《量子力學(xué)》課程改革初探

魯軍政

摘要：《量子力學(xué)》在高校物理學(xué)及相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中具有重要的作用，不僅是引導(dǎo)學(xué)生由經(jīng)典物理邁向近代物理的階梯，而且用新的思維和方法來描述微觀世界，沖破了傳統(tǒng)思維定勢的束縛，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新思維的有力工具，在當(dāng)前課程思政和教學(xué)改革的實踐中起著不可替代的作用。本文從《量子力學(xué)》教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)的問題出發(fā)，在《量子力學(xué)》教學(xué)學(xué)時不斷減少的情況下，本著量體適度的原則，挖掘《量子力學(xué)》課程思政改革新思路。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué);科學(xué)素質(zhì);課程思政

量子力學(xué)是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學(xué)分支，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它的運用，促使固體物理、凝聚態(tài)物理、激光物理以及非線性光學(xué)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了量子化學(xué)、分子生物學(xué)和量子生物學(xué)等。正是因為量子力學(xué)有著如此廣泛的應(yīng)用，量子力學(xué)課程是高校物理類及相關(guān)專業(yè)必修的一門課程。

量子力學(xué)在高校物理學(xué)及相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中具有重要的作用[1]。通過該課程學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握微觀粒子運動規(guī)律的理論、量子力學(xué)的基本假設(shè)、基本原理和基本方法。這些教學(xué)內(nèi)容除了可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到相關(guān)的知識，還可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)風(fēng)、科學(xué)的方法以及抽象思維能力、創(chuàng)新精神，由此看來通過量子力學(xué)對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的的培養(yǎng)和訓(xùn)練是十分必要的。

但由于《量子力學(xué)》課程的特殊性，該課程在日常教學(xué)中存在以下幾個方面問題：

一、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。量子力學(xué)作為一門建立在“五個假設(shè)”上的理論課程，其基本原理難于理解，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，且在理論分析中用到了一定的特殊函數(shù)，學(xué)生在理解量子力學(xué)的知識體系和表述方法之前，有一定的畏懼心理，并且學(xué)習(xí)起來比較枯燥，而課程教學(xué)的課時少，使得學(xué)生沒有足夠的時間消化和吸收課程內(nèi)容，學(xué)生很難理解把握知識點。

二、《量子力學(xué)》課程的教學(xué)方法和手段單一。目前課程教學(xué)主要采用課堂教學(xué)，因為涉及的理論中有繁復(fù)的數(shù)學(xué)內(nèi)容，其它的教學(xué)形式也并不適合該理論課程的教學(xué)。

三、《量子力學(xué)》課程教學(xué)學(xué)時正逐步減少。隨著高等教育教學(xué)改革的不斷深入，課程教學(xué)學(xué)時減少趨勢不可避免。但為了教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)內(nèi)容卻不能大幅度的減少，有效組織教學(xué)，高質(zhì)高效的完成教學(xué)任務(wù)，實現(xiàn)育人目標(biāo)，是當(dāng)前《量子力學(xué)》課程教學(xué)亟待解決的問題。

針對以上問題，在學(xué)時日漸減少的情況下，《量子力學(xué)》課程在進(jìn)行教學(xué)時，基本教學(xué)內(nèi)容依然保留，但在教學(xué)內(nèi)容安排上，只能適當(dāng)弱化部分應(yīng)用數(shù)學(xué)知識較多的理論內(nèi)容，同時根據(jù)“適度夠用”的原則減少后續(xù)課程用得少或不用的內(nèi)容?！读孔恿W(xué)》課程教學(xué)中保留了量子力學(xué)基本概念、基本原理和基本方法的內(nèi)容，以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生思維能力，及分析問題、解決問題的能力，為達(dá)到專業(yè)育人的目標(biāo)，在《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中尤其注意了以下幾個方面[2]：

1、整個量子理論體系中，貫穿和蘊含的科學(xué)精神、科學(xué)思想、科學(xué)方法，對于培養(yǎng)未來的科學(xué)工作者有著極其重要的意義?！读孔恿W(xué)》課程教學(xué)應(yīng)中充分利用量子力學(xué)的特色和優(yōu)勢，把素質(zhì)教育貫穿于量子力學(xué)教學(xué)的全過程，注重提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2、《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中應(yīng)強化量子力學(xué)基本概念、基本原理和基本方法的教學(xué)，弱化繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)?！读孔恿W(xué)》教學(xué)應(yīng)抓住課程中研究對象和描述對象的基本特點，讓學(xué)生理解概念的物理實質(zhì)，只有這樣，學(xué)生才能掌握量子力學(xué)的規(guī)律，理解量子力學(xué)的理論結(jié)構(gòu)，正確地運用量子力學(xué)知識去解決實際問題。

3、《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中應(yīng)注意把課程思政巧妙地融入其中，只有這樣才能實現(xiàn)課程育人的目標(biāo)。

經(jīng)過對《量子力學(xué)》課程中蘊含的思政元素進(jìn)行梳理，大體可分為四個方面[2]，第一方面是關(guān)于科學(xué)研究素養(yǎng)，創(chuàng)新精神;第二方面為馬克思主義哲學(xué)原理，如真理的相對性和絕對性、量變和質(zhì)變的辯證關(guān)系、世界的統(tǒng)一性和多樣性等;第三方面是踐行知行合一;第四個方面是社會主義核心價值觀。

《量子力學(xué)》課程教學(xué)主要內(nèi)容和融入思政元素[3]的具體做法體現(xiàn)如下：

普朗克、德布羅意、玻爾、海森堡、薛定諤、狄拉克等量子力學(xué)大師沖破經(jīng)典物理理論固定的思維模式，建立新的物理圖像，才使得量子力學(xué)在質(zhì)疑、反復(fù)的實踐中形成和發(fā)展起來，在科學(xué)創(chuàng)新精神支配下建立起來的。沒有創(chuàng)新，就沒有量子力學(xué)，也就無從談起現(xiàn)代高新技術(shù)。這對于增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維有重要意義。

《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中，通過介紹量子力學(xué)發(fā)展史和量子力學(xué)所展示的奇妙量子世界可極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣和熱情。量子力學(xué)建立過程中鮮見有中國人的身影，而今天我國在量子力學(xué)的某些領(lǐng)域的研究是走在世界前列的，據(jù)此可激發(fā)學(xué)生獻(xiàn)身科學(xué)研究的熱情和作為中國人的自豪感，增強文化自信，制度自信。

《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中，以馬克思主義相關(guān)哲學(xué)思想觀點作為融入點。量子理論與經(jīng)典物理并不是水火不相容的，在一定條件下量子理論過渡到經(jīng)典理論，據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“量變”和“質(zhì)變”之間的關(guān)系的哲學(xué)思考。在講授全同粒子體系這部分內(nèi)容時，向?qū)W生講明，微觀全同粒子是不可區(qū)分的，但我們又經(jīng)常說“這個世界上不存在兩片完全相同的葉子”，據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的哲學(xué)思考，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探尋這一矛盾的關(guān)鍵所在。

《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中，系統(tǒng)的介紹科學(xué)方法。因為解決問題的方法通?？梢杂卸喾N，而科學(xué)方法是人們在生產(chǎn)實踐中用來解決實際問題的有效捷徑?？茖W(xué)方法對同一對象的理論描述可能有多種，而量子理論的表述形式就采用了多種形式。在教學(xué)過程中薛定諤的波動力學(xué)、海森堡的矩陣力學(xué)是完全等價的;表象理論也是一個生動現(xiàn)實的例子，對量子體系運動狀態(tài)的描述可以在不同的表象下進(jìn)行。

《量子力學(xué)》課程教學(xué)過程中要注意踐行知行合一。鼓勵和要求學(xué)生積極參與網(wǎng)絡(luò)討論話題的討論，并把參與情況納入到課程平時成績的考評中。網(wǎng)絡(luò)討論話題的參與，對鍛煉學(xué)生的思考能力很有幫助，而其他同學(xué)發(fā)表的不同觀點也激發(fā)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的辯證思考。

4、《量子力學(xué)》課程教學(xué)中，強化過程性考核，豐富平時成績評定的具體內(nèi)容，使每個學(xué)生都能找到自己的興趣點，促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)精神[4]。在教學(xué)學(xué)時減少的情況下，把課程學(xué)習(xí)延伸到課堂外，更新平時成績的評定依據(jù)及方法：一、是在考核形式要創(chuàng)新，網(wǎng)絡(luò)討論，小論文等歸入平時成績。二、是要基于學(xué)生個體之間的差異，給定多種考核內(nèi)容由學(xué)生自選，設(shè)定平行的成績評定依據(jù)，不要求學(xué)生完成每一項作業(yè)。學(xué)生可根據(jù)自己的情況選擇完成其中自己感興趣的部分，使其獲得一定的成就感，激勵其去探索新的未知領(lǐng)域。同時為促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，要求學(xué)生組成互助學(xué)習(xí)小組，同學(xué)之間相互幫助，取長補短，來共同完成相關(guān)的作業(yè)。

《量子力學(xué)》是物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生認(rèn)知和世界觀的發(fā)展起著重要的作用，同時也是許多現(xiàn)代專業(yè)的基礎(chǔ)，經(jīng)過如上的思考和教學(xué)過程和方式的挖掘和改革探索，可以擺脫枯燥的推導(dǎo)和蒼白的說教，不斷推動《量子力學(xué)》課程教學(xué)的深化，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊戰(zhàn)營，賀慶麗，張正軍.量子力學(xué)精品課程建設(shè)契機下的教學(xué)模式探索[J].高等理科教育，2012（01）：119-122.

[3]武繼江.量子力學(xué)課程思政教育教學(xué)探索[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（25）：184-187.

[4]楊林峰，葛向紅，張明，等.量子力學(xué)課程思政建設(shè)的思考與探索[J].中原工學(xué)院學(xué)報，2020，（04）：85-87，94.[doi：10.3969/j.issn.1671-6906.2020.04.015

（湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院?湖北襄陽?441053）