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量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解范文第1篇

量子力學(xué)課程是工科電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握量子力學(xué)的基本原理和基本方法，認(rèn)識(shí)微觀世界的物理圖像以及微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，了解宏觀世界與微觀世界的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)的區(qū)別。量子力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)的如“固體物理學(xué)”、“半導(dǎo)體物理學(xué)”、“集成電路工藝原理”、“量子電子學(xué)”、“納米電子學(xué)”、“微電子技術(shù)”等課程的學(xué)習(xí)。

量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象能力等要求較高，因此要學(xué)好量子力學(xué)，在我們教學(xué)的過(guò)程中，需要充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。同時(shí)，隨著科學(xué)日新月異的發(fā)展，對(duì)量子力學(xué)課程的教學(xué)也不斷提出新的要求。如何充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和能動(dòng)性，切實(shí)提高量子力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和教師的教學(xué)水平，已經(jīng)成為擺在高校教師目前的一項(xiàng)重要課題。

該課程組在近幾年的教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐中，本著高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求，強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)基本原理、基本思維方法的訓(xùn)練，結(jié)合物理學(xué)史，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；充分利用熟知軟件，理解物理圖像，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性；結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，取得了良好的教學(xué)效果。

1 當(dāng)前的現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

目前工科電類(lèi)專(zhuān)業(yè)普遍感覺(jué)量子力學(xué)課程難學(xué)，其主要原因在于：第一，量子力學(xué)它是一門(mén)全新的課程理論體系，其基本理論思想與解決問(wèn)題的方法都沒(méi)有經(jīng)典的對(duì)應(yīng)，而學(xué)習(xí)量子力學(xué)必須完全脫離以前在頭腦中根深蒂固的“經(jīng)典”的觀念；第二，量子力學(xué)的概念與規(guī)律抽象，應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，公式推導(dǎo)復(fù)雜，計(jì)算困難；第三，雖然量子力學(xué)問(wèn)題接近實(shí)際，但要學(xué)生理解和解決問(wèn)題，還需要一個(gè)過(guò)程；由于上述問(wèn)題的存在，使初學(xué)者都感到量子力學(xué)課程枯燥無(wú)味、晦澀難懂，而且隨著學(xué)科知識(shí)的飛速發(fā)展，知識(shí)的更新周期空前縮短，在有限的課時(shí)情況下，如何使學(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，以適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需求，是擺在我們教育工作者面前的巨大挑戰(zhàn)。

2 結(jié)合物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，在大學(xué)物理中，談到了19世紀(jì)末物理學(xué)所遇到的“兩朵烏云”，光電效應(yīng)和紫外災(zāi)難，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解決了黑體輻射的問(wèn)題；后來(lái)，愛(ài)因斯坦在普朗克的啟發(fā)下，提出了光量子的概念，解釋了光電效應(yīng)，并提出了光的波粒二象性；德布羅意又在愛(ài)因斯坦的啟發(fā)下，大膽的提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性；對(duì)于物理學(xué)的第三朵烏云“原子的線狀光譜，”玻爾提出了關(guān)于氫原子的量子假設(shè)，解釋了氫原子的結(jié)構(gòu)以及線狀光譜的實(shí)驗(yàn)。后來(lái)還有薛定諤、海森堡、狄拉克等偉大的物理學(xué)家的努力，建立了一套嶄新的理論體系-量子力學(xué)。在教學(xué)的過(guò)程中，適當(dāng)穿插量子力學(xué)的發(fā)展歷史以及偉大科學(xué)家的傳記故事，避免了量子力學(xué)課程“全是數(shù)學(xué)的推導(dǎo)”的現(xiàn)狀，這樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，通過(guò)對(duì)偉大科學(xué)家的介紹，培養(yǎng)刻苦鉆研的精神。實(shí)踐表明，這樣的教學(xué)模式大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

3 結(jié)合熟知軟件化抽象為形象

量子力學(xué)內(nèi)容抽象，對(duì)一些典型的結(jié)論，可以用軟件模擬的方式實(shí)現(xiàn)物理圖像的重現(xiàn)。很多軟件如matlab、c語(yǔ)言等很多學(xué)生不是很熟練，而且編程較難，結(jié)合物理結(jié)論作圖較為困難；Excell是學(xué)生常用的軟件之一，簡(jiǎn)單易學(xué)卻功能強(qiáng)大，幾乎每位同學(xué)都非常熟練，我們充分利用這一點(diǎn)，將Excell軟件應(yīng)用到量子力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，取得了良好的效果。

如在一維無(wú)限深勢(shì)阱中，我們用解析法嚴(yán)格求解得到了波函數(shù)和能級(jí)的方程。而波函數(shù)的模方表示幾率密度。我們要求學(xué)生用Excell作圖，這樣得到粒子阱中的幾率分布，通過(guò)與經(jīng)典幾率的比較（經(jīng)典粒子在阱中各處出現(xiàn)的幾率應(yīng)該相等）和經(jīng)典能級(jí)的比較（經(jīng)典的能量分布應(yīng)該是連續(xù)的函數(shù)），通過(guò)學(xué)生的自我參與，充分激發(fā)了學(xué)生的求知欲望；從簡(jiǎn)單的作圖，學(xué)生深刻理解了微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)；微觀粒子的能量不再是連續(xù)的，而是量子化了的能級(jí)，當(dāng)n趨于無(wú)窮大時(shí)微觀趨向于經(jīng)典的結(jié)果，即經(jīng)典是量子的極限情況；通過(guò)學(xué)生熟知的軟件，直觀的再現(xiàn)了物理圖像，學(xué)生會(huì)進(jìn)一步來(lái)深刻思考這個(gè)結(jié)論的由來(lái)，傳統(tǒng)的教學(xué)中，我們先講薛定諤方程，然后再解這個(gè)方程，再利用邊界條件和波函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)條件，一步一步推導(dǎo)下來(lái)，這樣的教學(xué)模式有很多學(xué)生由于數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)較為薄弱，推導(dǎo)過(guò)程又比較繁瑣，因此會(huì)逐步對(duì)課程失去了興趣，這也直接影響了后面章節(jié)的學(xué)習(xí)，而通過(guò)學(xué)生親自作圖實(shí)現(xiàn)的物理圖像，改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，最大限度的使學(xué)生參與到課程中，這樣的效果也將事半功倍了，大大提高了教學(xué)的效果。

4 結(jié)合科學(xué)發(fā)展前沿拓寬學(xué)生視野

在課程的教學(xué)中，除了注重理論基礎(chǔ)知識(shí)的講解和基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用以外，還需介紹量子力學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展的一些動(dòng)態(tài)。結(jié)合教師的教學(xué)科研工作，將國(guó)內(nèi)外反映量子力學(xué)方面的一些最新的成果融入到課程的教學(xué)之中，推薦和鼓勵(lì)學(xué)生閱讀反映這類(lèi)問(wèn)題的優(yōu)秀網(wǎng)站、科研文章，使學(xué)生了解量子力學(xué)學(xué)科的發(fā)展前沿，從而達(dá)到拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。例如近年興起并迅速發(fā)展起來(lái)的量子信息、量子通訊、量子計(jì)算機(jī)等學(xué)科，其基礎(chǔ)理論就是量子力學(xué)的應(yīng)用，了解了這些發(fā)展，學(xué)生會(huì)反過(guò)來(lái)進(jìn)一步理解課程中如量子態(tài)、自旋等概念，量子態(tài)和自旋本身就是非常抽象的物理概念，他們沒(méi)有經(jīng)典的對(duì)應(yīng)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解，學(xué)生會(huì)進(jìn)一步理解用態(tài)矢來(lái)表示一個(gè)量子態(tài)，由于電子的自旋只有兩個(gè)取向，正好與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)中二進(jìn)制0和1相對(duì)應(yīng)，這也正是量子計(jì)算機(jī)的基本原理，通過(guò)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。另外我們還要介紹量子力學(xué)在近代物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生命學(xué)等交叉學(xué)科中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的視野。

量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解范文第2篇

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}式教學(xué)法；量子力學(xué)；教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）24-0102-02

隨著高校教學(xué)改革的不斷深入，多媒體技術(shù)的普及和任課教師專(zhuān)業(yè)水平的提高，使得教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段更加豐富多樣。量子力學(xué)課程是核類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，它對(duì)于學(xué)習(xí)和理解核類(lèi)專(zhuān)業(yè)主干課程，如原子核物理學(xué)、原子核物理實(shí)驗(yàn)方法等具有十分重要的作用和意義。但由于其理論性強(qiáng)，思維方式與經(jīng)典力學(xué)差異較大，量子力學(xué)現(xiàn)象在日常生活中比較少見(jiàn)。這樣就使得核類(lèi)專(zhuān)業(yè)特別是核類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解該門(mén)課程時(shí)遇到了很大的困難，也使得學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)沒(méi)有積極性。因而在課堂上就經(jīng)常出現(xiàn)這樣的一幕：只有老師在講，學(xué)生思考的少，氣氛壓抑。如何改變這一現(xiàn)狀呢？怎么樣來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性呢？這些都是急需解決的問(wèn)題?；诖耍诜治隽孔恿W(xué)與經(jīng)典力學(xué)相互聯(lián)系的基礎(chǔ)上，探究并實(shí)踐了由經(jīng)典物理學(xué)的問(wèn)題來(lái)引入量子力學(xué)學(xué)科的問(wèn)題。將問(wèn)題式教學(xué)法應(yīng)用于量子力學(xué)的實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中。這樣既可以活躍課堂氣氛，提高學(xué)生積極性，又可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，同時(shí)還可以鞏固學(xué)生以前學(xué)過(guò)的經(jīng)典物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而能提升教學(xué)質(zhì)量。

一、問(wèn)題式教學(xué)法概念

問(wèn)題式教學(xué)（Problem-Based Teaching）是問(wèn)題式學(xué)習(xí)（Problem-Based-Learning）的發(fā)展，它鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題、自主尋找答案，是以問(wèn)題為基礎(chǔ)來(lái)展開(kāi)學(xué)習(xí)和教學(xué)過(guò)程的一種教學(xué)模式，通過(guò)學(xué)生合作解決真實(shí)問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問(wèn)題的技能，并形成自主學(xué)習(xí)的能力。PBL最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、會(huì)計(jì)、英語(yǔ)等眾多學(xué)科。

二、量子力學(xué)與經(jīng)典物理的聯(lián)系及問(wèn)題式教學(xué)法在量子力學(xué)課程中的應(yīng)用

經(jīng)典物理可以解釋天體間的相互作用、電磁波的傳播以及系統(tǒng)的熱力學(xué)平衡等自然現(xiàn)象。20世紀(jì)初，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象后，在解釋分子原子尺度的物理現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)典力學(xué)往往無(wú)能為力。因此需要建立一個(gè)全新的理論，這就是量子力學(xué)。它是闡明原子核、固體等性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，且在化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。在經(jīng)典力學(xué)，做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，位置可以用坐標(biāo)系上的坐標(biāo)表示。將坐標(biāo)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)、再求導(dǎo)，得到物體運(yùn)動(dòng)的速度■和加速度■。■=■（t） ■=■ ■=■ ①

經(jīng)典物理中，描述物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是牛頓三大定律。描述物體t時(shí)刻的狀態(tài)用t時(shí)刻的位置矢量■，動(dòng)量■。初始位置矢量、動(dòng)量及所受到的力■知道，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律就可以知道物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。量子力學(xué)是用來(lái)描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。由于微觀粒子運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性，使得粒子的動(dòng)量和位置不能同時(shí)確定。在實(shí)際的教學(xué)中就可以引入這樣的問(wèn)題：量子力學(xué)中是怎么樣來(lái)描述粒子的狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律呢？這就要找到與經(jīng)典對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這樣就可以引入量子力學(xué)的波函數(shù)概念及其物理含義。波函數(shù)是描述微觀粒子的狀態(tài)，可以表示為如下的形式：

Ψ（x，y，z，t）=Ψ（p，r，t） ②

此時(shí)又引入一個(gè)新的問(wèn)題：波函數(shù)遵循什么樣的規(guī)律呢？與經(jīng)典牛頓運(yùn)動(dòng)定律對(duì)于的定理或者定律又是什么呢？這個(gè)時(shí)候就可以用問(wèn)題式的方法來(lái)引入薛定諤方程問(wèn)題。

i？攸=■=-■？犖2Ψ+U（r）Ψ ③

上式子表示粒子在相互作用勢(shì)為U（r）的勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，描述粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波函數(shù)隨時(shí)間的演化所滿(mǎn)足的規(guī)律。同樣，像以上這樣利用問(wèn)題式引入的方式來(lái)講授量子力學(xué)課程的相關(guān)內(nèi)容還有很多，如態(tài)疊加原理，表象變換等。對(duì)于態(tài)疊加原理，問(wèn)題的引入：經(jīng)典物理有波函數(shù)的概念，有波的疊加，那量子力學(xué)中描述物體狀態(tài)的波函數(shù)是否也有疊加性，他們之間有什么異動(dòng)呢？這樣就可以將學(xué)生引入到量子力學(xué)中的態(tài)疊加原理的相關(guān)內(nèi)容。

三、需要重視的問(wèn)題

針對(duì)目前核類(lèi)專(zhuān)業(yè)特別是核類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)量子力學(xué)課程的現(xiàn)狀，我們除了將問(wèn)題式教學(xué)法應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，還要從以下的幾個(gè)方面來(lái)激起學(xué)生的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該門(mén)課程的積極性。

首先，需要激起學(xué)生的好奇心。其次，在解答習(xí)題中將問(wèn)題式教學(xué)融入其中，要做到課堂知識(shí)和課后習(xí)題的問(wèn)題式教學(xué)雙覆蓋。最后，需要學(xué)生知道處理量子力學(xué)問(wèn)題的一般方法，同時(shí)適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，必須在教學(xué)過(guò)程中把握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，對(duì)表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)行表?yè)P(yáng)并登記，從心理層面激勵(lì)其更加積極參與到教學(xué)互動(dòng)中。本科階段的量子力學(xué)是一門(mén)入門(mén)課程，是繼續(xù)學(xué)習(xí)物理學(xué)的基礎(chǔ)。只有讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到了量子力學(xué)課程的重要性，才能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

通過(guò)經(jīng)典物理與量子力學(xué)的類(lèi)比對(duì)應(yīng)關(guān)系，在量子力學(xué)講授相關(guān)知識(shí)時(shí)，用問(wèn)題式的方式引入知識(shí)點(diǎn)。激發(fā)學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)積極性。使用該教學(xué)方式以來(lái)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)質(zhì)量都得到了提高，達(dá)到了教學(xué)改革的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[5]周世勛.量子力學(xué)教程）[M].第二版.北京：高等教育出版社，2009.

量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解范文第3篇

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；非機(jī)械決定論；整體論；復(fù)雜性；主客體互動(dòng)

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

經(jīng)典科學(xué)基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開(kāi)創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說(shuō)。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的最大特征是機(jī)械論和還原論，片面強(qiáng)調(diào)分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學(xué)派的量子力學(xué)理論三部曲：統(tǒng)計(jì)解釋—測(cè)不準(zhǔn)原理—互補(bǔ)原理所反映的主要觀點(diǎn)是：微觀粒子的各種力學(xué)量（位置、動(dòng)量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學(xué)對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性描述是完備的，對(duì)幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋?zhuān)粵Q定論不適用于量子力學(xué)領(lǐng)域；儀器的作用同觀察對(duì)象具有不可分割性，確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。[1]量子力學(xué)的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學(xué)世界

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡(jiǎn)單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說(shuō)它最簡(jiǎn)單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡(jiǎn)化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說(shuō)它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無(wú)論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來(lái)狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說(shuō)某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說(shuō)它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測(cè)定都要受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說(shuō)明要研究的對(duì)象。其目的是簡(jiǎn)化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類(lèi)認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無(wú)疑是有效的。如牛頓將開(kāi)普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周?chē)h(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺(jué)因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來(lái)看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無(wú)共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過(guò)部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理說(shuō)明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說(shuō)明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡(jiǎn)單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問(wèn)題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來(lái)看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說(shuō)過(guò)，自然界喜歡簡(jiǎn)單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡(jiǎn)單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開(kāi)普勒以三條簡(jiǎn)明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬(wàn)有引力說(shuō)明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡(jiǎn)單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡(jiǎn)單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來(lái)描述物體，而且把研究對(duì)象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)主體不可分割性等都足以說(shuō)明自然界本身并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡(jiǎn)單性，而是為了打破簡(jiǎn)單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡(jiǎn)單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說(shuō)的，復(fù)雜性是簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡(jiǎn)單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來(lái)限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來(lái)確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類(lèi)別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來(lái)樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦](méi)有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問(wèn)題，在面對(duì)量子世界如此微小的測(cè)量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測(cè)量中充滿(mǎn)了不確定性。在海森伯看來(lái)，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測(cè)儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來(lái)描述宏觀儀器所觀測(cè)到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說(shuō)，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來(lái)探索問(wèn)題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測(cè)到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說(shuō)什么”。

參考文獻(xiàn)：

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量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解范文第4篇

量子力學(xué)是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的物理科學(xué)。它是20世紀(jì)人類(lèi)文明發(fā)展的一個(gè)重大飛躍，量子力學(xué)的發(fā)展引發(fā)了一系列劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)展與技術(shù)發(fā)明，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。

19世紀(jì)末，正當(dāng)人們?yōu)榻?jīng)典物理取得的重大成就而驚嘆不已的時(shí)候，一系列經(jīng)典理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象一個(gè)接一個(gè)地發(fā)現(xiàn)了。德國(guó)物理學(xué)家維恩通過(guò)熱輻射能譜的測(cè)量發(fā)現(xiàn)的熱輻射定理。德國(guó)物理學(xué)家普朗克為了解釋熱輻射能譜提出一個(gè)大膽的假設(shè)：在熱輻射的產(chǎn)生與吸收過(guò)程中能量是以hv為最小單位，一份一份交換的。這個(gè)能量量子化的假設(shè)不僅強(qiáng)調(diào)了熱輻射能量的不連續(xù)性，而且與輻射能量和頻率無(wú)關(guān)由振幅確定的基本概念直接相矛盾，無(wú)法納入任何一個(gè)經(jīng)典范疇。當(dāng)時(shí)只有少數(shù)科學(xué)家認(rèn)真研究這個(gè)問(wèn)題。

著名科學(xué)家愛(ài)因斯坦經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考，于1905年提出了光量子說(shuō)。1916年，美國(guó)物理學(xué)家密立根發(fā)表了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的光量子說(shuō)。

1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾為解決盧瑟福原子行星模型的不穩(wěn)定(按經(jīng)典理論，原子中電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)要輻射能量，導(dǎo)致軌道半徑縮小直到跌落進(jìn)原子核，與正電荷中和)，提出定態(tài)假設(shè)：原子中的電子并不像行星一樣可以在任意經(jīng)典力學(xué)的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，穩(wěn)定軌道的作用量fpdq必須為h的整數(shù)倍(角動(dòng)量量子化)，即fpdq=nk，n稱(chēng)之為量子數(shù)。玻爾又提出原子發(fā)光過(guò)程不是經(jīng)典輻射，是電子在不同的穩(wěn)定軌道態(tài)之間的不連續(xù)的躍遷過(guò)程，光的頻率由軌道態(tài)之間的能量差A(yù)E=hy確定，即頻率法則。這樣，玻爾原子理論以它簡(jiǎn)單明晰的圖像解釋了氫原子分立光譜線，并以電子軌道態(tài)直觀地解釋了化學(xué)元素周期表，導(dǎo)致了72號(hào)元素鉛的發(fā)現(xiàn)，在隨后的短短十多年內(nèi)引發(fā)了一系列的重大科學(xué)進(jìn)展。這在物理學(xué)史上是空前的。

由于量子論的深刻內(nèi)涵，以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，他們對(duì)對(duì)應(yīng)原理、矩陣力學(xué)、不相容原理、測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系、互補(bǔ)原理、量子力學(xué)的概率解釋等都作出了貢獻(xiàn)。

1923年4月，美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)表了X射線被電子散射所引起的頻率變小現(xiàn)象，即康普頓效應(yīng)。按經(jīng)典波動(dòng)理論，靜止物體對(duì)波的散射不會(huì)改變頻率。而愛(ài)因斯坦光量子說(shuō)這是兩個(gè)“粒子”碰撞的結(jié)果。光量子在碰撞時(shí)不僅將能量傳遞而且也將動(dòng)量傳遞給了電子，使光量子說(shuō)得到了實(shí)驗(yàn)的證明。

光不僅僅是電磁波，也是一種具有能量動(dòng)量的粒子。1924年，美籍奧地利物理學(xué)家泡利發(fā)表了“不相容原理”：原子中不能有兩個(gè)電子同時(shí)處于同一量子態(tài)。這一原理解釋了原子中電子的殼層結(jié)構(gòu)。這個(gè)原理對(duì)所有實(shí)體物質(zhì)的基本粒子(通常稱(chēng)之為費(fèi)米子，如質(zhì)子、中子、夸克等)都適用，構(gòu)成了量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)——費(fèi)米統(tǒng)計(jì)的基點(diǎn)。為解釋光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)與反常塞曼效應(yīng)，泡利建議對(duì)于原子中的電子軌道態(tài)，除了已有的與經(jīng)典力學(xué)量(能量、角動(dòng)量及其分量)對(duì)應(yīng)的三個(gè)量子數(shù)之外應(yīng)引進(jìn)第四個(gè)量子數(shù)。這個(gè)量子數(shù)后來(lái)稱(chēng)為“自旋”，是表述基本粒子一種內(nèi)在性質(zhì)的物理量。

1924年，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出了表達(dá)波粒二象性的愛(ài)因斯坦——德布羅意關(guān)系：E=hv，p=h/波長(zhǎng)，將表征粒子性的物理量能量、動(dòng)量與表征波性的頻率、波長(zhǎng)通過(guò)一個(gè)常數(shù)h相等。

量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解范文第5篇

[關(guān)鍵詞] 原子物理學(xué) 教學(xué)改革 實(shí)踐教學(xué)

隨著科技的飛速發(fā)展,原子物理學(xué)已經(jīng)成為21世紀(jì)重要科學(xué)技術(shù)的共同基礎(chǔ)之一,它在高新科技中的基礎(chǔ)地位和重要作用日益顯現(xiàn)。同時(shí)它在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研能力方面也有著不可替代的作用,所以原子物理學(xué)成為了物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程之一,也成為了其他理工科專(zhuān)業(yè)的必修課程之一。

一、原子物理學(xué)課程的性質(zhì)與我系開(kāi)設(shè)的歷史回顧

原子物理學(xué)為物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課。它上承經(jīng)典物理,下接量子力學(xué),屬于近代物理的范疇,是學(xué)習(xí)理論物理和從事材料科學(xué)、信息科學(xué)、光學(xué)、激光技術(shù)、化學(xué)、生命科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及空間科學(xué)研究的基礎(chǔ)。在內(nèi)容體系的描述上,原子物理學(xué)采用了普通物理的描述風(fēng)格,講述量子物理的基本概念和物理圖象以及支配物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的基本相互作用,并在此基礎(chǔ)上討論物質(zhì)結(jié)構(gòu)在原子、原子核以及基本粒子等層次的性質(zhì)、特點(diǎn)和規(guī)律。我院在上個(gè)世紀(jì)80年代就開(kāi)設(shè)原子物理學(xué)課程,在90年代中期,為了全面講解近代物理學(xué)的知識(shí),我們?cè)?jīng)以近代物理學(xué)代替了原子物理學(xué)。到20世紀(jì)90年代末,又把原子物理學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立課程進(jìn)行了設(shè)置。2002年,我院開(kāi)始招收物理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生,原子物理學(xué)成為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。為了提高原子物理學(xué)教學(xué)的效果,我們從2003級(jí)學(xué)生開(kāi)始著手對(duì)原子物理學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革,2003級(jí)和2004級(jí)是探索階段,在2005級(jí)、2006級(jí)、2007級(jí)加大了改革的力度。

二、原子物理學(xué)課程教學(xué)改革的實(shí)踐

1.調(diào)整課程結(jié)構(gòu),整合教學(xué)內(nèi)容,增加現(xiàn)代化的知識(shí)

調(diào)整課程結(jié)構(gòu),整合教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)改革的核心工作。在原子物理學(xué)的教學(xué)改革中,我們始終堅(jiān)持把調(diào)整結(jié)構(gòu)整合內(nèi)容作為教改的中心工作。我們?cè)诮虒W(xué)中發(fā)現(xiàn),隨著科技的迅猛發(fā)展,許多高新科技都用到了原子物理學(xué)的基本理論,而我們大部分院校使用的教材是圣麟先生編寫(xiě),1979年,出版的《原子物理學(xué)》,該教材雖然是1987年獲國(guó)家教委一等獎(jiǎng)的優(yōu)秀教材,但是由于編寫(xiě)時(shí)間較早,缺少一些新知識(shí)、新技術(shù)的介紹,教學(xué)內(nèi)容需要整合和充實(shí)。我們本著“加強(qiáng)基礎(chǔ),結(jié)合前沿,促進(jìn)創(chuàng)新”的精神,對(duì)原子物理學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大膽的調(diào)整和整合,重新編寫(xiě)了教學(xué)大綱和考試大綱,加強(qiáng)了科學(xué)前沿和高新技術(shù)的引進(jìn)。精簡(jiǎn)和整合了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容,如舊量子論和中學(xué)物理已經(jīng)涉及到的東西;大量引入了科技前沿和新成果,如里德堡原子、μ原子、反原子、反物質(zhì)、粒子加速器、新粒子的探索、電子自旋成像等;引入多學(xué)科綜合性問(wèn)題,如隧道掃描顯微鏡,納米科技,激光技術(shù)、原子的冷卻等;引入應(yīng)用領(lǐng)域問(wèn)題,如激光技術(shù),X射線造影,核磁共振,核電站的建設(shè)、太陽(yáng)能的利用、中子彈的研制等;引入我們自己的科研工作,如納米晶絲的磁性、鐵磁非晶絲的磁化、磁晶各向異性等,介紹近些年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者的學(xué)術(shù)成就等。同時(shí),我們還嘗試了原子物理學(xué)和量子力學(xué)打通的工作,與量子力學(xué)課程組進(jìn)行了研究。這樣經(jīng)調(diào)整整合后,其教學(xué)內(nèi)容在已知與未知、過(guò)去與未來(lái)、基礎(chǔ)與前沿等之間保持了一種恰當(dāng)?shù)膹埩?以針對(duì)性、應(yīng)用性、實(shí)踐性和滿(mǎn)足后續(xù)課程(量子力學(xué)、固體物理等)學(xué)習(xí)需要為前提,既保留了該門(mén)課程的基本知識(shí)框架、知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系,又反映了本學(xué)科領(lǐng)域最新科技成果和研究前沿方向,構(gòu)建了支持學(xué)生終身學(xué)習(xí)的知識(shí)平臺(tái),促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng),充分體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和現(xiàn)代化,經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐,收到了良好的效果。

2.改革教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力

有了先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容,如何讓學(xué)生接受消化成了我們要研究的一個(gè)突出問(wèn)題。按照學(xué)校的總體培養(yǎng)方案,原子物理學(xué)課程的教學(xué)時(shí)數(shù)越來(lái)越少,從每學(xué)期的72學(xué)時(shí),減少到了54學(xué)時(shí),48學(xué)時(shí),再考慮到法定節(jié)日耽誤的課時(shí),一個(gè)學(xué)期48個(gè)學(xué)時(shí)都難以保證。而原子物理學(xué)是一個(gè)從經(jīng)典物理到現(xiàn)代物理的一個(gè)過(guò)渡課程,有時(shí)用舊量子論處理問(wèn)題,有時(shí)又必須用量子力學(xué)理論處理問(wèn)題,這樣就給學(xué)生造成了一個(gè)接受和理解的難度,有時(shí)甚至是造成了混亂和困惑,學(xué)生無(wú)所適從。為此我們對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行了研究。

第一,樹(shù)立研究型教學(xué)思想,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,體現(xiàn)先進(jìn)的課程理念。在原子物理學(xué)的教學(xué)中,我們首先更新觀念,樹(shù)立“以人為本,以學(xué)生為中心”的現(xiàn)代教育教學(xué)理念和以素質(zhì)教育為主的研究型教學(xué)思想,以滿(mǎn)足社會(huì)需要、學(xué)習(xí)者個(gè)人發(fā)展以及學(xué)科自身特殊性為前提,強(qiáng)調(diào)基本素質(zhì)、基本知識(shí)、基本能力和基本技能并重,強(qiáng)化了課程理念的先進(jìn)性。

第二,在教學(xué)方法上,一改過(guò)去“教師唱主角滿(mǎn)堂灌”的“注入式知識(shí)教育”為適應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的“研究式素質(zhì)教育”。正好我系2005級(jí)以后物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的班容量不是很大,給我們改革教學(xué)方法提供了方便。我們采用了精講式、啟發(fā)式、研究式、探索式、滲透式等多種教學(xué)方法,增加了討論課、學(xué)習(xí)報(bào)告的學(xué)習(xí)形式。對(duì)一些奠定基礎(chǔ)的、在歷史上起到重要作用的、在知識(shí)體系中不可或缺的內(nèi)容必須精講、啟發(fā);對(duì)一些前沿性的、應(yīng)用性的、綜合性的、沒(méi)有定論的東西則采用研究、探索、滲透的方式;每學(xué)期設(shè)置2次討論課,1次學(xué)習(xí)報(bào)告課,把學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的感興趣的、通過(guò)查閱資料能夠解決的問(wèn)題以及沒(méi)有定論需要繼續(xù)研究的問(wèn)題在討論和報(bào)告中處理;而有些知識(shí)則是采用不講的方式,由學(xué)生自學(xué),由連續(xù)型細(xì)節(jié)式授課轉(zhuǎn)變?yōu)樘S型平臺(tái)式授課。這些教學(xué)方法的改進(jìn),極大地拓寬了學(xué)生的視野,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新精神。

第三,在教學(xué)手段上,跳出了“一支粉筆一塊黑板一張嘴”的填鴨式,編制了多媒體課件、電子教案等,利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)輔助教學(xué),同時(shí)也注意糾正了“以機(jī)代人、人機(jī)共灌”的極端多媒體教學(xué)方式,這樣由過(guò)去單一的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)化為多形式的互動(dòng)交流,既解決了課程容量與教學(xué)時(shí)間的矛盾,同時(shí)又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和研究能力。

3.把原子物理學(xué)的教學(xué)與學(xué)生的畢業(yè)論文有機(jī)結(jié)合

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,我們把原子物理學(xué)的教學(xué)與學(xué)生的畢業(yè)論到了有機(jī)結(jié)合。近幾屆學(xué)生的畢業(yè)論文都有選自原子物理學(xué)課程的。有一些綜述型的題目,如:原子物理學(xué)與量子力學(xué)的銜接、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次、組成物質(zhì)的最小單元、里德堡原子與μ原子、反原子與反物質(zhì)等;有一些應(yīng)用型的題目,如太陽(yáng)能與我市太陽(yáng)能利用、核電與我國(guó)的核電站、現(xiàn)代醫(yī)療與原子物理學(xué)等;也有一些研究型的題目,如:蘭姆位移的實(shí)質(zhì)、電子自旋對(duì)原子光譜的影響、納米晶絲的磁性與原子磁矩、鐵磁性物質(zhì)參雜后的磁性等。

4.把近代物理實(shí)驗(yàn)與原子物理學(xué)課程打通

我系也和其他大部分院校一樣,在開(kāi)設(shè)原子物理學(xué)課程的同時(shí),開(kāi)設(shè)的另一門(mén)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程是近代物理實(shí)驗(yàn),它由實(shí)驗(yàn)老師獨(dú)立完成。在原子物理學(xué)進(jìn)行教改的時(shí)候,我們發(fā)現(xiàn)近代物理實(shí)驗(yàn)許多都是和原子物理學(xué)有關(guān)系的,許多就是原子物理學(xué)理論的一個(gè)驗(yàn)證或是應(yīng)用。為使原子物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)更加緊密地結(jié)合,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)原子物理學(xué)理論的感性認(rèn)識(shí),經(jīng)過(guò)系領(lǐng)導(dǎo)的同意,我們和近代物理實(shí)驗(yàn)老師合作,共同組成了原子物理學(xué)課程組,實(shí)現(xiàn)了原子物理學(xué)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同步,既深化了學(xué)生對(duì)理論的理解,也降低了實(shí)驗(yàn)課程的難度。效果頗佳。

5.編制了一些課程擴(kuò)充資料

為了幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容,我們參考其他院校的做法,編制了作業(yè)題解答、課外習(xí)題集、考試試題庫(kù)、卷庫(kù),并且選定了一些科技期刊和閱讀材料提供給學(xué)生閱讀和學(xué)習(xí),開(kāi)寬學(xué)生的眼界。

三、對(duì)原子物理學(xué)課程教學(xué)改革的思考

雖然對(duì)原子物理學(xué)課程的教學(xué)改革,我們?nèi)〉昧艘恍┬Ч?但是總感覺(jué)教學(xué)改革進(jìn)行的還不徹底,還有許多不盡如人意的地方,還有許多工作要做,關(guān)于這些我們做了如下思考。

第一,對(duì)原子物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系能不能來(lái)一個(gè)大的改革。首先,舊量子論的內(nèi)容跳過(guò)不講,直接用量子力學(xué)的理論來(lái)講原子物理學(xué)。既在光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)、史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)、黑體輻射實(shí)驗(yàn)、康普頓效應(yīng)等的基礎(chǔ)上給出量子力學(xué),然后用量子力學(xué)理論去研究原子的能級(jí)、光譜、電子自旋、原子核結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。而把玻爾的舊量子論作為一個(gè)歷史情節(jié)介紹,降低舊量子論的比重。其次,增加前沿動(dòng)態(tài)。因?yàn)槲覀儧](méi)有后續(xù)的原子核物理、粒子物理,所以特別應(yīng)該增加原子核的方面的知識(shí);增加粒子物理方面的知識(shí);增加應(yīng)用性的知識(shí);增加外場(chǎng)中原子的行為和現(xiàn)象的介紹,增加新核素、新粒子的觀察與探索等內(nèi)容。

第二,一定要把原子物理學(xué)與量子力學(xué)打通,整合成一門(mén)理論課,并且把原子物理學(xué)、量子力學(xué)、固體物理學(xué)、近代物理實(shí)驗(yàn)組合成一個(gè)課程群。使之在培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力上做出更大的貢獻(xiàn)。首先,原子物理學(xué)和量子力學(xué)必須打通,因?yàn)槟壳暗姆止た?原子物理學(xué)是量子力學(xué)的先行課程,成為了量子力學(xué)的基礎(chǔ),而量子力學(xué)又是處理原子問(wèn)題的有力工具,二者相互滲透,沒(méi)有先后。如果能夠把原子物理學(xué)和量子力學(xué)打通成一門(mén)理論課程,那樣既可以完善原子物理學(xué)中的理論,又可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的感性認(rèn)識(shí),使得兩門(mén)課程的體系更加完整,學(xué)習(xí)難度會(huì)自然降低。其次,要認(rèn)真研究如何實(shí)現(xiàn)原子物理學(xué)、量子力學(xué)、固體物理學(xué)、近代物理實(shí)驗(yàn)這一課程群,并以此為依托申報(bào)省級(jí)以上的教改立項(xiàng)課題。這幾門(mén)課程的理論是相通的,只是適用對(duì)象不同,所以會(huì)衍生出許多不同的知識(shí),這個(gè)課程群建成后,能夠使學(xué)生的知識(shí)體系更加緊湊和完善,使幾門(mén)課程的知識(shí)互通,能夠降低學(xué)習(xí)難度,能夠使學(xué)生方便地接觸到科技前沿,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,對(duì)畢業(yè)后從事高新科技或是教授大中學(xué)的相關(guān)課程都是大有裨益的。

第三,如何進(jìn)行考試改革。學(xué)生成績(jī)的考核方式直接決定著學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度,我們要改傳統(tǒng)的“結(jié)果性”考核為“過(guò)程性”考核。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)測(cè),注意發(fā)現(xiàn)那些有創(chuàng)新精神、勤奮刻苦的學(xué)生,注意發(fā)現(xiàn)那些有一定特長(zhǎng)、有潛力、不循規(guī)蹈矩的學(xué)生,加強(qiáng)培養(yǎng),加強(qiáng)引導(dǎo)。

第四,如何進(jìn)行實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容的改革。實(shí)踐性的教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力方面具有不可替代的作用。如何充分發(fā)揮實(shí)踐性教學(xué)的作用一直是我們努力探索的一個(gè)課題。我們要使實(shí)踐性教學(xué)走出實(shí)驗(yàn)室,使實(shí)驗(yàn)課程走出驗(yàn)證的初級(jí)階段,開(kāi)設(shè)綜合性、開(kāi)放性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),這一點(diǎn)需要一定的物質(zhì)基礎(chǔ),值得我們?nèi)パ芯俊?/p>

第五,關(guān)于教材的選擇與處理。教材可以說(shuō)是教學(xué)的抓手,是最為重要的教學(xué)資源。就目前看,比較通用的原子物理學(xué)教材是圣麟先生編寫(xiě)的《原子物理學(xué)》和楊福家院士編寫(xiě)的《原子物理學(xué)》,這兩個(gè)版本的教材各有自己的優(yōu)點(diǎn)。我們的觀念是“教學(xué)是用教材教,而不是教教材”,今后,我們計(jì)劃改以前固定一種版本教材為兩種版本交替使用。這樣有一個(gè)好處是上下連續(xù)兩屆學(xué)生可以互相借閱,使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)基本上都能夠有兩本教材,方便了學(xué)習(xí)。

以上這些只是我們?cè)谠游锢韺W(xué)課程改革中的一些做法和想法,有的甚至可能還很不成熟,希望得到各位同仁的支持和幫助。

參考文獻(xiàn):