论文题目：中美大学生对量子力学概念理解的比较研究
摘要：本文着眼于国际教育的对比研究,笔者主要对比了中美学生在量子力学概念上的理解存在哪些相同点与不同点。前期已有与力学概念（FCI）和电磁学概念（BEMA）相关的研究,这些研究表明中国学生对这两个内容相关知识点的理解对比美国学生,存在很大的优势。研究针对中国学生所表现出的这种优势的原因也作出了合理的猜想,其中中国学生在高中阶段接受了较高强度的训练是最为人们接受的一个解释。本次研究为了尝试排除该因素的影响,特意选择量子力学的概念作为研究内容。为了获得足够的样本数据,笔者分别在中国和美国选择了 5所大学,考虑到量子力学课程一般开设在本科三年级,本次研究主要的研究对象集中在中美的本科生身上。本文选择量子力学概念测试（QMS）作为测试量表,向中美一共10所大学约400多名本科生进行了问卷调查,通过对学生的得分进行数据分析,发现中美学生对量子力学概念理解存在差距,其中中国学生的优势不再。但在同层次院校的学生中,中国学生的表现比较稳定,美国学生则在得分上浮动较大。本研究选择一共9类知识点进行了调查,数据表示差异最多的三个内容是“哈密顿算符”、“束缚态与散射态”以及“定态与非定态”。通过多方面比较数据,笔者将分别选择一道题目分析中美学生对相关知识点理解的差异点与相同点。对“哈密顿算符”,中国学生对比美国学生发生知识迁移的人数更多,他们更容易将经典物理学中的某些结论迁移到量子力学领域。对“束缚态与离散态”,中国学生与美国学生错误认识比较接近,他们大多错在没有判断出粒子处在“束缚态”的必要条件之一是要求势阱底部的势能必须小于无穷远处的势能;而对另一个条件——形成“阱”,仍有少数中国学生认识不足。对“定态与非定态”,中美学生共有的主要问题有两个,一是认为粒子波函数会随时间变化最终稳定在基态,二是没有意识到如果粒子在新系统中不处于定态,那么它就不会因为在原来的系统中处于定态而最终也变为定态。犯第一类错误的中美学生差不多,犯第二类错误的中国学生比美国学生略多一些。
关键词：中美比较;量子力学概念;本科教育
学科专业：教育硕士（专业学位）
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1 研究论题的提出
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 国内的研究现状
1.2.2 国外的研究现状
1.3 研究的目的与意义
1.4 研究的对象
1.5 研究的思路与方法
1.6 研究采用的量表与数据分析软件
1.6.1 研究采用的量表
1.6.2 数据分析软件
2. 理论基础与概念界定
2.1 量子力学概念与物理法则
2.2 教育研究中的数据分析原理
2.3 学习迁移理论
2.3.1 早期的学习迁移理论
2.3.2 现代的学习迁移理论
3. 中美学生量子力学概念测试的实验设计
3.1 研究目的
3.2 研究对象
3.3 研究方法
3.4 研究量表
3.5 研究过程中的控制变量
3.6 研究数据收集
3.7 数据分析思路
4. 中美学生量子力学概念测试的数据分析
4.1 中美学生量子力学概念测试数据的信度与效度
4.2 中美学生量子力学概念测试的整体数据分析
4.3 中美学生量子力学概念测试各题得分率差距的比较
4.4 中美学生量子力学概念测试不同内容的比较
4.5 内容一: 哈密段算符的比较
4.5.1 中美学生关于哈密顿算符作答的相似性
4.5.2 中美学生关于哈密顿算符作答的差异性
4.6 内容二: 束缚态与散射态的比较
4.6.1 中美学生关于束缚态与散射态作答的相似性
4.6.2 中美学生关于束缚态与散射态作答的差异性
4.7 内容三: 定态与非定态的比较
4.7.1 中美学生关于定态与非定态作答的相似性
4.7.2 中美学生关于定态与非定态作答的差异性
4.8 中美学生量子力学概念测试得分的分布情况
5. 总结与展望
5.1 研究的结论
5.1.1 美国学生对量子力学概念的理解优于中国学生
5.1.2 中美学生对哈密顿算符、束缚态与散射态、定态与非定态的理解差异显著
5.1.3 同层次院校中美国学生对量子力学概念理解波动性大,中国学生则相对稳定
5.2 研究的不足
5.3 研究的展望
参考文献
附录1
附录2
致谢