美国本科上层量子力学课程的表征
物理教育
2025-07-15 v1
摘要
上层本科量子力学 (QM) 被广泛认为是难以掌握的学科，教学方法各异且内容覆盖范围不一。例如，两种常见的本科 QM 教学方法分别是：spins-first 方法，侧重于在自旋系统中先讨论 QM 的后设假设，再讨论波函数；以及 wavefunctions-first 方法，侧重于 Schr"odinger 方程及其在各种势阱中连续函数解之后，再讨论自旋。这些不同的方法，以及教材中内容的差异，可能意味着美国学生在 QM 课程中学习的内容各不相同。本文基于来自全美各机构的教师调查响应，对 QM 课程进行表征。我们收集了 76 位教授 QM 课程（或课程序列）的响应，呈现他们的教学方法论、教学资源使用情况以及 QM 主题覆盖情况。我们发现，抽样中大多数教师使用传统讲座方法，但许多教师正在使用交互式讲座或其他非传统方法。此外，教师们正在使用广泛的教学工具（例如 clicker 问题）。许多教师报告教授单学期（或单季）的 QM 课程；这些教师的课程内容覆盖情况类似于教授第一学期（或季） QM 课程的教师，尽管他们的响应显示出更大的变异性。我们另外报告了基于 wavefunctions-first 与 spins-first 教学方法之间内容覆盖差异的比较，发现两者在大多数主题上具有高度重合，只是少数特定主题的覆盖存在差异。这些发现可帮助为 QM 教育的未来研究与教学努力提供指导。
引用
@article{arxiv.2507.10513,
title = {Characterization of Upper-Level Undergraduate Quantum Mechanics Courses in the U.S},
author = {Jesse Kruse and Molly Griston and Bethany R. Wilcox},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.10513},
year = {2025}
}
备注
Submitted to Phys. Rev. PER