- 探究量子力學(xué)模塊化教學(xué) 推薦度：
- 相關(guān)推薦
量子力學(xué)模塊化教學(xué)
量子力學(xué)模塊化教學(xué)【1】
摘要： 量子力學(xué)是從研究經(jīng)典問(wèn)題出發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是核物理與核類其他專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。
在日常教學(xué)中運(yùn)用模塊化思想給這些專業(yè)學(xué)生講授量子力學(xué)，已取得初步成效。
Abstract： Quantum mechanics developed from a subject that is built to answer classical physical problems to a subject studying motivation law of microscopic particles， a major elementary course to students in nuclear physics and other nuclear majors. We open the Quantum Mechanics Course to students in those majors and initial effect achieved.
關(guān)鍵詞： 量子力學(xué);模塊化;教學(xué)
Key words： quantum mechanics;modular;teaching
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，能源緊缺問(wèn)題十分嚴(yán)峻，各國(guó)都在大力發(fā)展核電事業(yè)，我國(guó)“十一五規(guī)劃”也將核電和核技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展列為重點(diǎn)。
黨中央、國(guó)務(wù)院十分關(guān)心核工業(yè)的發(fā)展，做出了和平利用原子能，積極促進(jìn)核電發(fā)展的戰(zhàn)略決策。
核科學(xué)與技術(shù)等即將迎來(lái)前所未有的發(fā)展。
作為省部共建的南華大學(xué)，是中國(guó)核類本科專業(yè)齊全、本科生培養(yǎng)規(guī)模大、核類人才培養(yǎng)層次較完整的高校，18 個(gè)涉核專業(yè)，核支撐專業(yè)和學(xué)位點(diǎn)24個(gè)，我校的核科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域在中南地區(qū)乃至全國(guó)都具有一定的優(yōu)勢(shì)。
如何辦好這些核類本科專業(yè)，突出南華大學(xué)的“核”特色，這些都成為了值得我們研究的新課題。
量子力學(xué)是從研究經(jīng)典問(wèn)題出發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是原子物理學(xué)、原子核物理等學(xué)科的重要基礎(chǔ)。
量子力學(xué)有知識(shí)面廣、抽象難以理解的特點(diǎn)。
怎樣使其更好的為核類專業(yè)學(xué)生服務(wù)成為我們新的教學(xué)難點(diǎn)。
1 量子力學(xué)的教學(xué)目標(biāo)分析
我校核物理專業(yè)的量子力學(xué)課程，授課時(shí)間在大三第一學(xué)期，共64學(xué)時(shí)。
教材以[1-3]為主，闡述波函數(shù)和薛定諤方程、量子力學(xué)量、態(tài)和表象、微擾理論、自旋和全同粒子等具體內(nèi)容，使學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握量子力學(xué)的理論知識(shí)和體系結(jié)構(gòu)，分析和處理一些核物理中的實(shí)際問(wèn)題。
量子力學(xué)對(duì)于核物理專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容及其深度有較高的要求;而對(duì)于核類其他專業(yè)，量子力學(xué)只作為原子物理和原子核物理的基礎(chǔ)課，在專業(yè)知識(shí)的掌握方面要求相對(duì)要低些，只需要掌握一些基本理論，能用量子力學(xué)定性解釋一些簡(jiǎn)單的核物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象即可。
2 量子力學(xué)的模塊化教學(xué)初探
量子力學(xué)是關(guān)于微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。
在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，除了量子力學(xué)基本分析方法之外，是一些基本理論模型，如一維無(wú)限深勢(shì)阱、勢(shì)壘貫穿理論等對(duì)于核工程類專業(yè)學(xué)生后續(xù)學(xué)科的理論學(xué)習(xí)有很好的指導(dǎo)作用，在教學(xué)中我們加深對(duì)這些方面的講解，力圖通過(guò)本課程為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
量子力學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)理論。
如何使其更好的為核類學(xué)生服務(wù)是我們一直關(guān)注的問(wèn)題，在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上結(jié)合量子力學(xué)理論體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，我們提出模塊化改革教學(xué)的理論，以解決各專業(yè)對(duì)量子力學(xué)學(xué)習(xí)要求的不一致，將量子力學(xué)分為波函數(shù)及薛定諤方程模塊、量子力學(xué)量模塊、表象變換模塊、微擾論及粒子自旋模塊、散射理論模塊等五個(gè)模塊。
對(duì)不同的核類專業(yè)，教學(xué)內(nèi)容有不同的模塊結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的課時(shí)分配計(jì)劃。
對(duì)于核物理專業(yè)，其對(duì)量子力學(xué)理論知識(shí)要求較高，在教學(xué)實(shí)踐工作中必須強(qiáng)調(diào)課程知識(shí)體系的全面性和深入性，加大對(duì)理論基礎(chǔ)的講解力度，讓其掌握利用量子力學(xué)理論去分析和解決常見(jiàn)的微觀現(xiàn)象。
我們較系統(tǒng)地講解這五大模塊，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)量子力學(xué)知識(shí)去解決一些核物理問(wèn)題。
對(duì)于核類其他專業(yè)，如核工程與核技術(shù)、核科學(xué)與核技術(shù)、核反應(yīng)堆工程等專業(yè)，其對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)要求較低，在教學(xué)過(guò)程中保證教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性和體系的完整性的同時(shí)，選擇其中的波函數(shù)及薛定諤方程模塊、量子力學(xué)量模塊和微擾論模塊重點(diǎn)來(lái)講解，表象及表象變換略去不講，對(duì)于散射模塊，也只做簡(jiǎn)單的介紹。
3 結(jié)束語(yǔ)
在日常教學(xué)中，我們運(yùn)用模塊化的思想，給核類專業(yè)的學(xué)生講授量子力學(xué)，取到了良好的成績(jī)。
我們注重總結(jié)并收集反饋意見(jiàn)，研究調(diào)整模塊結(jié)構(gòu)及其課時(shí)分配計(jì)劃，在模塊化教學(xué)的框架下適當(dāng)修改完善，已取得一定成效。
參考文獻(xiàn)：
[1]周世勛.量子力學(xué)教程(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2009.
[2]褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]盧希庭.原子核物理(修訂版)[M].北京：原子能出版社，2010.
“量子力學(xué)”教學(xué)淺談【2】
【摘 要】“量子力學(xué)”本身是一門(mén)非常抽象的課程，一方面需要學(xué)生摒棄在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中形成的固有觀念和認(rèn)識(shí)，另一方面在學(xué)習(xí)某些基本概念和基本理論時(shí)又要求學(xué)生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)困惑不堪。
需要認(rèn)真思考教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展方式。
【關(guān)鍵詞】量子力學(xué);教學(xué)方法;物理思想
“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對(duì)人類科學(xué)研究?jī)纱髽?biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為理工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
對(duì)提高學(xué)生科學(xué)素，養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及亦具有十分重要的意義。
但是，量子力學(xué)理論與學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問(wèn)題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無(wú)關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。
思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)困惑不堪。
此外，這門(mén)課程理論性較強(qiáng)，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。
針對(duì)這些教學(xué)中的問(wèn)題，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。
對(duì)“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)作一些合理的調(diào)整。
1 合理安排教學(xué)內(nèi)容
1.1 理清脈絡(luò)，強(qiáng)化知識(shí)背景
從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行細(xì)致的、實(shí)事求是的分析，特別是對(duì)量子理論早期的概念發(fā)展有一個(gè)準(zhǔn)確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認(rèn)的，還存在哪些不完善的地方。
這樣一方面可使學(xué)生對(duì)量子力學(xué)中基本概念和基本理論的形成和建立的科學(xué)歷史背景有一深刻了解，有助于學(xué)生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對(duì)這些基本概念和基本理論的理解;另一方面，可使學(xué)生對(duì)蘊(yùn)藏在這一歷程中的智慧火花和科學(xué)思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)。
比如：對(duì)于玻爾理論，由于對(duì)量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來(lái)解釋，學(xué)生往往會(huì)覺(jué)得不可思議，難以理解。
為此，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學(xué)生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛(ài)因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡(jiǎn)單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實(shí)驗(yàn)事實(shí)存在嚴(yán)重背離。
為了解決這些問(wèn)題，玻爾理論才應(yīng)運(yùn)而生。
在用量子力學(xué)求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時(shí)，還可以通過(guò)定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實(shí)存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。
通過(guò)這樣講述，學(xué)生可以清晰地體會(huì)到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學(xué)中的概念混為一談。
1.2 重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)
在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來(lái)表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒(méi)在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。
因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師要著重于加強(qiáng)基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊(yùn)含的物理實(shí)質(zhì)。
對(duì)一些涉及繁難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的內(nèi)容，在教學(xué)中刻意忽略具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，著重于使學(xué)生掌握其中的思想方法。
例如：在一維線性諧振子問(wèn)題的教學(xué)中，對(duì)于數(shù)學(xué)方面的問(wèn)題，只要求學(xué)生能正確寫(xiě)出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類問(wèn)題所蘊(yùn)含的物理意義及對(duì)現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。
這樣，學(xué)生就不會(huì)感到枯燥無(wú)味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。
2 改進(jìn)教學(xué)方法
“量子力學(xué)”這門(mén)課程本身實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱、理論性較強(qiáng)，物理圖像不夠直觀，一味采取傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢(shì)必感到枯燥，甚至厭煩。
學(xué)習(xí)效果自然大打折扣。
為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，在教學(xué)方法上應(yīng)進(jìn)行積極的探索。
2.1 發(fā)揮學(xué)生主體作用
在必要的教學(xué)內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動(dòng)時(shí)間。
教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究討論，或者針對(duì)已講授內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、總結(jié)、辨析，以加深理解;或者針對(duì)未講授內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣(比如，在講授完一維無(wú)限深方勢(shì)阱和一維線性諧振子這兩個(gè)典型的束縛態(tài)問(wèn)題后就可引導(dǎo)學(xué)生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”)，這樣學(xué)生就會(huì)積極地預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容;或者選擇一些有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
對(duì)于在課堂上不能解決的問(wèn)題，積極鼓勵(lì)學(xué)生利用圖書(shū)館及網(wǎng)絡(luò)資源等尋求解決，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。
此外，還可使學(xué)生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進(jìn)行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，另一方面使其接受初步的科研訓(xùn)練，一舉兩得。
2.2 注重構(gòu)建物理圖像
在實(shí)際教學(xué)中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學(xué)生對(duì)一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。
例如：借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)，通過(guò)三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)過(guò)程(強(qiáng)電子束、弱電子束及弱電子束長(zhǎng)時(shí)間曝光)，即可為實(shí)物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像;借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋;借助電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)圖像，可使學(xué)生更易接受和理解態(tài)疊加原理;借助解析幾何中的坐標(biāo)系，可很好地為學(xué)生建立起表象的物理圖像。
盡管這其中光波和電子波、坐標(biāo)系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學(xué)生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學(xué)生非常容易地接受和理解量子力學(xué)中難以言明的概念和理論，同時(shí)，也可使學(xué)生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。
3 教學(xué)手段和考核方式改革
3.1 課程教學(xué)采用多種先進(jìn)的教學(xué)方式
如安排小組討論課，對(duì)難于理解的概念和規(guī)律進(jìn)行討論。
先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對(duì)各小組討論和辯論的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述和指正。
例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。
這些問(wèn)題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。
另外課程作業(yè)布置小論文，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專家開(kāi)展系列量子力學(xué)講座等都是不錯(cuò)的方式。
3.2 堅(jiān)持研究型教學(xué)方式
把課程教學(xué)和科研相結(jié)合，在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過(guò)結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
在量子力學(xué)誕生后，作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學(xué)的每一個(gè)分支及相關(guān)的邊緣學(xué)科都離不開(kāi)量子力學(xué)這個(gè)基礎(chǔ)，量子理論與其他學(xué)科的交叉越來(lái)越多。
例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個(gè)層次的研究以量子力學(xué)為基礎(chǔ);量子力學(xué)在通信和納米技術(shù)中的應(yīng)用;量子理論在生物學(xué)中的應(yīng)用;量子力學(xué)與正在研究的量子計(jì)算機(jī)的關(guān)系等，在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的片面認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。
量子力學(xué)從誕生到發(fā)展的物理學(xué)史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門(mén)學(xué)科都難以比擬的。
在20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴空萬(wàn)里，然而黑體輻射、光電效應(yīng)、原子光譜等物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重沖擊經(jīng)典物理學(xué)理論，讓經(jīng)典物理學(xué)陷入危機(jī)四伏的境地。
量子力學(xué)的誕生，開(kāi)啟了人類科學(xué)發(fā)展的新思維。
開(kāi)展好量子力學(xué)的教學(xué)活動(dòng)，在教學(xué)過(guò)程中展現(xiàn)量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式之美，使學(xué)生在科學(xué)海洋中得到美的享受，有利于極大的提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。
【參考文獻(xiàn)】
[1]周世勛.量子力學(xué)教程[M].高教出版社，1979.
[2]曾謹(jǐn)言，錢(qián)伯初.量子力學(xué)專題分析(上)[M].高教出版社，1990.
量子力學(xué)教學(xué)方法【3】
摘要：量子力學(xué)是物理本科專業(yè)一門(mén)重要的理論課程，但由于其抽象、深?yuàn)W、難學(xué)也難教，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)增加了難度。
文章介紹了大學(xué)物理老師在講授量子力學(xué)中的一些心得，以及如何使學(xué)生掌握基本知識(shí)的同時(shí)，提高學(xué)生的思維能力和對(duì)量子力學(xué)的興趣。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)改革
量子力學(xué)是近代物理的兩大支柱之一，它的建立是20世紀(jì)劃時(shí)代的成就之一，可以毫不夸張地說(shuō)沒(méi)有量子力學(xué)的建立，就沒(méi)有人類的現(xiàn)代物質(zhì)文明[1]。
大批優(yōu)秀的物理學(xué)家對(duì)原子物理的深入研究打開(kāi)了量子力學(xué)的大門(mén)，這一人類新的認(rèn)知很快延伸并運(yùn)用到很多物理學(xué)領(lǐng)域，并且，導(dǎo)致了很多物理分支的誕生，如：核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理和激光物理等[2]。
量子力學(xué)在近代物理中的地位如此之重，所以成為物理專業(yè)學(xué)生最重要的課程之一。
但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍感到量子力學(xué)太過(guò)抽象、難以掌握。
如何改革教學(xué)內(nèi)容，將量子力學(xué)的基本觀點(diǎn)由淺入深，使學(xué)生易于理解;如何改革教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生興趣，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。
這是量子力學(xué)教學(xué)中遇到的主要問(wèn)題。
作者從幾年的教學(xué)中摸索到一些經(jīng)驗(yàn)，供大家參考。
一、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革
傳統(tǒng)的本科量子力學(xué)教學(xué)一般包括了三大部分：第一部分是關(guān)于粒子的波粒二象性，正是因?yàn)槲⒂^粒子同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，才造成了一些牛頓力學(xué)無(wú)法解釋的新現(xiàn)象，例如測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系、量子隧道效應(yīng)等等;第二部分是介紹量子力學(xué)的基本原理，這部分是量子力學(xué)的核心內(nèi)容，如波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋、態(tài)疊加原理、電子自旋等;第三部分是量子力學(xué)的一些應(yīng)用，如定態(tài)薛定諤方程的求解，微擾方法。
以上三個(gè)部分相互聯(lián)系構(gòu)成了量子力學(xué)的整體框架[3]。
隨著量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生了很多新的現(xiàn)象和成果。
例如量子通訊、量子計(jì)算機(jī)等等。
許多學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的興趣就是從這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴的新成果中得到的。
如果我們?nèi)园磦鹘y(tǒng)的內(nèi)容授課，學(xué)生學(xué)完了這門(mén)課程發(fā)現(xiàn)感興趣的那點(diǎn)東西完全沒(méi)有接觸到，就會(huì)對(duì)所學(xué)的量子力學(xué)感到懷疑，而且極大地挫傷了學(xué)習(xí)自然科學(xué)的興趣。
所以作者建議在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)添加一些量子力學(xué)的新成果和新現(xiàn)象，來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。
在教學(xué)方法上也應(yīng)該按照量子力學(xué)的特點(diǎn)有所改革。
由于量子力學(xué)的許多觀點(diǎn)和經(jīng)典力學(xué)完全不同，如果我們還是按照經(jīng)典力學(xué)的方法來(lái)講，就會(huì)引起學(xué)生思維上的混亂，所以建議從一開(kāi)始就建立全新的量子觀點(diǎn)。
例如軌道是一經(jīng)典概念，在講授玻爾的氫原子模型時(shí)仍然采用了軌道的概念，但在講到后面又說(shuō)軌道的概念是不對(duì)的，這樣學(xué)生就會(huì)懷疑老師講錯(cuò)誤的內(nèi)容教給了他們，形成邏輯上的混亂。
我們應(yīng)該從一開(kāi)始就建立量子的觀點(diǎn)，淡化軌道的概念，這樣學(xué)生更容易接受。
二、重視緒論課的教學(xué)
興趣是最好的老師。
作為量子力學(xué)課程的第一節(jié)課，緒論課的講授效果對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣影響很大，所以緒論課直接影響到學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)量子力學(xué)這門(mén)課程的態(tài)度。
當(dāng)然很多學(xué)生非常重視這門(mén)課程，但學(xué)這門(mén)課的主要目的是為將來(lái)參加研究生入學(xué)考試，僅僅只是在行動(dòng)上重視，而沒(méi)有從思想上重視起來(lái)。
如何使這部分學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)量子力學(xué)變?yōu)橹鲃?dòng)地學(xué)習(xí)，這就要從第一節(jié)課開(kāi)始培養(yǎng)。
在上緒論課時(shí)作者主要通過(guò)以下幾點(diǎn)來(lái)抓住學(xué)生的興趣。
首先列舉早期與量子力學(xué)相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
諾貝爾獎(jiǎng)得主歷來(lái)都是萬(wàn)眾矚目的人物，學(xué)生當(dāng)然也會(huì)有所關(guān)心，而且這些諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的主要工作在量子力學(xué)這門(mén)課程中都會(huì)一一介紹，這樣一方面通過(guò)舉例子的方法強(qiáng)調(diào)了量子力學(xué)在自然科學(xué)中的重要地位，另一方面為學(xué)生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎(jiǎng)留下懸念。
抓住學(xué)生興趣的第二個(gè)主要方法是列舉一些量子力學(xué)中奇特的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生探索奧秘的動(dòng)力，例如波粒二象性帶來(lái)的“穿墻術(shù)”、量子通訊、如何測(cè)量太陽(yáng)表面溫度等等，這些都很能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。
綜上所述，緒論課的教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中至關(guān)重要，是引導(dǎo)學(xué)生打開(kāi)量子力學(xué)廣闊天地的一把鑰匙。
三、重視物理學(xué)史的引入
隨著量子力學(xué)學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生會(huì)接觸到越來(lái)越多的數(shù)學(xué)公式以及數(shù)學(xué)物理方法的內(nèi)容，雖然學(xué)生會(huì)對(duì)量子力學(xué)的博大精深以及人類認(rèn)知能力驚嘆不已，但在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)越來(lái)越枯燥乏味。
并且，學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣和信息在這個(gè)時(shí)候受到很大的考驗(yàn)，想要把豐碩的量子力學(xué)成果以及博大精深的內(nèi)涵傳達(dá)給學(xué)生，就得在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
實(shí)際上，很多學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展史有很濃厚的興趣，甚至成為學(xué)生閑聊的素材，因此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候講述量子力學(xué)發(fā)展史可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和熱情。
在講授過(guò)程中，可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，融入量子力學(xué)發(fā)展史中的名人逸事和照片，如：索爾維會(huì)議上的大量有趣爭(zhēng)論和物理學(xué)界智慧之腦的“明星照”，或用簡(jiǎn)單的方法用板書(shū)的形式推導(dǎo)量子力學(xué)公式。
例如在講到黑體輻射時(shí)，作者講到普朗克僅僅用了插值的方法，就給出了一個(gè)完美的黑體輻射公式。
而插值的方法普通的本科生都能熟練掌握，這一方面鼓勵(lì)學(xué)生：看起來(lái)很高深的學(xué)問(wèn)，其實(shí)都是由很簡(jiǎn)單的一系列知識(shí)組成，我們每個(gè)人都有可能在科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中做出自己的貢獻(xiàn);另一方面教導(dǎo)學(xué)生，不要看不起很細(xì)微的東西，偉大的成就往往就是從這些地方開(kāi)始。
在講到普朗克為了自己提出的理論感到后悔，甚至想盡一切的辦法推翻自己的理論時(shí)，告訴學(xué)生科研的道路并不是一帆風(fēng)順的，堅(jiān)持自己的信念有時(shí)候比學(xué)習(xí)更多的知識(shí)還要重要。
在講到德布羅意如何從一個(gè)紈绔子弟成長(zhǎng)為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者;在講到薛定諤如何在不被導(dǎo)師重視的條件下建立了波動(dòng)力學(xué);在講到海森堡如何為了重獲玻爾的青睞，而建立了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系;在講到烏倫貝爾和古茲米特兩個(gè)年輕人如何大膽“猜測(cè)”，提出了電子自旋假設(shè)，這些學(xué)生都聽(tīng)得津津有味。
這些小故事不僅讓學(xué)生從中掌握的量子力學(xué)的基本觀點(diǎn)和發(fā)展過(guò)程，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維方法和科研品質(zhì)都有很大幫助。
四、教學(xué)手段的改革 量子力學(xué)中有很多比較抽象原理、概念、推導(dǎo)過(guò)程和現(xiàn)象，這增加了學(xué)生理解的難度。
而且在授課過(guò)程中有大量的公式推導(dǎo)過(guò)程，非常的枯燥。
所以在教學(xué)過(guò)程中穿插一些多媒體的教學(xué)形式，多媒體的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，比如：把瞬間的過(guò)程隨意地延長(zhǎng)和縮短，把復(fù)雜的難以用語(yǔ)言描述的過(guò)程用動(dòng)畫(huà)或圖片的形式分解成詳細(xì)的直觀的步驟表達(dá)清楚[5]。
相對(duì)于經(jīng)典物理來(lái)說(shuō)，量子力學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)并不多，在講解康普頓散射、史特恩-蓋拉赫等實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以運(yùn)用多媒體技術(shù)，采用圖形圖像的形式模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。
用合適的教學(xué)軟件對(duì)真實(shí)情景再現(xiàn)和模擬，讓學(xué)生多冊(cè)觀察模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。
量子力學(xué)的一些東西不容易用語(yǔ)言表達(dá)清楚，在頭腦中想象也不是簡(jiǎn)單的事情，多媒體的應(yīng)用可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的這塊短板，形象地模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解和記憶。
比如電子衍射的實(shí)驗(yàn)，我們不僅可以用語(yǔ)言和書(shū)本上的圖片描述這個(gè)過(guò)程，還可以通過(guò)多媒體用動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)出來(lái)，讓電子通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式一個(gè)一個(gè)打到屏幕上，形成一個(gè)一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)來(lái)顯示出電子的粒子性;在快進(jìn)的形式描述足夠長(zhǎng)時(shí)間之后的情況，也就是得出電子的衍射圖樣，從而給出電子波動(dòng)性的結(jié)論和波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋，經(jīng)過(guò)這樣的教學(xué)形式，相信學(xué)生能夠更加深刻地理解微觀粒子的波粒二象性[6]。
但在具體授課過(guò)程中不能完全地依賴于多媒體教學(xué)，例如在公式的推導(dǎo)過(guò)程中，傳統(tǒng)的板書(shū)就非常接近人本身的思維模式，容易讓學(xué)生掌握，如果用多媒體一帶而過(guò)，往往效果非常的不好。
所以教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)并重，對(duì)于一些現(xiàn)象的東西多媒體表現(xiàn)更為出色;而一些理論方面的東西傳統(tǒng)的板書(shū)更為有利，兩者相互結(jié)合可以大大提高教學(xué)效率，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[7]。
五、加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的管理
教學(xué)過(guò)程包括課前、課上和課后，在學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的過(guò)程中可以重點(diǎn)利用課堂上的引導(dǎo)和啟發(fā)，促進(jìn)學(xué)生課前和課后對(duì)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)。
預(yù)習(xí)是對(duì)于學(xué)習(xí)任何一門(mén)學(xué)科都很重要，當(dāng)然，量子力學(xué)也不例外，預(yù)習(xí)是一個(gè)提前自我學(xué)習(xí)的過(guò)程，能夠大概了解將要學(xué)習(xí)內(nèi)容的大概，這樣不僅能夠更正理解有偏差的部分和加強(qiáng)正確理解部分的記憶，還能夠有重點(diǎn)地聽(tīng)課，對(duì)于學(xué)習(xí)量子力學(xué)是很重要的。
預(yù)習(xí)也是一個(gè)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)思考的過(guò)程，對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生接受新事物的能力、形成自己的觀點(diǎn)以及以后學(xué)生的終身事業(yè)的建立都是很重要的[8]。
由于量子力學(xué)在理解上難度較大，很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這就要求課堂上教師用更好的上課方式對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)和啟發(fā)。
活躍的課堂教學(xué)氣氛和充分的討論在教學(xué)中是必須的，量子力學(xué)的課堂一定要避免成為一言堂，要適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，這樣有助于激發(fā)學(xué)生的思維能力，幫助學(xué)生形成新的思維方式，比如：
逆向思維和非規(guī)范性思維等，然后在教師的引導(dǎo)下結(jié)合實(shí)際進(jìn)行討論，讓學(xué)生充分意識(shí)到量子力學(xué)與我們的生活息息相關(guān)，因此，教師可以多介紹一些近代物理、生命科學(xué)、化學(xué)、現(xiàn)代分析技術(shù)和材料科學(xué)等學(xué)科中量子力學(xué)的應(yīng)用部分，讓學(xué)生可以真切地感受到量子力學(xué)對(duì)我們生活的影響，此外，課上可以分配小組每節(jié)課前講述量子力學(xué)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，分組的時(shí)候可以根據(jù)不同基礎(chǔ)和不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生來(lái)分組，這樣增強(qiáng)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)的能力和搜集信息的能力[9]。
另外，作者建議，引入商業(yè)上的PK機(jī)制，下課之前教師分配章節(jié)，并且對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，讓相同程度的學(xué)生之間進(jìn)行量子力學(xué)認(rèn)知上的小競(jìng)賽，對(duì)贏的同學(xué)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，或者輸?shù)耐瑢W(xué)上講臺(tái)唱歌，這樣做不僅能夠活躍課堂氛圍，效果好的話能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的極大興趣。
量子力學(xué)的教學(xué)不僅僅只是因?yàn)樗墙锢淼囊淮蠡A(chǔ)，更主要的價(jià)值是在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)出來(lái)的從事科學(xué)研究的方法和對(duì)自然科學(xué)的興趣，這些是其他課程所不能替代的。
希望能通過(guò)我們廣大物理教師的不斷摸索，對(duì)教學(xué)的內(nèi)容和方法進(jìn)行改革，使學(xué)生更好地掌握這門(mén)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的武器。
參考文獻(xiàn)：
[1]周世勛.量子力學(xué)教程[M].高等教育出版社，1979.
[2]沈�.量子力學(xué)的光輝八十年[J].世界科學(xué)，2006，11(5)：12-171.
[3]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)：卷I[M].第4版.科學(xué)出版社，1997：35-278.
[4]雷奕安.新量子世界[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2005：75-85.
[5]鄒艷.淺談量子力學(xué)的教學(xué)改革[J].物理與工程，2009，19(4)：40-41.
[6]游善紅，王明湘.工科專業(yè)的量子力學(xué)教學(xué)方法探索[M].大學(xué)物理，2012，31(3)：60-65.
[7]陳鵬，羅楚新，薛運(yùn)才.工科物理專業(yè)量子力學(xué)教學(xué)特點(diǎn)分析[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，26(6)：88-89.
[8]劉中利，楊數(shù)強(qiáng).《量子力學(xué)》教學(xué)模式初探[J].中國(guó)科技信息，2011，(16)：109.
[9]金桂，黃小益，蔣純志，陳亞琦.量子力學(xué)教學(xué)方法探索與實(shí)踐[J].高等理科教育，2011，(2)：100-103.
【量子力學(xué)模塊化教學(xué)】相關(guān)文章：
“量子力學(xué)”教學(xué)淺談10-26
量子力學(xué)教學(xué)方法10-07
工科專業(yè)量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)10-05