關(guān)于量子力學(xué)的課程改革和建議

丁林杰

（重慶三峽學(xué)院，重慶 404100）

1 引言

量子力學(xué)（Quantum Mechanics），是物理學(xué)理論，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)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。作為物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)理論課，量子力學(xué)在理論物理，應(yīng)用物理中占據(jù)極其重要的地位，許多現(xiàn)代科學(xué)研究，如材料、電學(xué)、工程物理、通訊、化學(xué)、生物等都以量子力學(xué)為基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且是20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。本課程將使學(xué)生帶以全新的觀念去了解物質(zhì)世界，掌握量子理論的基本概念及原理。量子力學(xué)從概念到解決問(wèn)題的方法與經(jīng)典物理有著根本性的不同，中學(xué)階段很少見(jiàn)到甚至沒(méi)見(jiàn)到過(guò)。

2 量子力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

本校物理學(xué)（師范類(lèi)）專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的本課程為54學(xué)時(shí)。通過(guò)這十幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)觀察，了解到學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)量子力學(xué)遇到的問(wèn)題[1]。

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍反映該課程抽象、深?yuàn)W、難理解、枯燥、抓不住重點(diǎn)等，且缺少激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和想象力的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)起來(lái)困難，效果不佳。

1）量子力學(xué)本身是一門(mén)非常抽象的課程，主要體現(xiàn)在它的基礎(chǔ)概念與經(jīng)典物理相距甚遠(yuǎn)，學(xué)生需要重新掌握。它要求學(xué)生具有微觀的思維角度，而目前大部分學(xué)生仍以宏觀思維思考，長(zhǎng)此以往將造成課程理解困難，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

2）量子力學(xué)需要扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯思維，課堂大部分時(shí)間在于公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。由于涉及數(shù)學(xué)知識(shí)較多，計(jì)算較難，大部分學(xué)生很難全集中注意力在課堂上。只有少部分有考研意向的學(xué)生能夠注重。

3）由于量子力學(xué)是較難的課程，因此需要更多的學(xué)時(shí)來(lái)開(kāi)展，而本院校分配的課時(shí)只有54學(xué)時(shí)，(一般為72學(xué)時(shí)，研究生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中教學(xué)課時(shí)最多)，嚴(yán)重分配不均，很多知識(shí)點(diǎn)講不完，這就要求教師能根據(jù)課程的側(cè)重點(diǎn)來(lái)合理安排教學(xué)內(nèi)容。

4）通過(guò)這幾年的教學(xué)調(diào)查，每年都會(huì)有個(gè)別學(xué)生學(xué)習(xí)思想不端正，常常曠課，逃課，甚至厭學(xué)，認(rèn)為自己不是學(xué)習(xí)的料，來(lái)聽(tīng)課也僅僅是害怕老師點(diǎn)名。

5）而且隨著學(xué)科知識(shí)飛速發(fā)展，知識(shí)更新周期縮短，如何在有限的課時(shí)情況下，使學(xué)生在掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，跟上時(shí)代的步伐，了解科學(xué)的前沿，以便適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需求，是我們教育者的巨大挑戰(zhàn)。

6）部分教師采取教師講授、學(xué)生聽(tīng)的單一被動(dòng)的教學(xué)模式，這種填鴨式，灌溉式方法使得學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中處于被動(dòng)地位，難以很好的汲取知識(shí)。教師過(guò)分地強(qiáng)調(diào)講清楚和講透徹，這種方法的弊病是完全由教師主宰課堂造成的，從根本上忽視了學(xué)生作為認(rèn)知主體的作用，不利于有效的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。同時(shí)教學(xué)手段也仍然是單純的黑板教學(xué)，這種教學(xué)方法的落后和手段的單一在一定程度上影響學(xué)生的創(chuàng)新能力和專(zhuān)業(yè)能力。

3 對(duì)該課程實(shí)施的一些改進(jìn)措施

1）課堂教學(xué)結(jié)合量子力學(xué)的發(fā)展史。在講授本課程的緒論中，普朗克提出光的粒子性假設(shè)；愛(ài)因斯坦是第一個(gè)完全肯定光具有波粒二象性；康普頓是第一個(gè)根據(jù)普朗克和愛(ài)因斯坦的理論，從實(shí)驗(yàn)中證實(shí)光具有粒子性；玻爾理論的缺陷是由于把微觀粒子看做經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)子，從而把經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律用在微觀粒子上；德布羅意結(jié)合愛(ài)因斯坦的理論提出微觀粒子也具有波粒二象性等等，來(lái)激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生才能建立起量子力學(xué)與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系，這樣能逐漸消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的恐懼感[2]。

2）在授課中，教師應(yīng)提倡數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)化，強(qiáng)化物理化思想，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的方法，例如在講解電子在庫(kù)侖場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)一節(jié)中，首先應(yīng)該讓學(xué)生明確對(duì)電子運(yùn)動(dòng)描述的物理量是波函數(shù)，由此則需要建立相應(yīng)的薛定諤方程。通過(guò)求解薛定諤方程來(lái)得到描述粒子狀態(tài)的函數(shù)。因?yàn)樵摲匠糖蠼膺^(guò)于復(fù)雜，所以有必要簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)運(yùn)算。

2）注重啟發(fā)式教育，引導(dǎo)學(xué)生以主人翁的身份進(jìn)入量子力學(xué)的世界，而不僅僅只是學(xué)習(xí)的接納者。比如在講授完粒子具有波粒二象性后，就可以提問(wèn)：“如果電子和粒子也是波的話，同學(xué)們能否給出它們的波函數(shù)?！苯?jīng)過(guò)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)所得，證明這對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生們的積極性大有幫助并且能有效改善課堂氣氛[3]。

3）適當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代化多媒體教學(xué)。對(duì)于一些復(fù)雜，難懂，抽象的知識(shí)，能夠通過(guò)現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備能生動(dòng)，形象的展示給學(xué)生。在量子力學(xué)課程中涉及的實(shí)驗(yàn)并不多，主要有康普頓散射實(shí)驗(yàn)、電子衍射實(shí)驗(yàn)、施特恩--格拉赫實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)運(yùn)用多媒體技術(shù)可以采用圖形、圖像等多媒體形式，模擬實(shí)驗(yàn)全過(guò)程。借助有關(guān)的教學(xué)軟件，通過(guò)對(duì)真實(shí)情景的模擬還原便于學(xué)生理解，掌握，記憶，能有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生也更容易接納、學(xué)習(xí)，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，激發(fā)求知欲望。多種教學(xué)手段的應(yīng)用也有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，例如合理使用多媒體、板書(shū)、視頻、學(xué)習(xí)小組討論等，并以習(xí)題輔導(dǎo)等。

4）積極發(fā)揮課程考核方式，結(jié)合課程改革推進(jìn)。采取考核多樣化，加大平時(shí)成績(jī)比重，杜絕期末考試定成績(jī)的局面。可將課前預(yù)習(xí)報(bào)告，課后作業(yè)，課堂論文納入平時(shí)成績(jī)。課前預(yù)習(xí)報(bào)告占20%，課后作業(yè)占20%，課堂論文占20%，期末成績(jī)占40%。

5）在課程的教學(xué)課程中，除了教授學(xué)生們基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)，還應(yīng)該介紹量子力學(xué)最新前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)，將國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的一些量子力學(xué)研究理論融入課堂，鼓勵(lì)學(xué)生查閱優(yōu)秀物理網(wǎng)站和科研文章，使學(xué)生了解最新的量子力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，擴(kuò)展學(xué)生的眼界。

6）在教學(xué)方法上，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)與課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，改變傳統(tǒng)的灌輸式、填鴨式，結(jié)合課程改革實(shí)行現(xiàn)代的啟發(fā)式、研究式、滲透式、討論式等多種教學(xué)方法，將統(tǒng)一教學(xué)與個(gè)性輔導(dǎo)相結(jié)合，留下部分較簡(jiǎn)單的章節(jié)學(xué)生自習(xí)，便于發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

4 總結(jié)

要上好這門(mén)課程，首先教師應(yīng)擁有扎實(shí)的量子力學(xué)知識(shí)，熟悉本課程的教學(xué)目的，掌握課程大綱，通過(guò)了解學(xué)生的實(shí)際情況，適量運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)工具和新式教育方法來(lái)幫助學(xué)生了解并掌握知識(shí)。教師必須堅(jiān)持以學(xué)生為主體，為學(xué)生為本，不斷科研，不斷思考，不斷完善自身知識(shí)儲(chǔ)量來(lái)進(jìn)行量子力學(xué)教學(xué)探討、研究教學(xué)改革思路、途徑和方法等，進(jìn)一步提高量子力學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)改革是搞好大學(xué)教育的動(dòng)力.在教學(xué)中，作者雖然進(jìn)行了一些有益的改革嘗試，取得了一些成果，但仍有一些問(wèn)題有待解決，例如量子力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)如何與學(xué)生畢業(yè)后的工作聯(lián)系起來(lái)，如何為學(xué)生今后走向企業(yè)的道路提供服務(wù)。