工科專業(yè)量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

時(shí)間：2025-11-05 18:41:51 物理學(xué)畢業(yè)論文

　　工科專業(yè)量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)【1】

工科專業(yè)量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

　　【摘要】物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，因此實(shí)驗(yàn)是對(duì)其進(jìn)行科學(xué)認(rèn)識(shí)的一種最基本的方法。

　　根據(jù)課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，文章在工科量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面做出了一些有益的嘗試。

　　通過開展思想、演示與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等措施，培養(yǎng)了學(xué)生物理應(yīng)用的慣性意識(shí)和邏輯、創(chuàng)新思維。

　　【關(guān)鍵詞】量子力學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革

　　一、引言

　　作為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，量子力學(xué)將物質(zhì)的波動(dòng)性與粒子性統(tǒng)一起來，是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科。

　　很多教師在上課時(shí)只著重于講授理論體系本身的知識(shí)，往往忽略了理論和實(shí)驗(yàn)的緊密聯(lián)系，從而導(dǎo)致它的實(shí)驗(yàn)建設(shè)一直是本課程建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)。

　　充分考慮到該門課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，我們在教學(xué)中借鑒了工科教學(xué)的模式重點(diǎn)圍繞“培養(yǎng)學(xué)生物理應(yīng)用的慣性意識(shí)與掌握量子力學(xué)基本概念和規(guī)律”的目標(biāo)開展了三類不依賴于儀器設(shè)備和環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)，以切實(shí)貫徹“德育為先、能力為重”和“育人為本”的原則。

　　二、量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

　　為了讓學(xué)生從思想上接受并理解量子觀念，在學(xué)習(xí)中透過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算深入理解量子力學(xué)的概念和規(guī)律，并能主動(dòng)積極地思考、解決相關(guān)問題，我們構(gòu)建了由思想、演示與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)組成的課內(nèi)課外教學(xué)平臺(tái)，以輔助量子力學(xué)的理論教學(xué)過程。

　　思想實(shí)驗(yàn)，又稱“假想實(shí)驗(yàn)”，是人類按照科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)過程在頭腦中進(jìn)行的發(fā)現(xiàn)和獲取科學(xué)事實(shí)與自然規(guī)律的邏輯思維活動(dòng)，是自然科學(xué)家和哲學(xué)家經(jīng)常使用的一種十分有效的研究方法。

　　由于不會(huì)受到主客觀條件及儀器設(shè)備的操作限制，思想實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生的思維互動(dòng)啟發(fā)提供有利的平臺(tái)。

　　事實(shí)上，在量子力學(xué)建立與發(fā)展的過程中，很多思想實(shí)驗(yàn)都起到了重要的推動(dòng)作用。

　　例如作為量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，奧地利物理學(xué)家埃爾溫・薛定諤提出了著名的“薛定諤之貓”的思想實(shí)驗(yàn)，它將量子理論微觀領(lǐng)域中原子核衰變的量子不確定性與宏觀領(lǐng)域中貓的生死聯(lián)系在了一起，充分體現(xiàn)了量子力學(xué)的奇異性。

　　通過在課堂教學(xué)中講授諸如此類的思想實(shí)驗(yàn)可以給學(xué)生提供一個(gè)動(dòng)腦“做”理論的機(jī)會(huì)，這樣不僅可以使學(xué)生從理性的角度接受量子力學(xué)的基本思想并深入理解量子力學(xué)的基本概念和基本理論，還可以激發(fā)他們對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，在無形中培養(yǎng)他們的理性思維、邏輯思維、創(chuàng)新意識(shí)和推理能力。

　　演示實(shí)驗(yàn)，即教師在課堂上借助視頻、計(jì)算機(jī)模擬等手段演示實(shí)驗(yàn)過程，展示物理現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析并得出結(jié)論的過程。

　　量子力學(xué)的建立離不開很多重要實(shí)驗(yàn)的支撐，如黑體輻射、光電效應(yīng)等。

　　其中一些實(shí)驗(yàn)由于條件及經(jīng)費(fèi)的限制目前無法在實(shí)驗(yàn)室開展，所以我們可以充分利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源及Matlab等數(shù)學(xué)軟件構(gòu)建演示實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，給學(xué)生提供一個(gè)動(dòng)眼“做”理論的機(jī)會(huì)。

　　一方面，通過播放演示實(shí)驗(yàn)的視頻重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件、思路和方法等進(jìn)行思考和分析，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和強(qiáng)化他們的實(shí)驗(yàn)技能，幫助他們增加感性認(rèn)識(shí)，使他們體會(huì)科學(xué)的發(fā)展過程，克服抽象的物理圖景給他們帶來的困擾。

　　另一方面，通過利用數(shù)學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)量子力學(xué)課程中一些問題的靜、動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，將抽象的量子力學(xué)結(jié)果形象直觀化，幫助學(xué)生透過復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)深入、形象地認(rèn)識(shí)微觀粒子的特征，使他們深入理解量子力學(xué)的基本原理和基本概念，提高他們運(yùn)用物理思想進(jìn)行綜合分析的能力。

　　知識(shí)的獲得是為了更好地服務(wù)于實(shí)踐，因此為了讓學(xué)生能將量子力學(xué)中所學(xué)到的基本理論運(yùn)用于實(shí)踐，我們在該門課程的教學(xué)中還開設(shè)了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供動(dòng)手“做”理論的機(jī)會(huì)。

　　首先教師在課堂的教學(xué)中始終貫徹科研促教學(xué)的思想，有意識(shí)地結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行近代物理前沿知識(shí)的滲透。

　　然后鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況與興趣并結(jié)合畢業(yè)論文自由組合選擇相應(yīng)的小課題在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行專題研究，同時(shí)對(duì)于一些學(xué)生在平時(shí)教學(xué)過程中反映出來的理解上比較模糊或難以理解的部分定期組織專題討論。

　　該類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)為學(xué)生提供了實(shí)踐的自由發(fā)揮空間，可以初步培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)理分析能力與結(jié)合自己的興趣自我發(fā)現(xiàn)問題并解決與專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力及撰寫科研論文的能力，同時(shí)還增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)量子力學(xué)課程學(xué)習(xí)的興趣和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

　　三、結(jié)論

　　作為一個(gè)發(fā)展中的理論，量子力學(xué)在現(xiàn)代物理學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)中的作用越來越重要。

　　為了更好地輔助量子力學(xué)課程的理論教學(xué)，我們在該門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行了一些有益的嘗試。

　　通過訓(xùn)練，學(xué)生不僅能夠掌握量子力學(xué)基本規(guī)律及基本概念，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他相關(guān)課程打下良好的理論基礎(chǔ)，還能培養(yǎng)他們分析、解決問題的實(shí)踐能力，從而達(dá)到了該門課程教學(xué)的預(yù)期效果。

　　工科物理專業(yè)“量子力學(xué)”教學(xué)改革【2】

　　摘要：針對(duì)鄭州輕工業(yè)學(xué)院量子力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合“量子力學(xué)”的課程特點(diǎn)，立足于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，簡要介紹了近年來在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法等方面進(jìn)行的一些改革嘗試。

　　關(guān)鍵詞：量子力學(xué);教學(xué)改革;物理思想

　　“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對(duì)科學(xué)研究和人類文明進(jìn)步的兩大標(biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為物理學(xué)專業(yè)及部分工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)習(xí)“固體物理”、“材料科學(xué)”、“材料物理與化學(xué)”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)。

　　通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問題和解決問題的能力。

　　同時(shí)，這門課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)亦具有十分重要的意義。

　　然而，“量子力學(xué)”本身是一門非常抽象的課程，眾多學(xué)生談“量子”色變，教學(xué)效果可想而知。

　　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，提高量子力學(xué)的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。

　　近年來，筆者在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄭州輕工業(yè)學(xué)院(以下簡稱“我校”)教學(xué)實(shí)際，在“量子力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

　　一、“量子力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的改革

　　量子力學(xué)理論與學(xué)生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問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。

　　因此，在“量子力學(xué)”教學(xué)中，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)這門課程時(shí)困惑不堪。

　　此外，這門課程理論性較強(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)以上教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，筆者對(duì)“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容作了一些有益的調(diào)整。

　　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)典理論來解釋，學(xué)生往往會(huì)覺得不可思議，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。

　　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在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。

　　因此，在教學(xué)過程中，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題的教學(xué)中，對(duì)于數(shù)學(xué)方面的問題，只要求學(xué)生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類問題所蘊(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)感到枯燥無味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。

　　二、教學(xué)方法改革

　　傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中始終處于被動(dòng)接受地位，極大地壓制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，十分不利于知識(shí)的獲取以及對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力及科學(xué)思維的培養(yǎng)。

　　而且，“量子力學(xué)”這門課程本身實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱、理論性較強(qiáng)，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢必感到枯燥，甚至厭煩。

　　長期以往，學(xué)習(xí)積極性必然受挫，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，筆者在教學(xué)方法上進(jìn)行了一些有益的探索。

　　1.發(fā)揮學(xué)生主體作用

　　除卻必要的教學(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。

　　教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景，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，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個(gè)典型的束縛態(tài)問題后就可引導(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”)，[1]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題，積極鼓勵(lì)學(xué)生利用圖書館及網(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.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)，通過三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)過程(強(qiáng)電子束、弱電子束及弱電子束長時(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;[2]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。

　　三、教學(xué)手段和考核方式改革

　　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)生認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。

　　這些問題的討論激發(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)國內(nèi)外專家開展系列量子力學(xué)講座等都是不錯(cuò)的方式。

　　2.堅(jiān)持研究型教學(xué)方式[3]

　　把課程教學(xué)和科研相結(jié)合，在教學(xué)過程中針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過結(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。

　　3.利用量子力學(xué)課程將人文教育與專業(yè)教學(xué)相結(jié)合

　　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學(xué)科都難以比擬的。

　　在19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴空萬里，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。

　　1900年，德國物理學(xué)家普朗克創(chuàng)造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象，量子概念誕生。

　　1905年，愛因斯坦進(jìn)一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時(shí)是不連續(xù)的(普朗克假設(shè))，而且在物質(zhì)相互作用中也是不連續(xù)的。

　　1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經(jīng)驗(yàn)光譜公式。

　　泡利突破玻爾半經(jīng)典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應(yīng)以合理解釋。

　　1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經(jīng)典理論分庭抗禮。

　　[4]和學(xué)生一起重溫量子力學(xué)史的發(fā)展之路，在教學(xué)過程中展現(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，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。

　　4.考試方式改革

　　在本課程的教學(xué)中采用了教考分離，通過小考題的形式復(fù)習(xí)章節(jié)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平適當(dāng)輔導(dǎo)答疑，注重學(xué)生對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)理解的考核。

　　對(duì)于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立，其中平時(shí)成績(包括作業(yè)、討論、綜合表現(xiàn)等)占30%，期末考試占70%。

　　從實(shí)施的效果來看，督促了學(xué)生的學(xué)習(xí)，收到了較好的效果，受到學(xué)生的歡迎。

　　四、結(jié)論

　　通過近年來的改革嘗試，我校的“量子力學(xué)”教學(xué)水平穩(wěn)步提高，加速了專業(yè)建設(shè)。

　　2009年，我校“量子力學(xué)”被評(píng)為校級(jí)精品課程，教學(xué)改革成果初現(xiàn)。

　　然而，關(guān)于這門課程的教學(xué)仍存在不少問題，如教學(xué)手段單一、與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學(xué)中進(jìn)一步改進(jìn)。

　　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]呂增建.從量子力學(xué)的建立看類比思維的創(chuàng)新作用[J].力學(xué)與實(shí)踐,2009,(4).

　　[3]鄒艷.淺談量子力學(xué)的教學(xué)改革[J].物理與工程,2009,(4).

　　[4]王祥高,等.物理學(xué)專業(yè)量子力學(xué)教學(xué)探討[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版),2011,(S1).

　　工科非物理專業(yè)“量子力學(xué)”教學(xué)【3】

　　摘要本文主要針對(duì)微電子科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)和普通物理基礎(chǔ)通常比較薄弱情況，對(duì)“量子力學(xué)”課程教學(xué)進(jìn)行初步探討，以求激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞微電子科學(xué)與工程量子力學(xué) 教學(xué)探討

　　量子力學(xué)作為當(dāng)代科學(xué)發(fā)展最成功的理論之一，它主要研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。

　　量子力學(xué)是學(xué)習(xí)固體物理、半導(dǎo)體物理和微電子技術(shù)等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)成為很多理工科專業(yè)最重要的必修基礎(chǔ)課程之一。

　　其體現(xiàn)出的研究和對(duì)待新事物的思想和方法，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)其他學(xué)科和畢業(yè)后從事其工作均有很好的指導(dǎo)和啟迪作用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)亦具有十分重要的意義。

　　量子力學(xué)理論與學(xué)生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系和日常生活常識(shí)相距甚遠(yuǎn)，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理更是截然不同，但二者又是科學(xué)上的繼承和創(chuàng)新的關(guān)系，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是從經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容類比而來的。

　　因此，在教學(xué)中一方面需要徹底打破學(xué)生在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中已經(jīng)形成的固有觀念和認(rèn)識(shí)，另一方面在學(xué)習(xí)量子力學(xué)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)這門課程時(shí)困惑不堪。

　　同時(shí)，微電子科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生由于數(shù)學(xué)和普通物理基礎(chǔ)比較薄弱，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。

　　那么，在教學(xué)量子力學(xué)時(shí)，應(yīng)如何激發(fā)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量呢?

　　一、學(xué)習(xí)量子力學(xué)發(fā)展史，激發(fā)學(xué)生的求知欲

　　興趣是最好的老師，量子力學(xué)課程的第一節(jié)課講授效果對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣影響很大，所以量子力學(xué)緒論課的講解直接影響到學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)量子力學(xué)這門課程的態(tài)度。

　　作者主要通過列舉早期與量子力學(xué)相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以及量子力學(xué)中奇特的現(xiàn)象來抓住學(xué)生的興趣。

　　諾貝爾獎(jiǎng)得主歷來都是世人矚目的人物，處于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的學(xué)生當(dāng)然也會(huì)有所關(guān)心和理解，而且他們的主要工作在量子力學(xué)這門課程中都將會(huì)一一介紹，這樣通過舉例子的方法強(qiáng)調(diào)了量子力學(xué)在自然科學(xué)中的重要地位。

　　同時(shí)也為學(xué)生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎(jiǎng)留下懸念，逐漸消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的恐懼感。

　　通過介紹四大經(jīng)典力學(xué)，引導(dǎo)出量子力學(xué)和大家熟悉的經(jīng)典物理學(xué)的關(guān)系，并結(jié)合經(jīng)典物理學(xué)史上出現(xiàn)的困難和解決過程，讓學(xué)生深入了解量子力學(xué)發(fā)展史。

　　這樣一方面可使學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的形成和建立的科學(xué)歷史背景有深刻了解，有助于學(xué)生厘清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對(duì)量子力學(xué)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)。

　　在授課過程中，在介紹量子力學(xué)發(fā)展史上一些著名科學(xué)家的簡歷，如愛因斯坦，海森伯，薛定諤等的同時(shí)，適當(dāng)?shù)亓孔恿W(xué)發(fā)展史上的大事記，比如第一顆原子彈爆炸，第一個(gè)晶體管的發(fā)明等。

　　通過介紹這些學(xué)生熟悉的人物及相關(guān)事件，有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)量子力學(xué)課程的興趣，在聽故事的過程中了解量子力學(xué)的誕生，通過講述量子力學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的關(guān)系，讓學(xué)生明白量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)之一，在微電子科學(xué)與工程后續(xù)課程固體物理、半導(dǎo)體物理等學(xué)科的發(fā)展中它都有重要的意義和應(yīng)用。

　　二、加深對(duì)物理概念的把握，幫助學(xué)生找尋學(xué)習(xí)方法

　　量子力學(xué)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)需要線性代數(shù)、概率論、高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方法等數(shù)學(xué)課程作為的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而在微電子科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，從而對(duì)量子力學(xué)產(chǎn)生畏懼心理，影響對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

　　在物理學(xué)中，數(shù)學(xué)只是用來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在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。

　　因此，在教學(xué)過程中，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)。

　　例如：在一維勢壘問題的教學(xué)中，對(duì)于數(shù)學(xué)方面的問題，只要求學(xué)生能正確寫出入射粒子能量和勢壘高度不同關(guān)系情形下三個(gè)區(qū)域薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類問題所蘊(yùn)含的物理意義及對(duì)現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。

　　三、改革教學(xué)方法和手段，加深學(xué)生的理解

　　“量子力學(xué)”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，一味采取灌輸式教學(xué)方法和長時(shí)間的板書推導(dǎo)，學(xué)生勢必感到枯燥，甚至厭煩。

　　長期以往，必然挫敗學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使得學(xué)習(xí)效果大打折扣。

　　作者在教學(xué)過程中通過采用類比的方法構(gòu)建物理圖像使學(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。

　　取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

　　結(jié)合圖形、影像等多媒體手段，模擬實(shí)驗(yàn)全過程。

　　借助有關(guān)的教學(xué)軟件，通過對(duì)真實(shí)情景的再現(xiàn)和模擬，可以讓學(xué)生重復(fù)觀察模擬實(shí)驗(yàn)過程，增加師生之間的互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

　　例如：在講述微光粒子的波動(dòng)性，借助電子衍射實(shí)驗(yàn)圖像類比講解波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋和態(tài)疊加原理時(shí)，使用多媒體動(dòng)畫，我們可形象地展現(xiàn)電子一個(gè)一個(gè)打到屏幕上最后得到衍射圖樣的過程。

　　通過減弱電子流強(qiáng)度使粒子一個(gè)一個(gè)地被衍射，粒子一個(gè)個(gè)隨機(jī)的被打到屏幕各處，顯示電子的粒子性;但經(jīng)過足夠長的時(shí)間，所得衍射圖樣和大量電子同時(shí)衍射所得圖樣一樣，顯示電子的波動(dòng)性以及波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋，可以加深學(xué)生的印象，理解其物理意義，同時(shí)也容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

　　通過比較電子和經(jīng)典粒子的波長，說明為什么在日常生活中難以觀測到粒子的波動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)微觀粒子波粒二象性的理解和掌握。

　　若使用傳統(tǒng)板書手工繪制，不僅速度慢而且不準(zhǔn)確，直接影響教學(xué)效果。

　　四、結(jié)束語

　　微電子科學(xué)與工程作為電子學(xué)的一門分支學(xué)科，主要是研究電子或離子在固體材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)微米和納米尺寸下電路和系統(tǒng)的集成為目的。

　　針對(duì)這種情況，在授課時(shí)應(yīng)注意介紹量子力學(xué)和微電子科學(xué)與工程的聯(lián)系，盡可能進(jìn)行知識(shí)的滲透和遷移。

　　課堂教學(xué)過程是一個(gè)不斷探索、總結(jié)和創(chuàng)新的過程。

　　要實(shí)現(xiàn)量子力學(xué)這門課程的全面深入的改革，還有待與同仁一道共同努力。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]曹天元.上帝擲骰子嗎：量子物理史話【M】，遼寧：遼寧教育出版社，2006.

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