2025年 03期
量子科技与现代量子教育
张庆瑞;陈韵琳;朱广天;本文聚焦于量子科技领域，探讨其发展现状、面临的教育挑战以及相应的应对策略。量子科技发展迅速，2025年将迎来重要节点，然而其教育面临诸多难题，如知识的非直觉性、师资不足等。通过分析不同地区的量子科技发展与教育举措，本文强调从基础教育到高等教育全面变革的必要性，以培养适应量子科技革命的人才，推动该领域持续发展。
量子游戏与教学：开启量子世界的探索之旅
安峥;陈庆炜;随着量子计算和量子信息科学的发展，量子游戏正成为一种新兴的教育工具，有助于学生直观理解复杂的量子概念。本文探讨了量子游戏在量子教育中的应用，重点分析了“量子国际象棋”的规则、教学设计及其对学生认知发展的影响。量子国际象棋结合了量子叠加、纠缠和测量等核心概念，使学生能够在游戏过程中体验量子物理的独特现象。未来，量子游戏与教育的结合仍需进一步优化，以适应不同学习需求，并推动量子计算技术在教育领域更广泛的应用。
STEM与教育：来自香港资优教育计划的经验
吴大琪;马遥;STEM(科学、技术、工程和数学)教育作为21世纪全球教育改革的核心方向，正在重塑传统教育模式，培养适应未来社会的创新型人才。本文聚焦于香港STEM教育发展中各阶段的战略变化和成功经验，包括更新STEM课程为学生提供优质的学习活动，安排统筹人员助力学校和教师的专业发展，调动社会各界力量为学与教拓宽通道，全方位推进香港STEM教育发展，其中香港资优教育学院和“资优教育计划”在香港STEM教育中更是扮演了重要角色。
一维谐振子坐标表象与动量表象的等价性
纪怀昱;张子骏;郑华;孙辉;一维谐振子是量子力学中少数可以精确解析求解的模型之一，可以用于检验量子力学的理论与方法，具有丰富的内涵。利用傅里叶变换与厄米多项式的生成函数，实现了一维谐振子坐标表象中本征波函数到动量表象中本征波函数的变换，验证了两种表象中对一维谐振子描述的等价性与联系。利用代数解法分别得到一维谐振子在坐标表象与动量表象中本征能量与本征波函数，进一步讨论了两种表象的等价性。强调了物理学中“降维打击”思想，加深学生对量子力学的理解，激发学生的学习兴趣。
量子力学满足伽利略相对性原理的变换形式探究
吕文文;王锋;本文介绍了相对性原理从伽利略相对性原理到狭义相对论再到广义相对论的发展过程。受此启发，进行了量子力学满足伽利略相对性原理的变换形式探究。本文从幺正变换可以保持量子力学的物理规律不变出发，将量子力学中的动量平移幺正变换与经典力学中的伽利略变换相对应，揭示出量子力学满足伽利略相对性原理的变换形式可以通过动量平移幺正变换实现。这种探究有利于学生深入思考量子力学和经典物理的对应关系，能降低初学者对于量子物理和经典物理之间的冲突感，帮助学生搭建从经典到量子思维跃迁的桥梁。
交互式教学在量子信息课程中应用的进展研究
吴田宜;东晨;党可征;冉阳;周子超;量子信息科学教学既存在基础概念原理抽象、符号系统复杂的教学难点，又面临多学科融合交叉带来的知识体系庞杂，实验操作繁复、实验成本高昂等实际问题。近年来，量子游戏、虚拟仿真实验等交互式教学策略引起了广泛的关注，它们能够引导学生形成自驱式沉浸学习以提升学习效果，也能降低实物实验成本，适合应对量子信息课程教学的现状问题。本文先分析虚拟仿真实验、量子游戏等交互式教学在量子信息课程教学中的需求，再通过大量资料总结其在量子信息课程中的应用现状，最后结合“量子信息技术及应用”的授课和调查情况，介绍如何将交互式教学资源融入课程教学，为后续的教学实践和应用推广提供思路。
弛豫时间谱在研究黏弹性材料蠕变行为中的应用
乔吉超;徐宗睿;蠕变是黏弹性材料的重要特征，其已被证明是定量研究其与时间相关结构弛豫现象、滞弹性与塑性变形行为的有效手段。同时，蠕变反映了材料在长时间外载荷作用下真实响应进程，抗蠕变性能亦是评估工程材料服役性能以及寿命的关键指标。因此，研究黏弹性材料的蠕变行为，既有助于深入理解非晶固体变形断裂机制，又可对其作为工程材料实际应用提供理论支撑。本文从经典蠕变概念出发，首先介绍蠕变的宏观演化方式与微观机理；其次结合黏弹性本构模型引入弛豫时间谱这一重要概念；最后以非晶合金这种典型黏弹性材料为例，阐述弛豫时间谱的构建方法并详细探讨其在分析非晶合金蠕变行为中的实际应用。本文综合笔者近年来对于非晶固体蠕变行为的研究成果，提出了一种有助于深层次理解非晶固体蠕变机理的新研究方法，并为深入探寻其时间依赖性动力学弛豫行为提供了全新视角。同时，本文所涉及研究方法也可为其他讲授黏弹性力学课程的教师提供参考与借鉴。
有限大带电体和无限大带电体的电势——也谈均匀带电无限长直导线的电势问题
曹清华;建立清晰牢固的物理概念，以简洁的形式解决物理问题，是物理教学的基本目的。本文以求均匀带电无限长直导线的电势为例，按照《电磁场与电磁波》教材的体例，由Helmholtz定理引入电势，由单位正电荷在电场作用下所做的功引出电势的定义式，通过对有限大和无限大带电体电场的讨论，说明从电势的定义出发，便不会出现病态的数学定义，能够解决因套用有限大带电体的电势公式所致的发散积分问题。无限大带电体是简单化、理想化和相对化的结果，故不能像有限大带电体那样选无限远处为电势参考点，而是要选有限远处为参考点。选定参考点后，有限和无限大带电体的电势如同电势差一样都是可以测量的。
基于重现理论的单摆系统非线性动力学特性研究
王立媛;本文利用分岔图、相图、重现图和重现量化等方法，研究了有阻尼、不同驱动力作用下单摆往复和旋转运动的非线性动力学特性。结果表明：重现图和重现量化测度能够辨识周期运动和混沌运动特征，随着驱动力的增加，单摆系统经历了由周期到混沌以及再由混沌到周期的演变过程，相图和重现图能够清晰展示系统运动轨线的时空分布，重现量化测度中熵和重现时间增加，而最大对角线长度减小，意味着系统复杂性和轨道分离速度增加。
外加电磁场下无质量狄拉克方程的严格解
马宁;石墨烯作为一个前沿的研究领域，其本征值问题的求解对量子力学教学具有重要的示范意义。本文以石墨烯为例，提出了严格求解外加电磁场下无质量狄拉克方程本征值问题的一种较为简洁的方法，即基于朗道和栗弗席兹的相对性量子理论原理，并借助一维谐振子模型众所周知的本征值解巧妙地解析得到了狄拉克方程的本征能量和本征波函数。结果表明，在外加电磁场的石墨烯物理系统中，电场会使得相邻朗道能级间隔发生收缩，并最终导致整个朗道能谱在β=1的临界值处突然发生塌缩，这一有趣的物理现象在非相对论性的标准二维电子气系统中并未出现。石墨烯本征值问题的求解，可以展示量子力学在凝聚态物理和材料科学中的应用。学生可以学习如何使用量子力学理论来解释和预测石墨烯的电学性质，如能带结构和导电性等。这有助于增强学生对量子力学理论与实际应用之间的联系，提高他们对凝聚态物理和材料科学中量子效应的理解。