Kvanteobjekter i Fysikk 2

Abstract

Kvanteobjekter ble nylig introdusert i kompetansemålene for Fysikk 2 i videregående skole som en del av den nye læreplanen. Den vanligste ontologiske tilnærmingen til undervisning av kvantefysikk er i dag gjennom bølge-partikkel-dualiteten, som har sitt opphav fra København-tolkingen, og baserer seg på klassisk terminologi. Et klassisk perspektiv kan føre til misoppfatninger av flere av grunner. Derfor ønsker denne studien å utforske bruken av kvanteobjekter som en alternativ og innovativ tilnærming. Studien fokuserer på en fysikklasse med 16 videregåendeelever og bruker intervensjonsforskning som tilnærming. Sentrert rundt elevenes bruk og opplevelse av begrepet kvanteobjekter og et utviklet tabell-verktøy, er det i denne studien utviklet og gjennomført et undervisningsopplegg der gruppediskusjoner er i fokus. Det er gjennomført en tematisk analyse av lydopptak av ni gruppediskusjoner, samt to gruppeintervjuer. Mange elever uttrykte at de opplevde utfordringer med å bytte perspektiv mellom partikler og bølger og tok gjerne i bruk kvanteobjekter som en egen ontologi. Elevene hadde nyanserte, reflekterte og kritiske syn på ikke-determinisme og målinger, som kan stamme fra at de tar i bruk kvanteobjekters egenskaper og det implementerte tabell-verktøyet på hensiktsmessige måter. Undervisningsopplegget tar i bruk en realist-tilnærming til kvantefysikk, noe de fleste elevbesvarelsene reflekterer. Resultatene diskuteres med tanke på tidligere forskning på elevers utfordringer og undervisningsstrategier for kvantefysikk. Prosessen har vist at kvanteobjekter fungerer som et godt alternativ til bølge-partikkel-dualiteten ved å utelate klassiske assosiasjoner og introdusere en konsekvent kvantefysisk ontologi. Denne studien kan fungere som et startpunkt for å undervise om det nye kompetansemålet og kan gi lærere støtte når de skal undervise om kvanteobjekter.

Quantum objects were recently included as part of the Norwegian upper secondary curriculum. Today the most used ontological approach in teaching quantum physics is using the wave-particle duality, which originally arose from the Copenhagen interpretation and is based on classical terminology. A classical perspective can lead to misinterpretations for an assortment of reasons, which is why this study seeks to explore the use of quantum objects as an alternative and innovative approach. The study focuses on a physics class of 16 upper secondary students and uses the approach of intervention-based research. Centring around students’ use and experience of the term quantum objects, as well as a developed table learning tool, this study designed and implemented a teaching plan using small-group discussion as its focus. A thematic analysis is performed on nine audio-recorded small-group discussions and two group interviews. Many students expressed struggles with changing perspectives between particles and waves and welcomed the use of quantum objects as its own ontology. The students had nuanced, reflected and critical views on non-determinism and measurement using the characteristics of quantum objects, implemented from the table teaching tool, appropriately. The teaching plan takes a realist approach to quantum physics, which is mostly reflected in the students’ answers. The results are discussed considering previous research on students’ difficulties and teaching strategies in quantum physics. The process showed how quantum objects in fact work as a suitable alternative to the wave-particle duality by excluding classical associations and introducing a consequent quantum physical ontology. This study acts as a starting point for teaching the new curriculum and might provide support for teachers when teaching about quantum objects.