تدريس ميكانيكا الكم

تعتبر ميكانيكا الكم موضوعًا يصعب تدريسه بسبب طبيعته غير البديهية.^[1] وبما أن هذا الموضوع يقدم الآن في المدارس الثانوية المتقدمة، فقد طبق المعلمون المنهجية العلمية على عملية تدريس ميكانيكا الكم، من أجل تحديد المفاهيم الخاطئة الشائعة وطرائق تحسين فهم الطلاب.

صعوبات التعلم الشائعة

تتراوح المفاهيم الخاطئة لدى الطلاب من التفكير الفيزيائي الكلاسيكي بالكامل، والنماذج المختلطة، إلى الأفكار شبه الكمومية.^[1] على سبيل المثال، إذا أسيء فهم مفهوم أن ميكانيكا الكم لا تصف مسارًا للإلكترونات أو الفوتونات، فقد يعتقد الطلاب أنها تتبع مسارات محددة (الكلاسيكية)، أو مسارات جيبية (مزيج)، أو أنها موجات وجسيمات في نفس الوقت (شبه الكم: "حيث يفهم الطلاب أن الأجسام الكمومية يمكن أن تتصرف كجسيمات وموجات، ولكن لا يزال لديهم صعوبة في وصف الأحداث بطريقة غير حتمية"). من بين المفاهيم التي يساء فهمها غالبًا ما يلي:

لا تقدم مسلمات ميكانيكا الكم أي وصف لمسارات الإلكترونات أو الفوتونات،^[1]
سعة الموجة ليست مقياسًا للطاقة،
معظم الحالات المقيدة ليس لها مدارات كلاسيكية مقابلة،
من الناحية العملية، تعطي ميكانيكا الكم نتائج احتمالية وليست حتمية،^[2]^[3]^[ا]
عدم اليقين الجوهري بدلاً من خطأ القياس.^[2]

تنشأ المشكلات أيضًا من سوء فهم المفاهيم الكلاسيكية المتعلقة بالمفاهيم الكمومية، مثل الفرق بين الطاقة الضوئية وشدة الضوء.

انظر أيضًا

ملاحظات

^ ما إذا كانت اللاحتمية الظاهرة في ميكانيكا الكم أساسية حقًا أم لا، فهذا يعتمد على التفسير.^[4]^[5]

المراجع

^ ^ا ^ب ^ج Krijtenburg-Lewerissa, K.; Pol, H. J.; Brinkman, A.; van Joolingen, W. R. (17 Feb 2017). "Insights into teaching quantum mechanics in secondary and lower undergraduate education". Physical Review Physics Education Research (بالإنجليزية). 13 (1): 010109. arXiv:1701.01472. DOI:10.1103/PhysRevPhysEducRes.13.010109. ISSN:2469-9896. S2CID:13446988. Archived from the original on 2024-06-10.
^ ^ا ^ب Bouchée, T.; de Putter - Smits, L.; Thurlings, M.; Pepin, B. (3 Jul 2022). "Towards a better understanding of conceptual difficulties in introductory quantum physics courses". Studies in Science Education (بالإنجليزية). 58 (2): 183–202. DOI:10.1080/03057267.2021.1963579. ISSN:0305-7267. S2CID:239272777. Archived from the original on 2023-07-12.
^ Marshman، Emily؛ Singh، Chandralekha (1 مارس 2017). "Investigating and improving student understanding of the probability distributions for measuring physical observables in quantum mechanics". European Journal of Physics. ج. 38 ع. 2: 025705. Bibcode:2017EJPh...38b5705M. DOI:10.1088/1361-6404/aa57d1. ISSN:0143-0807. S2CID:126311599.
^ Schlosshauer، Maximilian؛ Kofler، Johannes؛ Zeilinger، Anton (1 أغسطس 2013). "A snapshot of foundational attitudes toward quantum mechanics". Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics. ج. 44 ع. 3: 222–230. arXiv:1301.1069. Bibcode:2013SHPMP..44..222S. DOI:10.1016/j.shpsb.2013.04.004. ISSN:1355-2198. S2CID:55537196.
^ Schaffer, Kathryn; Barreto Lemos, Gabriela (24 May 2019). "Obliterating Thingness: An Introduction to the "What" and the "So What" of Quantum Physics". Foundations of Science (بالإنجليزية). 26: 7–26. arXiv:1908.07936. DOI:10.1007/s10699-019-09608-5. ISSN:1233-1821. S2CID:182656563.

هذه بذرة مقالة عن الطاقة بحاجة للتوسيع. فضلًا شارك في تحريرها.

[6] ما إذا كانت اللاحتمية الظاهرة في ميكانيكا الكم أساسية حقًا أم لا، فهذا يعتمد على التفسير.^[4]^[5]

[insights-review-1] ا ^ب ^ج Krijtenburg-Lewerissa, K.; Pol, H. J.; Brinkman, A.; van Joolingen, W. R. (17 Feb 2017). "Insights into teaching quantum mechanics in secondary and lower undergraduate education". Physical Review Physics Education Research (بالإنجليزية). 13 (1): 010109. arXiv:1701.01472. DOI:10.1103/PhysRevPhysEducRes.13.010109. ISSN:2469-9896. S2CID:13446988. Archived from the original on 2024-06-10.

[bouchee-2] ا ^ب Bouchée, T.; de Putter - Smits, L.; Thurlings, M.; Pepin, B. (3 Jul 2022). "Towards a better understanding of conceptual difficulties in introductory quantum physics courses". Studies in Science Education (بالإنجليزية). 58 (2): 183–202. DOI:10.1080/03057267.2021.1963579. ISSN:0305-7267. S2CID:239272777. Archived from the original on 2023-07-12.

[3] Marshman، Emily؛ Singh، Chandralekha (1 مارس 2017). "Investigating and improving student understanding of the probability distributions for measuring physical observables in quantum mechanics". European Journal of Physics. ج. 38 ع. 2: 025705. Bibcode:2017EJPh...38b5705M. DOI:10.1088/1361-6404/aa57d1. ISSN:0143-0807. S2CID:126311599.

[4] Schlosshauer، Maximilian؛ Kofler، Johannes؛ Zeilinger، Anton (1 أغسطس 2013). "A snapshot of foundational attitudes toward quantum mechanics". Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics. ج. 44 ع. 3: 222–230. arXiv:1301.1069. Bibcode:2013SHPMP..44..222S. DOI:10.1016/j.shpsb.2013.04.004. ISSN:1355-2198. S2CID:55537196.

[5] Schaffer, Kathryn; Barreto Lemos, Gabriela (24 May 2019). "Obliterating Thingness: An Introduction to the "What" and the "So What" of Quantum Physics". Foundations of Science (بالإنجليزية). 26: 7–26. arXiv:1908.07936. DOI:10.1007/s10699-019-09608-5. ISSN:1233-1821. S2CID:182656563.

[1]

[2]

[3]

[ا]

[4]

[5]