理论教学
寻源·重构·图形化:人工智能时代结构化学量子力学基础教学新范式* ———基于线性代数底层逻辑的认知框架重构
李海蓓1** , 沙沙1 , 李恒霆1 , 王欣妍1 , 周美娟2 , 戚明颖1 , 乔丽娜1
1.山东大学海洋学院 山东威海 264209;
Seeking Source,Reconstructing,Visualization:A New Paradigm for Teaching Quantum Mechanics Fundamentals in Structural Chemistry in the AI Era: Rebuilding the Cognitive Framework Based on the Underlying Logic of Linear Algebra
LI Hai-Bei1** , SHA Sha1 , LI Heng-Ting1 , WANG Xin-Yan1 , ZHOU Mei-Juan2 , QI Ming-Ying1 , QIAO Li-Na1
1. Marine College,Shandong University,Weihai 264209,China;
摘要： 针对结构化学课程中量子力学基础传统教学中存在的概念抽象、逻辑结构松散、学生难以构建系统认知框架的痛点,提出一种基于认知逻辑重构与图形化呈现的新教学设计。该设计以线性代数为底层数学框架思维工具,从Stern-Gerlach实验现象出发,自然引出并阐明波函数、算符与定态薛定谔方程三大核心概念的数学本质与内在联系,从而帮助学生建立清晰的量子力学基本框架。随后,由此框架推演出波粒二象性、不确定性原理等量子力学基础概念,实现知识的系统构建。教学中深度融合图形化工具,将抽象数学概念与物理图像直观化。教学实践表明,此设计有助于学生从“第一性原理”理解量子力学,实现跨学科知识迁移,培养了在人工智能时代运用底层逻辑而非记忆碎片化解问题的关键能力,为化学及相关学科的理论课程改革提供了新思路。
关键词： 结构化学 ,
量子力学 ,
新教学设计 ,
线性代数 ,
认知逻辑重构 ,
图形化教学 ,
知识迁移
收稿日期: 2026-01-07
基金资助: *山东大学教学改革项目(Z2025015,Z2024016);山东省本科教改项目(Z2025017)
通讯作者:
**E-maillihaibei@sdu.edu.cn
引用本文:
李海蓓, 沙沙, 李恒霆, 王欣妍, 周美娟, 戚明颖, 乔丽娜. 寻源·重构·图形化:人工智能时代结构化学量子力学基础教学新范式* ———基于线性代数底层逻辑的认知框架重构[J]. 化学教育（中英文）, 2026, 47(16): 20-28
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