En studie som undersöker möjligheten att för gymnasiefysikelever introducera kvantmekaniska koncept med hjälp av kvantdatorer och Peer Instruction

• Main Author: Henriksson, Johan
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Uppsala universitet, Fysikundervisningens didaktik 2019
• Subjects: Physical Sciences; Fysik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-393193

Möjligheten till att introducera kvantmekanik från ett kvantinformationsperspektiv, för gymnasieelever utan tidigare erfarenhet av kvantmekanik, undersöks i denna studie. Kvantmekaniska koncept såsom den statistiska tolkningen av en vågfunktion, kollapsen av en vågfunktion vid en mätning, operatorer, sammanflätning och interferens introduceras med hjälp av kvantdatorkoncepten: kvantbitar, kvantgrindar, kvantparallellism och Deutschalgoritmen. En Workshop upplagda efter den elevaktiva metoden Peer Instruction hölls på fyra skolor i Uppsala för totalt 77 elever. Peer Instruction går ut på att lektionen delas in i segment som täcker ett koncept åt gången. Varje segment består av en kort genomgång följt av en konceptuell fråga som först besvaras enskilt, sen får deltagarna diskutera frågan och till sist besvaras samma fråga igen. Vilka typer av konceptuella frågor som kan skapa intressanta diskussioner kring kvantmekaniska koncept med hjälp av kvantdatorer undersöks. Hur olika nivåer av förkunskap om- och intresse för fysik, kvantfysik, kvantdatorer och programmering påverkar diskussionerna samt hur elevernas intresse för ämnet och synen på dess svårighetsgrad utvecklas med workshopen undersöks också. Workshopen var över lag uppskattad av eleverna - utifrån kommentarerna på frågorna som ställdes efteråt. Andelen korrekta svar på frågorna efter diskussionerna var höga och workshopen ökade intresset för fysik, kvantfysik och framförallt kvantdatorer samtidigt som synen på svårigheten av desamma minskade. === The possibility to introduce quantum mechanics, to Swedish pre-university and pre-quantum mechanical students, from a quantum information perspective is examined in this study. Quantum mechanical concepts such as the statistical interpretation of a wave function, the collapse of a wave function when a measurement takes place, operators, entanglements and interference are introduced using the quantum computer concepts: qubuits, qubit gates, quantum parallelism and the Deutsch’s algorithm. A workshop organized according to Peer Instruction was held at 4 different schools in Uppsala, Sweden with a total of 77 participants. The lecture was divided into a number of short presentations each followed by a concept test, the concept test was first answered individually, followed by a disussion amongst the students and finally they answered the same question again. Different kinds of conceptual tests and how different levels of pre-knowledge and preinterest in physics, quantum mechanics, programming and quantum computers influenced the discussions were analysed. How the students attitude to the subject and how their view of how difficult it was changed, were also examined. The workshop was generally appreciated by the students - based on the comments in the questions that were asked after the workshop. The proportion of correct answers to the questions after the discussions was high. The workshop increased the interest in physics, quantum mechanincs and especially quantum computers, while reducing the view of the difficulty of the same.