FLEET小学的一个试点工作坊展示了小学生可以学习和概念化量子物理,并擅长墨西哥波。
与此同时,155名休斯戴尔小学的学生第一次接触了量子物理学。
五年级和六年级的学生通过角色扮演活动探索了量子原子模型,并将其应用于理解电和电阻在量子水平上是如何工作的。
“我们要求学生参与墨西哥波模拟电子波函数和声子,”FLEET外联协调员杰森·梅杰说。然后,学生们应用这些知识来构建石墨电路,通过提问显示学生们已经对新概念有了一些理解。
“在定性水平上,学生们理解并能够概念化电流和电阻在量子水平上是如何工作的,”杰森说
据我们所知,这是第一次飞行员课,当然是在澳大利亚。
“我们注意到,有研究正在向小学生教授原子在量子水平上是如何工作的。但我们认为这是第一次有人试图在量子水平上教小学生电阻和电是如何工作的,”杰森说。
“我们要感谢蚂蚁的人让孩子们接触到“量子”的概念,当物体变得非常非常小的时候,就会发生奇怪的事情,”莫纳什大学博士候选人伯纳德·菲尔德说,他在当天的活动中提供了帮助。“但当然,我们在此基础上提供了一些更科学的量子概念。”
“希望这能让‘量子’这个词看起来不那么神秘,更容易让孩子们接受。”
在通过墨西哥波练习解释和探索概念后,学生们绘制的原子图表明,他们理解了电子具有波状行为,或者存在于围绕原子核的云中,并且位置不确定。
他们可以理解,电阻是电子在通过电路时(以波的形式)损失能量,当它们与声子相互作用并将能量转移到原子晶格时,这些能量就会损失。“这表明小学生有能力或在定性水平上概念化电和电阻的量子力学,”杰森说。
学生们还了解了FLEET研究,以及数字技术不断增加的能源消耗所带来的挑战。学生们参与了一场讨论,讨论了如何帮助解决这个问题,以及FLEET如何尝试开发新型材料,使导电没有任何阻力,并减少数字技术的能源消耗。
外联参与者Bernard Field
大多数学生开始批判性地思考这个问题,并在后评估活动中提出评论,如“我们需要电子不损失能量的可持续电子产品”(或使用更少的能量)。至少有一名学生看到了需要一种材料,可以让电子在没有阻力的情况下流动:“我们需要找到一种材料,可以让电子在没有能量损失的情况下绕(电路)运动。”
学生们对这些问题的回答也让FLEET的工作人员大开眼界:
伯纳德·菲尔德说:“当我们问孩子们如何才能减少信息通信技术的能源需求时,我猜我们是在试探:‘制造导电性能更好的设备’。”
“但孩子们也提出了许多其他有效的解决方案。这些解决方案包括减少设备使用等行为解决方案,生产更多可再生能源等基础设施解决方案,以及降低设备运行各方面能耗等技术解决方案。这显示了孩子们的创新和意识,他们已经在考虑解决明天问题的方法了。”
原子长什么样子?前后…
外联参与者Kenneth Choo
在课程开始时,学生们对原子的感知要么是经典的“卡通”原子形状,要么是潦草的斑点,要么是随机的点。
研讨会结束后,大多数学生对原子的看法发生了转变。
许多学生将带有电子的原子画成波(30%),而有些人将这些波画成不同能级的波(14%),甚至画出电子“云”,其中电子的位置和能量是不确定的(18%)。
这表明学生们理解了电子具有波状行为,并且/或存在于围绕原子核的云中,并且具有不确定的位置。
帮助Jason的弗利特/莫纳什大学博士候选人Bernard Field、Kenneth Choo和Enamul Haque也发现这项运动很有价值:
“帮助这些孩子学习电学让我很有成就感。我们以一种有趣和实际操作的方式来处理这些主题,这应该是令人难忘的。看到孩子们对科学有了更深刻的理解是值得的。我鼓励科学家们找到机会接触学校,比如在FLEET或其他项目中,如STEM专业人员在学校。”
外联参与者Enamul Haque
FLEET现正寻求其他学校参与此次工作坊的改进过程


