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Type: Dissertação
Title: Emaranhamento e não localidade em mecânica quântica: uma abordagem via metodologia POE e instrução entre pares
Author: Rodrigues, Patrick Ribeir
First Advisor: Soares, Thales Costa
Co-Advisor: Rizzuti, Bruno Ferreira
Referee Member: Reis Junior, Mario de Souza
Referee Member: Freitas, Alysson Miranda de
Resumo: O ano de 2025 foi decretado pela Organização das Nações Unidas como Ano Internacional da Ciência e das Tecnologia Quânticas. Comemora-se o centenário dos trabalhos que marcaram o início da formulação matemática da mecânica quântica (MQ). Neste contexto, poderíamos nos perguntar: é possível ensinar tópicos avançados de MQ para estudantes do ensino médio, sem ter que recorrer aos detalhes matemáticos presentes nos cursos superiores e pós-graduações? Embora alguns tópicos de Química abordados no ensino médio estejam relacionados, de certa forma, à mecânica quântica, nossa proposta é levar para esse nível de ensino conceitos quânticos modernos e pouco explorado. Neste trabalho, apresentaremos uma proposta de sequência didática (bem como os resultados de sua aplicação) que abordará, de forma introdutória, conceitos associados ao fenômeno de emaranhamento quântico e ao de não localidade, como superposição, notação de Dirac, colapso da função de onda, quebra de causalidade. Para tal, esta sequência didática contará com o uso de duas metodologias: o Predizer, Observar e Explicar (POE) e a Instrução entre Pares, pautada no conflito cognitivo. Utilizaremos como recurso didático simuladores, com o intuito de facilitar a compreensão. Esperamos que esta sequência didática contribua para a maior inserção de tópicos tão importantes, mas que, em geral, são raramente explorados no ensino básico, especialmente considerando que muitos dos avanços tecnológicos atuais — e certamente futuros — estão fundamentados nos conceitos da teoria quântica. O nosso objetivo é que este estudo contribua para o ensino de tópicos contemporâneos de física no ensino médio, ao sugerir uma abordagem mais acessível à mecânica quântica, especialmente no que se refere à complexidade matemática, às notações formais e ao elevado grau de abstração característico da teoria, articulando a inserção desses temas por meio de simuladores e metodologias que colocam o estudante em posição ativa na construção do conhecimento.
Abstract: In 2025, the United Nations declared the International Year of Quantum Science and Technology, marking the centenary of the mathematical foundations of quantum mechanics. This raises an important question: is it possible to teach advanced QM topics to high school students without relying on the complex mathematics typically found in higher education? Although some Chemistry topics taught at the high school level are, to some extent, related to quantum mechanics, our proposal aims to introduce modern and rarely explored quantum concepts at this educational level. In this work, we present a proposal for a didactic sequence — as well as the results of its application — that will address, in an introductory manner, concepts associated with quantum entanglement and nonlocality, such as superposition, Dirac notation, wave function collapse, and the breakdown of causality. This didactic sequence will employ two methodologies: Predict, Observe, and Explain (POE) and Peer Instruction, based on cognitive conflict. Simulators will be used as teaching resources to facilitate understanding. We expect that this sequence will contribute to the broader inclusion of such important, yet generally underexplored, topics in basic education, especially considering that many current — and certainly future — technological advances are grounded in the concepts of quantum theory. The objective of this study is to contribute to the teaching of contemporary physics topics in high school by proposing a more accessible approach to quantum mechanics, particularly regarding mathematical complexity, formal notations, and the high degree of abstraction characteristic of the theory, while integrating these topics through simulators and methodologies that actively engage students in knowledge construction. The aim is to contribute to the integration of essential, yet often neglected, quantum topics into basic education, recognizing that many current and future technological advances are rooted in quantum theory. By proposing a more accessible approach to QM — especially regarding its mathematical and abstract challenges — we seek to support contemporary physics education in high school through methodologies that promote active student engagement in knowledge construction.
Keywords: Mecânica quântica
Metodologias ativas
Física contemporânea
Quantum mechanics
Active learning
Modern physics
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (ProFis)
Access Type: Acesso Aberto
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19797
Issue Date: 26-Sep-2025
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