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AI、量子科技成物理教育新戰場!從黑爾戈蘭島出發,看懂下一代科學人才怎麼養成

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物理教育不只教公式 量子科技成為新世代人才必修課

「2026中華民國物理教育聯合會議」8月在國立臺灣師範大學理學院公館校區登場,以「跨域・素養・數位:迎向新世代的物理人才培育」為主題,匯聚國內物理教育及相關領域專家學者與第一線教師,透過學術交流、教學實踐分享及跨校合作,共同探討新世代物理教育發展方向,推動物理教育研究與教學創新,也讓科學教育持續與國際接軌。

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這場會議不只談課本裡的力學、光學與電磁學,量子科技也成為討論焦點。大會籌備會主席、臺師大物理學系蔡志申教授表示,物理學是理解自然現象與建立科學思維的重要基礎,也是推動科技創新的核心力量,從量子科技、半導體、能源與材料,到人工智慧、資料科學與智慧製造,物理思維持續支撐現代科技發展。

2026中華民國物理教育聯合會議透過學術交流與教學實踐分享,探討物理教育如何回應時代變遷。(圖/國立師範大學提供)

從量子科技到AI 未來人才不能只懂單一學科

科技快速翻新,物理教育也開始面對新的課題。蔡志申教授表示,未來人才需要的能力已不再侷限於單一學科知識,而是跨領域整合、科學探究,以及運用科技解決問題的能力。

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因此,本次年會安排大會演講、主題論壇、教學研究發表、實作工作坊、高中探究成果分享及教學展示,希望讓教育工作者在交流中獲得啟發,也在合作中創造新的可能。

其中,「AI與量子科技」直接成為三場主題論壇之一,與「物理教學缺『師』」、「大考實驗入題」並列,邀請中央大學楊仲準教授、東海大學施奇廷教授、文化大學鄒忠毅教授,以及臺師大陳育霖教授、彰師大鄭孟斐教授、聯發科林子丞工程師、蔡哲銘校長等專家與教育現場代表交流,從科技發展、教師人才培育、產學合作到升學評量,深入討論物理教育面臨的挑戰與可能。

量子到底在研究什麼?一百年前的小島,改變現代科學

「量子」聽起來距離日常生活很遠,實際上,現代科技世界早已建立在量子物理的理論之上。

要理解這個神祕世界,可以把時間拉回100年前。

1925年夏天,年僅23歲的德國物理學家海森堡來到北海上的黑爾戈蘭島。這座島嶼光禿禿、海風強勁,卻成為量子力學發展史上的重要場景。海森堡在這裡孕育出劃時代的突破,創建量子力學,也從此開啟延續超過一世紀的科學革命。

這段故事正是義大利理論物理學家卡羅.羅維理博士(Carlo Rovelli)科普暢銷書《量子糾纏:黑爾戈蘭島的奇幻旅程》所描寫的起點。

TVBS出版《量子糾纏-黑爾戈蘭島的奇幻旅程》,期望帶領讀者輕鬆掌握量子概念。(圖/TVBS)

疊加、機率波、量子糾纏 顛覆直覺的世界

《量子糾纏》試圖解開量子理論長久以來令人困惑的謎題。書中從海森堡、薛丁格等科學家的思想出發,帶讀者進入一個美麗、迷人,卻又令人不安的量子世界。

遠距離的物體為什麼可能神祕地彼此連結?粒子為什麼不像日常世界裡的物體一樣,總是存在明確狀態?薛丁格的貓為什麼可以成為量子世界最經典的思想實驗之一?

這些看似違反直覺的概念,正是量子力學迷人的地方。

書中談到「疊加」、不確定性,也討論多重世界、隱藏變量與物理塌縮;進一步把問題推向「關係」——世界究竟是由一個個獨立存在的物質組成,還是由彼此之間的關係編織而成?

「糾纏」不是玄學 而是量子世界的關鍵概念

其中最吸引人的核心之一,就是「量子糾纏」。

日常生活裡,兩個物體即使相隔很遠,通常仍然各自存在;量子世界卻出現完全不同的情況。兩個量子系統可能形成密切關聯,即使彼此分開,描述其中一個系統的狀態時,仍不能完全脫離另一個系統。

《量子糾纏》將這種關聯放進更大的「關係網」中思考,書中甚至以「三人之舞」描述關係如何編織世界,也進一步延伸到資訊、現實,以及「我們究竟如何理解世界」等問題。

這也讓量子物理不只是冷冰冰的公式,而開始碰觸一個更根本的問題:世界究竟是什麼?

從「物質」轉向「關係」 重新理解我們所在的世界

羅維理在書中提出一個大膽觀點:如果把世界視為基本上由「關係」組成,而不是單純由「物質」組成,許多量子理論看似矛盾、難以理解的地方,也可能出現另一種解讀方式。

這個觀點也讓量子物理從實驗室一路延伸到更大的哲學問題。

書中認為,人與周圍萬事萬物,唯有在彼此互動時才會存在。量子理論因此不只是描述微小粒子的科學工具,也提供另一個角度,重新思考現實如何構成,以及意識的本質究竟為何。

從一座北海小島,到今天的量子科技;從100年前的量子力學突破,到AI、半導體、資料科學與智慧製造,物理學一路改變人類理解世界的方式。

從研究前沿回到課堂 物理教育也在改變

這樣的跨域思維,也正是本次物理教育聯合會議希望帶進教育現場的方向。

由加州理工學院物理講座教授、臺師大物理學系講座教授暨玉山學者葉乃裳主講的「以真理為最高權威:培養跨領域且具全球視野的科學精神」重量級專題演講,從量子科學與奈米科學等跨領域研究前沿出發,探討科學精神、全球視野與跨領域人才培育的重要性。

葉乃裳教授強調,科學探索需要好奇心、證據、批判思考、客觀開放、誠實正直,以及追隨真理的勇氣,也需要透過國際合作共同面對科技與全球永續議題。

在實作工作坊中,將理論與實作緊密結合,參與者獲得實用的課程實驗操作素材。(圖/國立臺灣師範大學提供)

不只坐在教室聽課 從數位模擬到矽光子動手做

除了量子科技議題,大會也把理論與實作緊密結合,安排五場平行實作工作坊。

臺師大陳傳仁教授帶領「數位模擬實驗教學」,以拋體運動及圓周運動為例,讓教師透過模擬套件進行測量、擷取數據與圖表分析,將數位工具轉化為能帶回課堂的教學資源。

臺師大楊承山教授則以「Seeing the Light~矽光子基礎光學探索與實作」為題,從光柵、繞射及裸眼3D等生活現象出發,連結半導體、光通訊、AR/VR及光電科技,展現物理教育與前瞻科技跨域融合的可能。

清華大學曾賢德副教授分享「糖水的旋光實驗與光譜測量」,東海大學王昌仁教授帶領「看見奈米科學教案分享」,退休教師陳坤龍則帶來「磁旋轉鎖定磁懸浮」實作與探究,讓參與教師從光學、奈米科學到磁懸浮等主題,透過動手操作、教材設計及數據分析,探索能直接應用於高中物理教學的創新教法。

從黑爾戈蘭島到下一代教室 科學革命仍在進行

三天議程也安排論文宣讀、壁報發表、教學與擺攤演示、高中物理動手學、探究實作競賽金獎隊伍成果分享及大師實驗演示,讓大學研究、高中教學及產業實務彼此連結。

透過高中探究實作競賽成果分享,不同教育階段進一步交流,將學生探究成果、教師教學實踐與學術研究相互串聯,形成完整的物理教育交流鏈。

2026中華民國物理教育聯合會議(圖/國立臺灣師範大學提供)

從1925年的黑爾戈蘭島,到2026年的物理教育現場,量子力學走過一百年,問題卻沒有因此結束。

相反地,量子科技、人工智慧、半導體與新興科技正在提出更多新的問題,也讓物理教育必須培養的不只是「會解題的人」,而是能理解問題、提出問題、跨域合作,甚至勇於質疑既有答案的新世代科學人才。

臺師大校長宋曜廷表示,期待與會者透過交流激發新的想法、累積新的合作,持續提升物理教育品質,共同培育具備科學素養、跨域能力與創新精神的新世代人才。臺師大也期盼以此次會議為契機,持續發揮科學教育與教師培育的專業優勢,串聯學術研究與教育現場,創造更多跨域合作與教學創新的可能。

而科普暢銷書《量子糾纏:黑爾戈蘭島的奇幻旅程》所描寫的,正是從一百年前開始、至今仍未停止的那場科學革命——一場從理解微小粒子出發,最後重新追問「世界究竟是什麼」的奇幻旅程。

《量子糾纏:黑爾戈蘭島的奇幻旅程》更多資訊請上博客來

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