有关基于STEM的量子力学项目式教学改革的研究

有关基于STEM的量子力学项目式教学改革的研究一、新形势下量子力学教学中存在的主要问题量子力学是研究微观粒子体系运动规律的基础理论，量子力学的建立不仅是物理学上的一次革命，更是对人类思维模式的颠覆。量

有关基于的量子力学项目式教学改革的研究 STEM 一、新形势下量子力学教学中存在的主要问题 量子力学是研究微观粒子体系运动规律的基础理论，量子力学的建立不仅是物理学上的一 次革命，更是对人类思维模式的颠覆。量子力学主要研究微观粒子的基本结构和性质，是 激光物理、材料物理、量子信息、量子生物、量子化学、现代医学等学科的基础，是物理 学本科生的专业必修课程，也是很多工科专业的基础课程。年月，美国加州谷歌 201910 量子在《》发表了关于量子计算方面的最新研究成果。在该工作中，他们研制 AINature 了一台利用量子叠加和量子纠缠实现的个量子比特组成的处理器。该处理器从量子电 54 路中采集了万个样本，只用了秒左右的时间，而一台尖端超级计算机完成相同 100200 的任务大约需要万年的时间。同时，在《》中发表题为 1[1]OliverNewsandViews 的评论文章写到这是一项了不起的成就。随 “Quantumcomputingtakesflight”“”[2] 着半量子计算、导体技术以及生物分子的发展，量子理论已经进入了寻常百姓家。 笔者从多年来从事量子力学教学的经验来看，一方面，学生对诸如量子计算，量子通讯等 方面的应用有浓厚的兴趣；另一方面，在量子理论学习方面，由于学生数学基础薄弱，面 对抽象的理论，又束手无策。针对这一现状，很多从事量子力学教学的教师对量子力学做 了一系列的教学改革尝试。针对提高学生学习兴趣，课程学习难度大，而采取的教学改革 方法主要有：以量子力学发展史贯穿教学，以成熟的实际应用如量子力学在半导体技术 ( 中的应用激发学生的学习兴趣；采取量子和经典对比讲授的方式，促进学生对量子力学 ) 的理解。加强课程建设，增加学生学习的途径；撰写论文，加深对知识点的理解， [3][4] 整合教学内容，降低数学难度。针对量子理论比较抽象，学生不容易理解的现状，笔者 [5] 也尝试了通过对波函数、一维无限深势阱概率分布的图形化，加深对量子理论的理解 。上述教学改革虽然取得了一定的效果，但由于学生参与度不高，学生很难进行深入 [6,7] 思考。 为适应社会和科技发展的要求，培养学生的创新和工程实践能力，充分调动学生的学习积 极性和主动性，笔者提出了基于的量子力学项目式教学改革的研究。本论文将以氢 STEM 原子基态能量、电荷分布、电子态密度为例，说明项目式驱动在量子力学教学中的 STEM 应用。 二、项目式教学的实施 STEM