探析学生对量子隧穿中能量损失的心智模型

我们报告了一项跨年度、多机构的研究，旨在调查学生在量子隧穿背景下对能量的推理。我们利用非评分调查、评分考试题、个体临床访谈和选择题考试，构建出学生典型回答类型的图景。我们发现，对穿过方势垒的隧穿的两种描述尤为常见。学生常称隧穿粒子在隧穿过程中损失能量。在绘制波函数时，学生还表现出振荡轴线的偏移，仿佛振荡轴线的高度指示了粒子的能量。我们发现学生的量子隧穿概念模型、数学模型与图形模型之间存在不一致。作为量子物理课程的一部分，我们开发了教学材料以帮助学生建立更稳健且更少不一致的隧穿图景，并给出数据表明我们已成功做到这一点。