計畫簡介
量子力學是描述微觀物質行為的物理學理論。根據量子理論，微觀粒子有時會顯示出波動性，有時又會顯示出粒子性，這種在不同條件下分別表現出波動或粒子的性質稱為波粒二象性。根據海森堡的不確定性原理，粒子的位置與動量不可同時被確定，位置的不確定性越小，則動量的不確定性越大，反之亦然。許多學生對於微觀粒子兼具波動性與粒子性感到難以理解，主要跟他們看世界的「尺度」有關，因為量子力學談論的東西實在太小了，而微觀尺度下的粒子現象卻又很難在日常生活中進行量測與驗證。本研究以虛擬實境技術開發量子力學的教學模組，讓學習者可以在虛擬世界中看見電子、光子的粒子與波動現象，並藉由高層次的互動操作以了解其位置與動量的不確定性。虛擬實境可將波粒二象性的抽象概念具體化與視覺化，學習者可透過虛擬光電效應實驗了解愛因斯坦提出的光量子論，並根據波耳的原子模型來解釋氫原子的不連續光譜，對於量子力學的理解有很大幫助。本研究透過教學實驗來探討虛擬教學模組的學習成效和學習者的系統滿意度以作為教學改進的依據。本計畫透過推廣活動來達到科普化的目標，使學習者具備對量子理論的基本理解與素養，進而樂意主動學習現代物理的新觀念，並具備應用科技知識解決問題的能力。