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光學(xué)與原子物理學(xué)課程論文
光學(xué)與原子物理學(xué)課程論文
【摘要】從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力出發(fā)，基于課程的學(xué)術(shù)特色，結(jié)合工科院校應(yīng)用物理類專業(yè)的客觀實(shí)際，研究光學(xué)和原子物理學(xué)的課程體系及教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，確立課程的核心概念、體系的理論架構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容的具體組織思路。
【關(guān)鍵詞】課程體系 教學(xué)內(nèi)容 優(yōu)化研究
光學(xué)與原子物理學(xué)是物理類專業(yè)的重要的基礎(chǔ)課，其前與力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)課程相銜接，其后承載著理論物理以及專業(yè)方向課程。
由于這兩門(mén)課程在課程設(shè)置中具體的位置，再考慮課程本身的學(xué)術(shù)特色，這兩門(mén)課程的教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和理論應(yīng)用能力的培養(yǎng)有其特殊的作用。
工科院校有注重實(shí)踐、技術(shù)培養(yǎng)的傳統(tǒng)及其較完備的設(shè)施，客觀上為這兩門(mén)課程的能力培養(yǎng)提供了條件。
我們要充分認(rèn)識(shí)工科院校的這種客觀優(yōu)勢(shì)和課程的學(xué)術(shù)特色，優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容，將課程的學(xué)術(shù)特色、學(xué)校的客觀優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為能力培養(yǎng)的特色和優(yōu)勢(shì)。
一、光學(xué)的課程體系及教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)
光學(xué)既是一門(mén)重要的基礎(chǔ)性學(xué)科，又是一門(mén)應(yīng)用性十分活躍、交叉滲透極其廣泛的物理課程。
“在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，光學(xué)形成了一套行之有效的特殊方法和儀器設(shè)備”【1】，即數(shù)理解析與幾何圖形相結(jié)合的理論研究方法、精密測(cè)量的設(shè)計(jì)與應(yīng)用特征。
光學(xué)的這種學(xué)術(shù)特色對(duì)學(xué)生素質(zhì)能力的培養(yǎng)有其獨(dú)到之處。
因此，通過(guò)對(duì)光學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，突出課程的理論研究方法及其實(shí)踐性、滲透性【2】，有利于培養(yǎng)學(xué)生的交叉綜合性分析能力和依據(jù)理論的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、精密檢測(cè)能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維意識(shí)。
1.課程體系的架構(gòu)
以折射率和位相為核心概念，以費(fèi)馬原理和惠更斯-菲涅爾原理為基本原理，按照幾何光學(xué)、波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)的順序，研究光的傳播特性(波動(dòng)性)及其粒子性，展示其數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的理論研究方法，突出課程在工程技術(shù)中的應(yīng)用以及與現(xiàn)代光學(xué)的滲透【1，3】。
體系框圖：
2.教學(xué)內(nèi)容的組織思路
以體現(xiàn)課程體系為原則，按48課時(shí)選取并組織、安排教學(xué)內(nèi)容思路如下【1，2】。
第一章 緒論：突出光學(xué)與其他學(xué)科的交叉滲透與應(yīng)用。
(2學(xué)時(shí))
第二章 幾何光學(xué)：以費(fèi)馬原理為基礎(chǔ)，以常見(jiàn)的光學(xué)儀器(單球面、薄透鏡、放大鏡等)成像為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、突出光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)思。
(10學(xué)時(shí))
第三章 光的干涉：以波的相干疊加為理論基礎(chǔ)，以等傾和等厚干涉為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、突出相干理論在精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
(12學(xué)時(shí))
第四章 光的衍射：以惠更斯-菲涅爾原理為基礎(chǔ)，以菲涅爾衍射、夫瑯和費(fèi)衍射、光柵衍射為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、突出其分光特性在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。
(10學(xué)時(shí))
第五章 光的偏振：以光的偏振理論為基礎(chǔ)，以偏振器件為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、注重向磁至旋光及磁光盤(pán)滲透。
(10學(xué)時(shí))
第六章 量子光學(xué)：以光的量子論為基礎(chǔ)，以光的輻射和激光為載體，注重向量子光學(xué)以及非線性光學(xué)滲透。
(4學(xué)時(shí)) 二、原子物理學(xué)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)
原子物理學(xué)是用近似的、不完整的量子力學(xué)理論和方法研究原子的運(yùn)動(dòng)及其構(gòu)成的課程。
其學(xué)術(shù)特色是完全以實(shí)驗(yàn)(觀察)事實(shí)為依據(jù)建立或選取理論模型，對(duì)問(wèn)題做出恰當(dāng)?shù)慕忉尅?/p>
該課程研究對(duì)象抽象，理論的系統(tǒng)性、完整性不強(qiáng)。
但原子物理學(xué)是基礎(chǔ)物理課程中蘊(yùn)含了創(chuàng)新性思維最多的課程，其研究手段和方法為其它相關(guān)領(lǐng)域所通用【4】。
因此，通過(guò)原子物理課程的教學(xué)，主要是培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)研究客體進(jìn)行理論建模的能力，提高學(xué)生創(chuàng)新理論框架、簡(jiǎn)化理論處理、取舍運(yùn)算結(jié)果的意識(shí)和水平。
1.課程體系的架構(gòu)
以光譜和德布羅意波為核心概念，采用近似的量子力學(xué)方法(經(jīng)典理論+量子力學(xué))研究原子(氫原子、堿金屬、多電子原子、外場(chǎng)中的原子)與原子核的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，展示課程的理論創(chuàng)新特色以及在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工程實(shí)踐中的多層次應(yīng)用。
體系框圖：
2.教學(xué)內(nèi)容的組織思路
以體現(xiàn)課程體系為原則，按48課時(shí)選取并組織教學(xué)內(nèi)容，思路如下。
序論：突出課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題。
(2學(xué)時(shí))
第一章 原子的結(jié)構(gòu)：以α粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子核式結(jié)構(gòu)為載體，突出盧瑟福散射技術(shù)在材料分析中的應(yīng)用。
(5學(xué)時(shí))
第二章 量子力學(xué)基礎(chǔ)：以三個(gè)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，依托量子力學(xué)的基本原理，突出理論創(chuàng)新的特色、思路和方法。
(8學(xué)時(shí))
第三章 氫原子：以半經(jīng)典半量子論為理論基礎(chǔ)，以氫原子為載體，突出理論建模以及光譜分析在科學(xué)研究、工程實(shí)踐中的應(yīng)用。
(8學(xué)時(shí))
第四章 堿金屬原子：以電子的軌道貫穿、極化理論為基礎(chǔ)，以堿金屬原子為載體，展示理論修正方法以及光譜分析在科學(xué)研究和精密檢測(cè)中的應(yīng)用。
(8學(xué)時(shí))
第五章 多電子原子：以泡利不相容原理及Hunt定則為理論基礎(chǔ)，以多電子原子為載體，突出量子規(guī)律以及光譜分析在科學(xué)研究中的應(yīng)用。
(6學(xué)時(shí))
第六章 外場(chǎng)中的原子：以磁場(chǎng)和原子的相互作用為基礎(chǔ)，以Zeeman效應(yīng)為載體，展示磁效應(yīng)在材料磁性，磁共振技術(shù)中的應(yīng)用。
(5學(xué)時(shí))
第七章 原子核物理學(xué)：以核結(jié)合能為基礎(chǔ)，以核裂變和聚變?yōu)檩d體，突出原子能、核技術(shù)的利用以及放射線的探測(cè)、防護(hù)。
(6學(xué)時(shí))
參考文獻(xiàn)：
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[2]吳壽煜，吳大煒.試論21世紀(jì)物理專業(yè)《光學(xué)》之教學(xué)改革[J].黑龍江高教研究，2004(6)：101-103
[3]陳萬(wàn)金，董連政，華中.構(gòu)建高師光學(xué)課程內(nèi)容新體系的思考與實(shí)踐[J]. 吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版)，2006，27(4)：88-89
[4]甘永超，李卓英，陳貽漢，成元發(fā)，郁春潮，易先華，鄧鵬. 原子物理學(xué)的學(xué)術(shù)戰(zhàn)略地位與素質(zhì)教育中的作用[J].國(guó)際物理教育通訊，2003，(32)：20-23
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