Evaluación de la Comprensión Conceptual de los Estudiantes de Ingeniería sobre Óptica Cuántica Introductoria
Autores: Bitzenbauer, Philipp; Veith, Joaquin M.; Girnat, Boris; Meyn, Jan-Peter
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
Las tecnologías cuánticas han superado la mera investigación fundamental en laboratorios en los últimos años y facilitarán cada vez más aplicaciones potencialmente disruptivas en una amplia gama de campos en el futuro. En previsión, es necesario implementar oportunidades de calificación para formar especialistas cualificados, conocidos como la futura fuerza laboral cuántica, en diversos campos. Universidades de todo el mundo han lanzado programas de calificación para ingenieros centrados en la óptica cuántica y la fotónica. En muchos de estos programas, los estudiantes asisten a cursos sobre física cuántica contextualizados a través de experimentos de óptica cuántica con fotones heraldos, porque: (1) sus fundamentos experimentales y físicos pueden aprovecharse directamente para enseñar una serie de aplicaciones de tecnología cuántica, y (2) la investigación en educación física ha proporcionado evidencia empírica, según la cual tales enfoques basados en la óptica cuántica son propicios para aprender sobre conceptos cuánticos. Si bien muchos docentes están seguros de la efectividad de sus conceptos, hay poca evidencia empírica debido a la falta de herramientas de investigación específicas del área de contenido. Presentamos un inventario de conceptos de 16 ítems para evaluar la comprensión conceptual de los estudiantes sobre conceptos de óptica cuántica en el contexto de experimentos con fotones heraldos, adoptado de un instrumento de prueba publicado en la literatura. Hemos administrado este Inventario de Conceptos de Óptica Cuántica como una prueba posterior a los estudiantes después de la instrucción sobre óptica cuántica como parte de un curso de ingeniería de pregrado. Evaluamos la calidad psicométrica del instrumento, tanto en términos de teoría clásica de pruebas, como utilizando un enfoque de escalado de Rasch. El Inventario de Conceptos de Óptica Cuántica permite una medida confiable, y los datos recopilados muestran un buen ajuste al modelo de Rasch. Las puntuaciones de los estudiantes sugieren que los efectos cuánticos fundamentales presentan obstáculos de aprendizaje significativos para los estudiantes de ingeniería. En contraste, la mayoría de los estudiantes son capaces de hacer frente a los fundamentos experimentales y técnicos de los experimentos de óptica cuántica con fotones heraldos y sus principios subyacentes, como la técnica de coincidencia utilizada para la preparación de estados de un solo fotón. Estos hallazgos son coherentes con investigaciones previas, y por lo tanto, el Inventario de Conceptos de Óptica Cuántica puede servir como un punto de partida fructífero para futuras investigaciones empíricas en relación con la educación de la futura fuerza laboral cuántica.
Descripción
Las tecnologías cuánticas han superado la mera investigación fundamental en laboratorios en los últimos años y facilitarán cada vez más aplicaciones potencialmente disruptivas en una amplia gama de campos en el futuro. En previsión, es necesario implementar oportunidades de calificación para formar especialistas cualificados, conocidos como la futura fuerza laboral cuántica, en diversos campos. Universidades de todo el mundo han lanzado programas de calificación para ingenieros centrados en la óptica cuántica y la fotónica. En muchos de estos programas, los estudiantes asisten a cursos sobre física cuántica contextualizados a través de experimentos de óptica cuántica con fotones heraldos, porque: (1) sus fundamentos experimentales y físicos pueden aprovecharse directamente para enseñar una serie de aplicaciones de tecnología cuántica, y (2) la investigación en educación física ha proporcionado evidencia empírica, según la cual tales enfoques basados en la óptica cuántica son propicios para aprender sobre conceptos cuánticos. Si bien muchos docentes están seguros de la efectividad de sus conceptos, hay poca evidencia empírica debido a la falta de herramientas de investigación específicas del área de contenido. Presentamos un inventario de conceptos de 16 ítems para evaluar la comprensión conceptual de los estudiantes sobre conceptos de óptica cuántica en el contexto de experimentos con fotones heraldos, adoptado de un instrumento de prueba publicado en la literatura. Hemos administrado este Inventario de Conceptos de Óptica Cuántica como una prueba posterior a los estudiantes después de la instrucción sobre óptica cuántica como parte de un curso de ingeniería de pregrado. Evaluamos la calidad psicométrica del instrumento, tanto en términos de teoría clásica de pruebas, como utilizando un enfoque de escalado de Rasch. El Inventario de Conceptos de Óptica Cuántica permite una medida confiable, y los datos recopilados muestran un buen ajuste al modelo de Rasch. Las puntuaciones de los estudiantes sugieren que los efectos cuánticos fundamentales presentan obstáculos de aprendizaje significativos para los estudiantes de ingeniería. En contraste, la mayoría de los estudiantes son capaces de hacer frente a los fundamentos experimentales y técnicos de los experimentos de óptica cuántica con fotones heraldos y sus principios subyacentes, como la técnica de coincidencia utilizada para la preparación de estados de un solo fotón. Estos hallazgos son coherentes con investigaciones previas, y por lo tanto, el Inventario de Conceptos de Óptica Cuántica puede servir como un punto de partida fructífero para futuras investigaciones empíricas en relación con la educación de la futura fuerza laboral cuántica.