaria y universitario básico…”
-En este proyecto tuvimos el objetivo de focalizar temáticas contemporáneas en los últimos años de educación secundaria y en los primeros del nivel universitario con alumnos de carreras donde la física es una disciplina tangencial, aplicada; o simplemente, introductoria. Precisamente fueron seleccionados estos segmentos por ser los más sensibles e inmediatos de trabajar en una articulación posible.

-¿Por qué específicamente con el secundario?
-La relevancia que la física moderna y contemporánea viene adquiriendo, refuerza y fundamenta que su contenido deba ser bien aprendido por los estudiantes, sobre todo si estamos preocupados por generar condiciones que promuevan un mayor acercamiento a las ciencias. Si partimos de que entre los individuos lo que se desarrolla son formas de organización de la actividad. Como los conceptos se construyen apoyándose unos en otros, y como los sistemas de signos permiten –mejor que cualquier otro proceso– la identificación de los objetos que se corresponden indirectamente con alguna percepción parece ser el trabajo experimental una buena oportunidad para la incorporación de la novedad en el sistema cognitivo. Particularmente, para la enseñanza introductoria de física cuántica, el de fotón y el de átomo actual (entre otros) son conceptos fundamentales, con atributos que hacen factible la posibilidad de iniciar su construcción conceptual en este nivel, ineludible para una alfabetización científica con vínculos más comprometidos dentro del contexto social del siglo XXI. En nuestros estudios se refleja en forma significativa la escasa presencia y uso de sistemas externos de representación. Lo que hace necesario invertir más en didáctica.

-¿Has podido percibir el impacto en los alumnos de secundaria?
-El laboratorio experimental es convocante. Si bien estamos en etapa de prueba y ajuste, el impacto de este proyecto es claramente sobre el sistema educativo como un todo. Ya hemos trabajado en algunas escuelas y se percibe un gran interés. Advierten que ese tipo de prácticas –fundantes– no suelen estar habitualmente en la escuela. En los jóvenes llama mucho la atención esta física, es muy notable. Otro aspecto que se trabaja en la propuesta es que puede que los efectos cuánticos resulten difíciles de observar en el mundo macroscópico, pero la razón no tiene que ver con el tamaño en sí, sino con la manera en que los sistemas cuánticos interaccionan unos con otros. Aun así, se produce durante la fotosíntesis como han señalado en algas marinas a temperatura ambiente, recientemente, científicos de la Universidad de Toronto. En el año 2000, otro grupo de investigadores en la Universidad de Florida propuso que la clave de la orientación del petirrojo europeo residía en la idea de entrelazamiento. Además de otros fenómenos como la teleportación, etc. Para un físico cuántico, las leyes clásicas describen una versión en blanco y negro de un mundo que en realidad brilla en tecnicolor: las categorías clásicas fallan a la hora de capturar todos sus matices.
Un sistema clásico siempre puede separarse en partes; todas sus propiedades colectivas surgen a partir de las de sus constituyentes. Pero no así un sistema entrelazado [1], lo que implica consecuencias bastante extrañas. Este tema abre muchísimas puertas hacia la formación de recursos humanos, profesores, entre otros; así como a las investigaciones en ciencias cognitivas.

-Hay fondos que están destinados a promover el desarrollo científico, tecnológico, pero hay que saber qué ventanillas golpear para conseguirlos.
-En sentido figurado, claro. Los proyectos aprobados por Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCYT) y subsidiados por FONCyT se caracterizan por altos niveles de relevancia científica y grado de pertinencia y originalidad. Ese tipo de “ventanillas”, entre otras, son las que se necesita “golpear”. Nuestro proyecto fue diseñado para desarrollarse interfacultades en un lapso de tres años.

-¿Estas herramientas para experimentar aportan motivaciones para el ingreso y la permanencia de alumnos de Biología?
-Un buen laboratorio no dispersa, por el contrario reúne, congrega en todos los niveles del sistema educativo, no sólo en carreras como Biología. El equipamiento adquirido está permitiendo: interactuar con recursos materiales a los estudiantes que solo observaban en imágenes (estáticas y dinámicas), integrar los aspectos teóricos con actividades experimentales y resolver ejercicios y problemas de lápiz y papel, además de funcionar como herramienta que contribuye con la significación de los conceptos, entre otros. Abordar un campo nuevo de conocimientos precisa de parte de los estudiantes poner en acción conceptos y relaciones que ha consolidado en su trayectoria educativa. Así se posibilita el armado de un tejido en el que insertar el nuevo concepto. Darle prioridad a los aspectos operativos en conjunción con los conceptuales constituye una acción significativa a favor del proceso de enseñanza. No sólo se trata de hacer concretos ciertos aspectos de los conceptos que se tornan muy abstractos si sólo los trabajamos desde la matemática. Podemos hacer que se avance incorporando perspectivas, como por ejemplo, a partir de la interacción entre objetos (fenómenos) y sus distintas representaciones buscando que el estudiante se aproxima al modelado. Sabemos y tenemos registrado que hay alumnos a los que el contraste de lo teórico con lo experimental los “sensibiliza”, posibilitando aprehender también desde este lugar.

-Desafío logístico en la adquisición de los elementos de laboratorio…
-Si, efectivamente. Se tuvieron que triangular distintas características y posibilidades. Pero, el desafío no terminó ahí. Los equipos suelen ser muy caros y los subsidios no tan cuantiosos, sobre todo en períodos de inflación, resultando en la compra de un solo equipo de cada tipo. Para que pudieran realizar mediciones todos los estudiantes, se hizo necesario trabajar con específicas metodologías. Lo que garantizamos es que todos los alumnos pudieron tener acceso a los equipos y a realizar mediciones. Se trabajó armónicamente con varios docentes. Convocamos a la comunidad en un sentido amplio a colaborar para ayudar en la compra de equipamiento (y más variado) en pos de mejorar la conceptualización y el modelado sobre conocimiento científico.

Consuelo Escudero es doctora en Enseñanza de las Ciencias Investigadora responsable del proyecto “Enseñar y aprender Física Cuántica en secundaria y universitario básico” Docente del Departamento de Biología - FCEFN - UNSJ

Consuelo Escudero es doctora en Enseñanza de las Ciencias; investigadora responsable del proyecto “Enseñar y aprender Física Cuántica en secundaria y universitario básico”. Además es docente del Departamento de Biología – FCEFN – UNSJ

-¿De qué se tratan estos instrumentos?
-San Juan no contaba -en ámbitos de trabajo como éste- con algunos de los equipos y accesorios adquiridos en esta oportunidad tales como cuba avanzada para ondas, modelo de brazo humano, generador de ondas estacionarias, ni con suficientes recursos humanos formados. Gran parte de la física que se enseñaba está muy relacionada con los aspectos corpusculares de la materia como carga, masa y otras propiedades. Sin embargo, el concepto de onda es otro de los grandes pilares de la física y era enseñado principalmente desde una perspectiva teórica. Uno de los equipos adquiridos consta de una cuba de ondas avanzada que permite mostrar perfiles de onda. Posibilita abordar desde un lugar alternativo distintos conceptos y de sus relaciones. Sabemos del carácter procesual de la mente humana para apropiarse de conceptos como el de onda. En este momento, por ejemplo, nos estamos comunicando en la radio a través de distintos tipos de ondas. Pero, la mayoría de las veces no somos conscientes de eso. El equipo conseguido no sólo aprovecha la visualización de ondas superficiales en un líquido sino que con la ayuda de luz estroboscópica, los alumnos mismos, pueden efectuar mediciones que permiten determinar a qué velocidad se mueven esas ondas. Además de representar y registrar cambios de velocidad a partir de modificaciones en el medio. Otro de los instrumentos es un equipo que permite una introducción a la mecánica de sistemas: estática, composición de fuerzas y momentos, centro de gravedad, plano inclinado, palancas, fricción, ventaja mecánica, movimiento armónico simple. Otro es un modelo de brazo humano que simula los músculos y el movimiento de un brazo humano real. Con la información provista pueden determinarse algunas magnitudes físicas (ángulos, velocidades y aceleraciones; como también torques, fuerzas, momentos de inercia) en relación con el movimiento de los músculos implicados. Deseo aclarar que los instrumentos son la cara visible y más onerosa, económicamente hablando, de todo un trabajo bastante más complejo que se desarrolla tanto en el aula como fuera de ella, auxiliado por otra gran cantidad de herramientas y estrategias generadas por un experimentado equipo.

-¿Cuáles son las expectativas que tienen como equipo?
-Nuestro objetivo es contribuir en la formación de un ciudadano conocedor de su hábitat, tanto natural como tecnológico, con pertenencia al siglo XXI. También es acortar la brecha entre la educación media y la universitaria de calidad, articulándolas y buscando posibilitar algunos lazos de continuidad en su formación. Lo que naturalmente redundaría en la generación de vocaciones científicas. Sin embargo, lo que consideramos que es más importante, es que posibilitaría profundizar la mirada hacia las ciencias. El papel de la Física continúa siendo un pilar que sustenta buena parte de los fundamentos donde se configura la ciencia. La propuesta hace de la introducción al modelado su eje principal siendo la enseñanza explícita de su proceso una herramienta apropiada para facilitar el proceso de significación cuando se trabaja con modelos físicos. Busca tornar “palpables” las primeras ideas que sustentan la mecánica cuántica para que no se reduzcan a simples términos a ser recordados, con escasa relación con el mundo físico, sino que adquieran para los estudiantes carácter de “realidad” física. También es importante mencionar que se ha despertado el interés por abocarse al estudio en la enseñanza de temas complejos como es la Física Cuántica en profesores en ejercicio y estudiantes de carreras vinculadas a las ciencias, quienes han adherido al proyecto en carácter de colaboradores.

[1] Un sistema entrelazado es aquel en el que se encuentran vinculadas todas o algunas de sus partes, haciendo que funcionen en forma dependiente, limitándose unas a otras. En algunas ocasiones este entrelazamiento favorece el desarrollo de alguna acción en forma simultánea, en dos lugares diferentes.

“Encuentro con la Ciencia y la Tecnología”
Martes 18:30 por RADIO UNIVERSIDAD
Conducción Gustavo Carrizo
Producción: Hugo Vinzio y Sofía Correa

Fuente: Comunicación Institucional de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales