通过动态模拟电子的电荷-质量比来培养计算思维

《IEEE Revista Iberoamericana de Tecnologias del Aprendizaje》：Computational Thinking Through a Dynamic Simulation of the Electron Charge-Mass Ratio

电子电荷质量比测量模拟与计算思维在STEM教育中的应用。通过GeoGebra构建虚拟实验室，利用亥姆霍兹线圈生成均匀磁场，基于洛伦兹力分析电子偏转规律，验证计算思维在物理实验教学中的有效性。

　　

摘要：

计算思维（CT）被认为是一种可以在任何年龄和各种环境中发展的关键宏观技能，是科学、技术、工程和数学（STEM）学科的重要组成部分。为此，本文介绍了一种交互式模拟工具的设计与开发，该工具利用亥姆霍兹线圈产生均匀磁场来测量电子的电荷-质量比。根据洛伦兹定律，该模拟展示了在电场作用下加速的电子如何在磁场的影响下沿圆形轨迹运动。该模拟使用了GeoGebra软件创建了一个虚拟实验室环境，用户可以控制实验变量，如加速电流和电压。模拟结果与已知的电子电荷-质量比的理论值和实验值相符，表明其作为补充教育资源的潜力。

引言

计算思维（CT）已经得到了众多研究者的广泛分析和探讨[1], [2], [3], [4], [5], [6]，并逐渐被认可为一种超越计算机科学领域的通用技能。它被视为一项所有个体都具备的分析能力，具有跨学科的特性，适用于多种学习场景。尽管计算思维并不总是直接与数学或物理学等学科相关，但它与创建更高效、更动态、更丰富的学习环境密切相关[7]。