Implementing New Educational Platforms in the Classroom: An Interactive Approach to the Particle in a Box Problem
Implementing New Educational Platforms in the Classroom: An Interactive Approach to the Particle in a Box Problem
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在课堂上实施新的教育平台：盒中粒子问题的交互式方法
DOI：
10.1021/acs.jchemed.9b00195
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发表时间：
2019
影响因子：
3
通讯作者：
Kleiman, Valeria D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cruzeiro, Vinícius Wilian;Gao, Xiang;Kleiman, Valeria D.
互动平台的现成可用性产生了新一代的学生能够轻松舒适地利用基于计算机的学习工具。更好地“自己探索”讲座材料的潜力允许学生有一个增强的学习体验，并刺激他们修补方程参数生成有见地的数字或动画。在课堂上使用，它鼓励学生对复杂的推导或数学表达式有更深的理解。我们展示了互动式学习平台的力量，通过展示教学笔记本来研究量子化学中的一个基本问题：粒子在1D和2D空间中的运动。虽然简单，这个模型提供了探索几个重要的量子化学概念，如海森堡的不确定性原理，限制导致量子化，隧道效应，甚至成键和反键性质的可能性。我们提供四页的笔记本，让学生从自由粒子的性质逐渐了解双势阱中粒子的性质。我们从本科和研究生课程中的材料的实施所获得的经验进行了讨论，包括学生的反馈和补充作业的例子将在课堂上使用。
The ready availability of interactive platforms has produced a new generation of students able to utilize computer-based learning tools with ease and comfort. The potential to better “explore by yourself” the lecture material permits students to have an enhanced learning experience and stimulates them to tinker with equation parameters generating insightful figures or animations. Used in the classroom, it emboldens students to have a deeper comprehension of complex derivations or mathematical expressions. We illustrate the power of interactive learning platforms by presenting educationalJupyter notebooksfor the study of a fundamental problem in quantum chemistry: the motion of a particle in 1D and 2D space. Although simple, this model offers the possibility to explore several important quantum chemistry concepts such as Heisenberg’s uncertainty principle, confinement leading to quantization, tunneling effect, and even bonding and antibonding properties. We present fourJupyter notebooksthat gradually walk the student from the properties of a free particle to the properties of a particle in a double potential well. Our experience gained from the implementation of the material in the undergraduate and graduate curriculum is discussed, including student feedback and examples of complementary homework to be used in the classroom.
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