Are Thomson and Rutherford atomic models correctly introduced in upper secondary school textbooks?

Desde diferentes enfoques se acepta que el aprendizaje se verá favorecido en la medida en que los estudiantes noten las dificultades que hubo que superar en la construcción de los conocimientos científicos y, también, cómo se sustituyen determinadas concepciones por otras. Una enseñanza basada en el desarrollo de modelos se muestra especialmente adecuada a dicho propósito. A tal fin se ha puesto el punto de mira en la historia de la ciencia. En el presente trabajo, después de realizar una revisión epistemológica sobre la construcción y evolución de los modelos atómicos de Thomson y Rutherford, establecemos un conjunto de ideas que consideramos clave para que los alumnos comprendan dichos modelos. Dichos aspectos son utilizados para analizar libros de texto de bachillerato (16-18 años). Los resultandos obtenidos ponen de relieve la muy escasa atención que la enseñanza habitual presta a dichos modelos y las deficiencias con que son introducidos.It’s accepted that learning will be enhanced if students realize the difficulties that must have been faced when the scientific knowledge was established and how previous conceptions were changed for new ones. A model development based teaching strongly suits that porpoise. In this paper historical and epistemological key ideas, relevant for students understanding of the Thomson and Rutherford atomic models and their evolution, are identified, based on an historical and epistemological revision of the construction and evolution of Rutherford and Thomson models. These ideas are used to analyse how the unit is introduced in upper secondary school textbooks (16-18 years). Results show that usual teaching is far away from them and that atomic models are deficiently introduced

The quantitative spectroscope, an instrument aiming at designing and using quantum physics models for the emission and absorption of radiation

La introducción de la física cuántica en el bachillerato se limita en gran medida al estudio de los espectros de los gases y el efecto fotoeléctrico, obviando la gran cantidad de aplicaciones cotidianas que esta tiene. La construcción y calibrado de un espectroscopio cuantitativo nos permite trabajar con modelos cuánticos más allá de las experiencias que sirvieron para establecerlos.The introduction of quantum physics in high school is reduced to the study of gas spectra and photoelectric effect, forgetting the wide range of daily applications. The construction and calibration of a quantitative spectroscope allow us to work with quantum models beyond the experiments that were used to establish them

The integration of labwork as a guided-inquiry-based chemistry education

Despite of the importance of practical work for learning science as well as the nature of science, labwork often transmits an atheorical and empiricist view of scientific research and it is framed like a cookbook-style lab, that is, as a sequence of instructions students must follow with serious shortcomings from the methodological point of view, (i.e.: lacking of hypothesis, absence of inductive and deductive critical thinking). We show how this situation might be overcome by a guided-inquiry-based chemistry education where different kinds of practical work can be integrated in a coherent way within the learning of concepts, models and “paper and pencil” problems. As an example, we transform a conventional “labwork sheet” about the rate of a chemical reaction (sodium thiosulfate with hydrochloric acid) in a problematized sequence of activities, including detailed educational comments for each one of them

Enseñanza problematizada de la física cuántica

Secuencia problematizada de actividades para la enseñanza de la física cuántica en los cursos introductorios. El documento contiene la secuencia de actividades con los comentarios para el profesor

Curso Básico de Didáctica de las Ciencias. Enseñanza Secundaria. Profesorado de Ciencias en Formación y en Activo

Este proyecto está diseñado principalmente para implicar desde el principio a los profesores en formación, en el estudio de los problemas que plantea la educación científica de los futuros ciudadanos y de sus posibles soluciones, con el fin de mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje. También aspira a ser útil para los profesores de ciencias de educación secundaria en activo que lo consulten con este mismo propósito. Los contenidos que aquí se presentan han sido concebidos para ser tratados a lo largo de un curso de formación inicial o permanente (aunque también pueden ser aprovechados en otros contextos, bien sea de forma individual o colectiva). De hecho, corresponden en gran parte a contenidos que los autores del proyecto (junto con otros profesores) hemos estado ensayando en distintos cursos de formación docente para profesorado de ciencias desde hace años, lo que nos ha permitido evaluarlos e ir introduciendo cambios con el propósito de mejorarlos, dando lugar finalmente a este libro

Teaching introductory quantum physics through a problem based unit. A reasoned proposal

La investigación didáctica no ha llegado a un consenso sobre cómo se deben abordar los cursos introductorios de física cuántica, tanto en lo referente a los contenidos que se deben enseñar como a la interpretación física de modelos fundamentales como la dualidad onda-partícula. Ante la falta de consenso, hemos llevado a cabo un estudio histórico y didáctico que nos ha permitido establecer las ideas clave de un modelo cuántico de emisión y absorción de radiación con la capacidad explicativa suficiente para que valga la pena ser enseñado. Así mismo, hemos identificado las ideas clave de un modelo de quántum que explica el comportamiento de los electrones y los fotones, lo que nos permite superar la crisis que ocasionó en la física la introducción del modelo cuántico de emisión y absorción de radiación. Aprovechando los problemas que históricamente llevaron al establecimiento de estos modelos, hemos diseñado la unidad problematizada para la enseñanza de la física cuántica en el bachillerato que presentamos en este artículo, haciendo especial hincapié en los grandes pasos que llevan a los estudiantes construir los modelos propuestos.Didactic research has not reached a consensus on how introductory quantum physics courses should be addressed, both in relation to the content to be taught as in the physical interpretation of key models such as the wave-particle duality. In the absence of consensus, we conducted a historical and didactic study aiming at establishing the key ideas of a quantum model of emission and absorption of radiation with sufficient explanatory power to make it worthwhile. We also identified the key ideas of a model for quantums that can explain the behaviour of electrons and photons and which allow us to overcome the crisis produced by the introduction of the quantum model of emission and absorption of radiation. Taking into account the problems that historically led to the establishment of these models, we designed the problem based unit for teaching quantum physics in high school that we present in this article, paying special attention to the great steps that drive students to build the proposed models

Do secondary education students have a suitable understanding of the concepts of work and heat as well as their connection with energy?

El propósito de este trabajo es profundizar en el conocimiento de que disponen los estudiantes de secundaria de los conceptos de trabajo y de calor. Se proponen diferentes actividades a 170 alumnos del último curso de la secundaria postobligatoria (17/18 años) y se entrevistan a otros cinco. Las diferentes tareas pretenden, en esencia, averiguar en qué medida los alumnos disponen de ideas cualitativas sobre el trabajo y el calor, y también, si relacionan dichos conceptos con las variaciones de energía experimentadas por los sistemas. Las propuestas y argumentos utilizados por los alumnos nos permiten afirmar que terminan sus estudios con un escaso aprendizaje de dichos conceptos.The purpose of this project is to go deeply into the knowledge which secondary education students have about the concepts of work and heat. Different activities have been proposed to 170 students taking their last course of post-compulsory secondary education (aged 17/18). Moreover, other five students have been interviewed. The different tasks are devoted essentially to find out in what extent these students understand the qualitative ideas of work and heat, as well as to find out whether they are able to relate such concepts to the variations of energy experienced by the systems. The proposals and reasoning used by the students lead us to state that they have grasped poor learning of such concepts when they finish their studies

The superficial teaching of the energy concept: a cause of the lack of learning achieved by students when they finish their studies in high school

Hay un amplio acuerdo entre los investigadores en que una enseñanza en profundidad de los conceptos y modelos favorecerá su aprendizaje. El análisis de las propuestas y afirmaciones hechas por profesores en formación y en activo, en relación con la enseñanza de la energía en bachillerato (17/18 años), nos permite afirmar que la enseñanza habitual deja de lado aspectos importantes de dicho concepto. Esta sería una de las razones que explicaría la escasa comprensión con que terminan los estudios los alumnos de secundaria.There is a ubiquitous agreement amongst researchers that an in-depth teaching of concepts and models will promote learning. The analysis of the proposals and statements made by teachers about the energy teaching in high school (17/18 years-old students) allows stating that the usual education does not take into account relevant issues of that concept. This would be one of the reasons which explains the lack of the understanding of several concepts acquired by students they finish their studies in high school

The introduction of the photon concept in upper secondary school

La investigación didáctica ha puesto de manifiesto la importancia de la historia de la ciencia en el diseño y desarrollo de unidades didácticas, tanto por su valor para favorecer el aprendizaje como por su contribución a las actitudes de los estudiantes y a la imagen que se forman de la ciencia. La aparición de la hipótesis cuántica a principios del siglo XX introdujo a la física en una crisis profunda. La necesidad de recurrir al carácter discreto de la distribución de la energía violaba todo lo que establecían el electromagnetismo y la mecánica. Hemos probado que la enseñanza habitual está lejos de dar cuenta de los problemas que se tuvieron que superar hasta la aceptación del concepto de fotón por parte de la comunidad científica, lo cual dificulta el aprendizaje. Para hacerlo hemos realizado una investigación histórica con intencionalidad didáctica a la luz de la cual hemos analizado los libros de física de 2º de bachillerato de uso más extendido.Research has shown how important is the history of science for designing and developing didactic units, for its value to promote learning and for its contribution to the students attitudes and the image of science that they learn. Physics faced a strong crisis at the beginning of the 20th century when the quantum hypothesis was introduced. The discrete distribution of energy was against the well established theories of electromagnetism and dynamics. We have proved that traditional teaching is far away from considering the problems that the photon concept had to overcome until it was accepted by the scientific community, and this makes learning more difficult. To do so, we have done a historical research with didactic intention in order to analyse the most used physics textbooks in the Spanish upper secondary school last course

Introduction to quantum physics - How is radiation emitted or absorbed? - Teacher's material

Teaching and learning sequence for quantum physics introductory courses. The document contains the student's activities and comments for teachers. It is the English version of the document "Introducción a la física cuántica - ¿Cómo se absorbe y emite radiación? - Material del profesor", located at "https://rua.ua.es/dspace/handle/10045/60627"