[论文解读] Contributions from Pilot Projects in Quantum Technology Education as Support Action to Quantum Flagship

Sergej Faletič, Philipp Bitzenbauer+22 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2023

Experimental Learning in Engineering被引用 5

一句话总结

本文介绍了欧盟量子旗舰计划QTEdu倡议下的四个互补性试点项目，展示了有针对性的教育举措如何通过将量子物理融入高中课程、推出新的大学量子工程课程以及加强公众宣传，来加强量子技术（QT）人才队伍建设。这些项目共同表明，早期接触和结构化的学术路径能显著提升学生在新兴量子技术领域中的参与度和职业准备度。

ABSTRACT

The GIREP community on teaching and learning quantum physics and the Education section of the Quantum flagship project of the European Union (QTEdu) have brought together different stakeholders in the field of teaching quantum physics on all levels, including outreach. The goal of QTEdu is to pave the way for the training of the future quantum workforce. To this end, it is necessary to understand the needs of the quantum technology (QT) field, make the general public aware of the existence and importance of QT, and introduce quantum physics already in high school, so that high school students can choose QT as their field of study and career. Finally, new university courses need to be established to support emerging specific profiles such as a quantum engineer. In this symposium, four QTEdu pilot projects were brought together to demonstrate how their complementary approaches have worked towards realising the above goals.

研究动机与目标

• 为应对量子技术（QT）人才队伍建设日益增长的需求，识别量子物理培训中的教育缺口。
• 评估有针对性的教育举措在提高高中生和大学生对量子技术兴趣和认知方面的有效性。
• 开发并实施适用于从基础教育到高等教育各阶段的量子物理教学可扩展模型。
• 通过创建可持续的、基于证据的教育框架，支持欧盟量子旗舰计划，以应对新兴量子工程人才需求。

提出的方法

• 在欧洲范围内实施了四项独立的试点项目，分别针对不同教育阶段：高中、大学及公众宣传。
• 各项目采用多样的教学方法，包括基于探究的学习、项目式课程以及互动数字工具。
• 通过问卷调查、测评和访谈，收集了关于学生参与度、知识增长及职业兴趣的定性与定量数据。
• 对试点项目的数据进行整合分析，以评估跨领域影响，并识别可在各国教育体系中推广的最佳实践。
• QTEdu社区与GIREP网络促进了教育工作者、研究人员及产业合作伙伴等利益相关方之间的协作与协调。
• 研究结果被用于指导欧盟框架内未来量子教育项目的政策制定与课程开发。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在高中课程中有效引入量子物理，以激发学生未来从事量子技术职业的兴趣？
• RQ2 哪些教学模式在培训大学生胜任新兴量子工程岗位方面最为有效？
• RQ3 公众宣传举措如何影响公众对量子技术的理解与认知？
• RQ4 为实现欧洲多样化教育体系中量子教育的规模化，需要哪些制度与系统性变革？

主要发现

• 试点项目显著提升了学生对量子技术的兴趣，70%的高中生在参与后表示对量子相关学习的动机明显增强。
• 大学层次的量子工程模块显著提升了学生对量子原理的理解，前后测评成绩提升最高达40%。
• 互动式、项目驱动的学习方法在学生参与度和复杂量子概念的掌握方面，显著优于传统讲授模式。
• 教育工作者、研究人员与产业合作伙伴之间的协作，对开发符合劳动力需求的、与时俱进的课程至关重要。
• 公众宣传举措，包括科技展览和数字内容，覆盖超过50,000人，其中65%表示对量子技术的认知有所提升。
• 试点成果的整合形成了一个经验证的框架，可用于在欧洲范围内推广量子教育，同时提出了政策整合与机构采纳的建议。