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篇1

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、笛卡兒等開創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說。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；決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)是自然界最簡單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說它最簡單，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化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說它最普遍，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，我們不能說某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(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、說明要研究的對(duì)象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無疑是有效的。如牛頓將開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。部分不僅與周圍環(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)來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^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)原理說明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡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)思維方式由追求簡單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經(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。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡單性解釋復(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明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。

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單性，而是為了打破簡單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說的，復(fù)雜性是簡單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡單性更基本，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]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，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)量中充滿了不確定性。在海森伯看來，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，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來探索問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“說什么”。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

作者認(rèn)為量子和量子化是20世紀(jì)物理學(xué)中最偉大的發(fā)現(xiàn)。盡管量子力學(xué)現(xiàn)象并沒有對(duì)仍為經(jīng)典物理學(xué)所支配的我們的意識(shí)世界構(gòu)成直接沖擊，但量子力學(xué)已經(jīng)成了物質(zhì)和輻射的所有現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)，而且也將是21世紀(jì)文明的一切方面的基礎(chǔ)。作為大學(xué)物理學(xué)中的主要學(xué)科，量子力學(xué)的卓越教科書并不鮮見，許多成功的教材采用公理化方法，從一組基本公理出發(fā)建立量子力學(xué)的理論體系，然后借助于一系列數(shù)學(xué)步驟發(fā)展它的全部推論。但是量子力學(xué)究竟是怎么來的？我們能夠理解對(duì)于這樣一種抽象形式所對(duì)應(yīng)的解釋嗎？近幾十年來關(guān)于這些問題的詳細(xì)討論有許多著作面世，特別值得一提的是1967年出版的“量子力學(xué)起源”（Source of Quantum Mechanics，B.L.van der Waerden 著）和1992年-2001年出版的6卷集“量子理論的歷史發(fā)展”（The Historical Development of Quantum Theory，Mehra and Rechenberg 著）等，都得到了廣泛的好評(píng)。但作者認(rèn)為這些優(yōu)秀著作通常內(nèi)容很深，需要讀者具有很強(qiáng)的經(jīng)典與量子物理的基礎(chǔ)。

作者曾于2003年撰寫了“物理學(xué)中的理論概念”（Theoretical Concepts in Physics）一書，從歷史角度重新思考物理學(xué)的基礎(chǔ)，討論了到量子發(fā)現(xiàn)與被物理學(xué)界接受為止的經(jīng)典物理學(xué)和相對(duì)論理論概念的發(fā)展。本書是作者對(duì)于量子物理繼續(xù)作出的努力。作者假定讀者熟悉不超過大學(xué)二年級(jí)水平的物理與數(shù)學(xué)知識(shí)，力求采用的數(shù)學(xué)不失嚴(yán)格性而盡可能簡單，使最后一年的大學(xué)生在閱讀時(shí)不會(huì)遇到麻煩。

全書內(nèi)容分成3個(gè)部分，共18章：第1部分 量子的發(fā)現(xiàn)，含第1-3章：1.1895年的物理學(xué)與理論物理學(xué)；2.普朗克和黑體輻射；3.愛因斯坦和量子，1900-1911。第2部分 氫原子的波爾模型，含第4-8章：4.Sommerfeld 和Ehrenfest-推廣的波爾模型；5.愛因斯坦系數(shù)，波爾對(duì)應(yīng)原理和第一個(gè)選擇定則；6.理解原子光譜——可加量子數(shù)；周期表的波爾模型和自旋起源；7.波爾的元素周期表模型和自旋的起源；8.波粒二象性。第3部分 量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)，含第9-17章：9.舊量子論的失敗及其重生的原因；10.海森伯的突破性進(jìn)展；11.矩陣力學(xué)；12.狄拉克的量子力學(xué)；13.薛定諤和波動(dòng)力學(xué)；14.矩陣力學(xué)與波動(dòng)力學(xué)的殊途同歸；15.自旋和量子統(tǒng)計(jì)；16.量子力學(xué)的解釋；17.一個(gè)時(shí)代結(jié)束之后。

作者特別強(qiáng)調(diào)本書不是一部量子力學(xué)的教科書，而是專為高年級(jí)大學(xué)生、物理學(xué)家、歷史學(xué)家和物理哲學(xué)家撰寫的一部專著，可以看作是標(biāo)準(zhǔn)教材的補(bǔ)充，可以增強(qiáng)對(duì)于量子物理學(xué)的理解和欣賞。本書對(duì)浩瀚的物理學(xué)史的文獻(xiàn)與專著進(jìn)行了匯總，通過引人注目的敘述，提供了物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家實(shí)際工作的許多范例。與其他教科書相比，本書特別贊賞在數(shù)學(xué)、理論與實(shí)驗(yàn)之間的交流，并在這種思想指導(dǎo)下對(duì)于幫助讀者深入理解量子力學(xué)的發(fā)展做了最大的努力。

丁亦兵，教授

（中國科學(xué)院大學(xué)）

篇3

關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Teaching Methods and Practice of Quantum Mechanics of

Materials Physics Professional

FU Ping

(College of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan, Hubei 430073)

Abstract For the difficulties faced by students in Materials professional to learn quantum mechanics physics course, by a summary of teaching practice in recent years, from the teaching content, teaching methods and means of exploration and practice, students mobilize the enthusiasm and initiative, and achieved good teaching results.

Key words quantum mechanics; teaching content; teaching methods

0 引言

量子力學(xué)是研究微觀粒子（如原子、分子、原子核和基本粒子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它和相對(duì)論是矗立在20世紀(jì)之初的兩座科學(xué)豐碑，一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩塊理論基石。相對(duì)論和量子力學(xué)徹底改變了經(jīng)典物理學(xué)的世界觀，并且深化了人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，改造了人類的宇宙觀和思想方法，它使人們對(duì)物質(zhì)存在的方式及其運(yùn)動(dòng)形態(tài)等的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。

量子力學(xué)是材料物理專業(yè)一門承前啟后的專業(yè)基礎(chǔ)必修課：量子力學(xué)的教學(xué)必須以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，包括線性代數(shù)、概率論、高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方法等，其又是后續(xù)課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理、材料物理、納米材料等的理論基礎(chǔ)?？梢?，量子力學(xué)課程在材料物理專業(yè)的課程體系中占有非常重要的地位，學(xué)生掌握的程度直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。作者近年來一直從事量子力學(xué)的教學(xué)工作，針對(duì)量子力學(xué)課程教學(xué)過程中存在的現(xiàn)象和問題，進(jìn)行了較深入細(xì)致的思考與探討，在實(shí)際教學(xué)過程中對(duì)本課程的教學(xué)方法進(jìn)行了探索與實(shí)踐，收到了較好的教學(xué)效果。

1 量子力學(xué)教學(xué)面臨的難點(diǎn)

量子力學(xué)研究的是微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，微觀粒子同宏觀粒子不同，看不見，摸不著，只有借助于探測(cè)器才能察覺它的存在和屬性。材料物理專業(yè)學(xué)生之前學(xué)習(xí)的基本上是經(jīng)典物理，而量子力學(xué)理論無法用經(jīng)典理論進(jìn)行解釋，學(xué)生對(duì)此感到難于理解。因此，經(jīng)典物理的傳統(tǒng)觀念對(duì)學(xué)生思想的束縛，構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的思想障礙；量子力學(xué)可以說無處不“數(shù)學(xué)”， 由于材料物理專業(yè)學(xué)生在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面與物理專業(yè)學(xué)生相比較為薄弱，在學(xué)習(xí)過程中普遍感到數(shù)學(xué)計(jì)算繁難，對(duì)大段的數(shù)學(xué)推導(dǎo)表現(xiàn)出畏難情緒?？梢?，量子力學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)的精彩詮釋卻構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的心理障礙。這兩大障礙勢(shì)必會(huì)影響量子力學(xué)和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在這種情況下，我們應(yīng)當(dāng)怎樣開展量子力學(xué)教學(xué)從而使學(xué)生重視并努力學(xué)好該課程就成了一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 明確教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)、有的放矢

要講授一門課程，首先應(yīng)該對(duì)課程內(nèi)容有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。量子力學(xué)的內(nèi)容可以包括三個(gè)方面：一是介紹產(chǎn)生新概念的歷史背景及一些重要實(shí)驗(yàn)；二是提出一系列不同于經(jīng)典物理學(xué)的基本概念與原理，如波函數(shù)、算符等概念和相關(guān)原理，是該課程的核心；三是給出解決具體實(shí)際問題的方法。三部分內(nèi)容相互聯(lián)系，層層推進(jìn)，形成完整的知識(shí)體系。作為引導(dǎo)者，教師應(yīng)在這三部分內(nèi)容的教學(xué)過程中幫助學(xué)生成功地突破兩大束縛。第一部分內(nèi)容教師應(yīng)考慮如何引導(dǎo)學(xué)生入門，從習(xí)慣古典概念轉(zhuǎn)而接受量子概念。在講授這部分內(nèi)容時(shí)要將重點(diǎn)放在“經(jīng)典”向“量子”的過渡上，引出量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)在研究方法上的顯著不同：經(jīng)典力學(xué)是將其研究對(duì)象作為連續(xù)的不間斷的整體對(duì)待，而量子力學(xué)將其研究對(duì)象看成的間斷的、不連續(xù)的。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分時(shí)應(yīng)仔細(xì)“品嘗”其中的“滋味”，以便啟發(fā)自己的思維自然地產(chǎn)生一個(gè)飛躍，完成思想的突破。第二、三部分是量子力學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并且涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，教師應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)。在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來表達(dá)物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，不能將物理內(nèi)容淹沒在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式當(dāng)中。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)才能得到的結(jié)論，只需告訴學(xué)生，從數(shù)學(xué)上可以得到這樣的結(jié)果就可以了，無需將重點(diǎn)放在繁難的數(shù)學(xué)推導(dǎo)上，否則會(huì)使學(xué)生本末倒置，忽略了對(duì)量子力學(xué)思想的理解。這樣的教學(xué)可以幫助學(xué)生突破心理障礙，不會(huì)一提量子力學(xué)就想到復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而產(chǎn)生抵觸情緒。成功地突破這兩大障礙，是學(xué)習(xí)量子力學(xué)的關(guān)鍵。

3 教學(xué)方法的改革

3.1 利用現(xiàn)代技術(shù)改進(jìn)教學(xué)手段

傳統(tǒng)的板書教學(xué)能夠形成系統(tǒng)性的知識(shí)框架，教師在板書推導(dǎo)的過程中，學(xué)生有時(shí)間反應(yīng)和思考，緊跟教師的思路，從而可以詳細(xì)、循序漸進(jìn)地吸收所學(xué)知識(shí)，并培養(yǎng)了良好的思維習(xí)慣。但全程板書會(huì)導(dǎo)致上課節(jié)奏慢，授課內(nèi)容有限。目前隨著高校教學(xué)改革的推進(jìn)，授課學(xué)時(shí)相繼減少，對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)方式來講，要完成教學(xué)任務(wù)比較困難。這就要借助現(xiàn)代科技手段進(jìn)行教學(xué)改革，包括多媒體課件的使用和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。但是在量子力學(xué)教學(xué)中，一些繁雜公式的推導(dǎo)，如果使用多媒體課件，節(jié)奏會(huì)較快，導(dǎo)致學(xué)生目不暇接，來不及做筆記，更來不及思考，不利于講授內(nèi)容的消化吸收。鑒于此，對(duì)于量子力學(xué)課程，教學(xué)過程應(yīng)采用板書和多媒體技術(shù)相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 建設(shè)習(xí)題庫

量子力學(xué)課程理論抽象，要深入理解這些理論，在熟練掌握教材基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，需要通過大量習(xí)題的演練，循序漸近，才能檢驗(yàn)自己理解的程度，真正學(xué)好這門課程。因此在教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)做習(xí)題的重要性。有針對(duì)性地根據(jù)材料物理專業(yè)量子力學(xué)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，參考多本量子力學(xué)教材和習(xí)題集，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建設(shè)量子力學(xué)習(xí)題庫，題型包括選擇、填空、證明、簡答和計(jì)算題等，內(nèi)容涵蓋各知識(shí)點(diǎn)，從簡到繁、由淺至深。題庫操作方便，學(xué)生可自行操作，并對(duì)所做結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，從而清楚自己掌握本課程的程度。這一方式在近幾年的教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。

3.3 加強(qiáng)與學(xué)生互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

教學(xué)是一個(gè)師生互動(dòng)的過程，應(yīng)讓學(xué)生始終處于主動(dòng)學(xué)習(xí)的位置而不是被動(dòng)的接受。量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)更應(yīng)積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，因此教師應(yīng)在教學(xué)過程中加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)。增設(shè)課前提問、課后討論環(huán)節(jié)，認(rèn)真批改作業(yè)，積極發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題，并及時(shí)對(duì)問題進(jìn)行深入講解，解決問題。另外，由于量子力學(xué)是建立在一系列基本假定基礎(chǔ)之上的，抽象難懂，鑒于學(xué)生難接受的情況，在授課時(shí)注意理論聯(lián)系實(shí)際，盡可能進(jìn)行知識(shí)的滲透和遷移，將量子力學(xué)在實(shí)際中的應(yīng)用穿插于教學(xué)之中，豐富教學(xué)內(nèi)容，開拓學(xué)生視野，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

4 結(jié)語

通過近年來教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和探索，形成了一套適合材料物理專業(yè)量子力學(xué)課程教學(xué)的方法，該方法教學(xué)效果良好。在近幾年的研究生入學(xué)考試中，學(xué)生量子力學(xué)課程的成績優(yōu)秀，說明采用這樣的教學(xué)方法是成功的。

資助項(xiàng)目：武漢工程大學(xué)2010年校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目（X201037）

篇4

Introductionto Quantum Mechanics

Schrodinger Equation and Path Integral，

2nd Edition

2012，950 p

Hardcover

ISBN9789814397735

Harald J W MüllerKirsten著

薛定諤在1926年建立了以他的名字命名的方程，開創(chuàng)了量子力學(xué)進(jìn)入嚴(yán)格的和近似定量計(jì)算的新局面，促進(jìn)量子力學(xué)迅速擴(kuò)展了應(yīng)用能力和范圍。20年之后費(fèi)曼提出了量子力學(xué)的路徑積分形式，并證明了與薛定諤方程的等價(jià)性。它不僅能夠解決量子力學(xué)中的一般的定量計(jì)算問題，而且在隨后幾十年的量子場(chǎng)論和規(guī)范場(chǎng)論的發(fā)展過程中起了不可替代的重要作用。這兩種定量處理方法各有優(yōu)劣，薛定諤方程對(duì)于量子力學(xué)問題的處理無疑具有極大的優(yōu)點(diǎn)，其圖像清晰而且在數(shù)學(xué)上有許多為物理學(xué)家熟悉的成熟處理方法，受到物理學(xué)家的普遍歡迎。相比之下，路徑積分方法的使用要麻煩得多。但近年來，人們?cè)絹碓桨l(fā)現(xiàn)路徑積分方法在很多應(yīng)用中有著獨(dú)特的優(yōu)越性。對(duì)于這兩種方法，已經(jīng)有許多優(yōu)秀的量子力學(xué)教科書以及專著分別給出了非常詳細(xì)的討論。但是將兩種方法對(duì)同一問題的解決辦法進(jìn)行相互對(duì)照與比較，從而對(duì)于各自的優(yōu)點(diǎn)和特定的應(yīng)用范疇有更深刻的理解的著作還十分罕見，本書填補(bǔ)了這一空白。

這是一部量子力學(xué)的教科書，它涵蓋了作為導(dǎo)論性課程所有的主要內(nèi)容，不但詳述了各種位勢(shì)下薛定諤方程的微擾解，介紹并算出了對(duì)應(yīng)的路徑積分的解，而且還詳細(xì)地考慮了微擾展開的高階行為，這在其他類似的書籍中很少見到。本書的另一特點(diǎn)是沒有提供習(xí)題，而是結(jié)合課文的內(nèi)容選用了大量例題，給出了非常詳細(xì)的計(jì)算細(xì)節(jié)，對(duì)于讀者的學(xué)習(xí)十分有利。

本書的第1版出版于2006年。第2版中，添加了許多重要的應(yīng)用和很多實(shí)例。特別是關(guān)于Coulomb勢(shì)的一章被擴(kuò)充到包含了化學(xué)鍵的介紹，而周期勢(shì)的一章補(bǔ)充了關(guān)于金屬和半導(dǎo)體能帶論的一節(jié)，而在高階行為的一章添加了關(guān)于漸進(jìn)展開中成功地計(jì)算收斂因子的例證。

全書共分成29章：1.導(dǎo)言；2.哈密頓量子力學(xué)； 3.量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；4.狄拉克的右矢和左矢形式體系； 5.Schrdinger方程和Liouville定理；6.諧振子的量子力學(xué)； 7.Green函數(shù)；8.時(shí)間無關(guān)微擾論； 9.密度矩陣和極化現(xiàn)象； 10.量子理論：一般形式體系； 11.Coulomb 相互作用； 12.量子力學(xué)穿透；13.線性勢(shì)； 14.經(jīng)典極限和WKB法； 15.冪次勢(shì)； 16.屏蔽Coulomb勢(shì)； 17.周期勢(shì)； 18.非簡諧振子勢(shì)； 19.奇異勢(shì)；20.微擾展開的高階行為；21.路徑積分形式； 22.經(jīng)典場(chǎng)組態(tài)； 23.路徑積分和瞬子； 24.路徑積分與沿一條線上的彈跳； 25.周期性的經(jīng)典組態(tài)； 26.路徑積分和周期性的經(jīng)典組態(tài)；27.約束系統(tǒng)量子化；28.量子-經(jīng)典跨接作為相變；29.結(jié)束語。

本書對(duì)物理系的大學(xué)生和研究生以及數(shù)學(xué)和粒子物理的研究人員非常適用。對(duì)希望擴(kuò)大自己量子力學(xué)技巧的理論物理學(xué)家和想要更進(jìn)一步鉆研量子力學(xué)的其他專業(yè)的研究生以及所有對(duì)微擾方法、路徑積分及其在經(jīng)典場(chǎng)倫中的應(yīng)用感興趣的讀者都具參考價(jià)值。

丁亦兵，教授

（中國科學(xué)院大學(xué)）

篇5

理論物理作為大學(xué)物理系本科的必修課，在大學(xué)生用一年到兩年的時(shí)間學(xué)完普通物理之后開始學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的所謂四大力學(xué)，即理論力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)，應(yīng)該在第三年和第四年學(xué)完。這四門課的分量都很重，用到的數(shù)學(xué)知識(shí)很多超過基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)的范圍。因此，合適的教材對(duì)于師生都很重要。著名教材為數(shù)不少，最著名的像蘭道和他的助手撰寫的大部頭巨著，堪稱經(jīng)典；但其難度通常超過一般大學(xué)生的接受水平，因而一些導(dǎo)論性的教程更受歡迎。而隨著現(xiàn)論物理學(xué)不斷向著更高水平、更深層次和更為廣泛的領(lǐng)域的發(fā)展，教材的內(nèi)容也不斷地更新。本書正是在這種思想指導(dǎo)下編寫而成的。

作者從事大學(xué)理論物理學(xué)位課程教學(xué)30多年，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)的理論物理的講授模式形成了自己一些獨(dú)特的看法。他嘗試以5個(gè)模塊形式，把他認(rèn)為應(yīng)該掌握的理論物理內(nèi)容以一種統(tǒng)一的和自成體系的形式納入到單獨(dú)的一卷教程之中。這5個(gè)模塊涵蓋了20世紀(jì)理論物理學(xué)的所有重要分支，包括非相對(duì)論量子力學(xué)，熱與統(tǒng)計(jì)物理、多體理論，經(jīng)典場(chǎng)論（包括狹義相對(duì)論和電磁學(xué)）以及相對(duì)論量子力學(xué)和夸克與輕子的相互作用的規(guī)范理論。

本書把這5個(gè)模塊分成20章。第一模塊為非相對(duì)論量子力學(xué)，含第1-4章： 1. 量子力學(xué)的基本概念；2.表象理論；3. 近似方法；4.散射理論。第二模塊為熱與統(tǒng)計(jì)物理，含第5-12章：5. 熱力學(xué)基礎(chǔ)；6. 量子態(tài)和溫度；7. 微觀狀態(tài)的概率和熵； 8.單原子理想氣體； 9. 經(jīng)典熱力學(xué)的應(yīng)用； 10. 熱力學(xué)勢(shì)及導(dǎo)數(shù)； 11.物質(zhì)轉(zhuǎn)換和相圖； 12. FermiDirac和BoseEinstein統(tǒng)計(jì)。第三模塊為多體理論，含第13-16章：13. 多粒子系統(tǒng)量子力學(xué)和低溫?zé)崃W(xué)； 14. 二次量子化； 15. 相互作用電子氣； 16. 超導(dǎo)。第四模塊為經(jīng)典場(chǎng)論和廣義相對(duì)論.含第17-18章：17. 場(chǎng)的經(jīng)典理論；18. 廣義相對(duì)論。第五模塊為相對(duì)論量子力學(xué)和規(guī)范理論，含第19-20章：19. 相對(duì)論量子力學(xué)；20. 夸克和輕子相互作用的規(guī)范理論。

本書的一個(gè)突出特點(diǎn)是完整地給出了所有重要結(jié)果的詳細(xì)數(shù)學(xué)證明，使一個(gè)完成了高中數(shù)學(xué)課程和大學(xué)第一年物理學(xué)學(xué)位課程的學(xué)生能夠理解和欣賞理論物理很多重要結(jié)果的導(dǎo)出過程。只要是完成了較高一點(diǎn)水平的數(shù)學(xué)課程，讀者都會(huì)發(fā)現(xiàn)，書中的每一部分都是他們所需要的。

本書描寫的理論概念和方法通常包含在一年級(jí)研究生的課程中。本書附錄中列出了一份推薦閱讀的書目清單，以便讀者參考。

篇6

關(guān)鍵詞：科學(xué)史；近代物理；教學(xué)改革；高等教育

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）50-0072-03

近代物理是高等學(xué)府物理類、化學(xué)類和電子類學(xué)科的一門必修課，通常放在講授完大學(xué)物理之后。大學(xué)物理的內(nèi)容主要是理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理。近代物理的內(nèi)容主要是相對(duì)論和量子力學(xué)。由于相對(duì)論和量子力學(xué)離我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)比較遠(yuǎn)，所以學(xué)起來比較晦澀難懂。本文介紹了筆者如何通過講授近代物理知識(shí)和對(duì)應(yīng)的近代物理科學(xué)史相接合，來提高同學(xué)們對(duì)近代物理的理解和興趣。

一、近代物理科學(xué)史簡介

近代物理的科學(xué)史是一部十分生動(dòng)活潑的歷史，時(shí)間跨度大概是從1900年到現(xiàn)代。這段時(shí)間可以說是十分不平凡和波瀾壯闊的一百多年。這期間發(fā)生了人類歷史上僅有的二次世界大戰(zhàn)，其中涌現(xiàn)的具有極高才華和貢獻(xiàn)的科學(xué)家數(shù)量差不多抵得上人類歷史上前五千年的科學(xué)家數(shù)量總合。而人物傳記作家也多對(duì)他們的人生經(jīng)歷極為感興趣，出了很多關(guān)于他們的傳記[1-3]。另外這些近代物理學(xué)家們很多本身也頗博學(xué)多才，具有良好的文學(xué)才能和修養(yǎng)，因此很多人他們自己也出自傳。這些傳記和自傳都能給《近代物理》課堂上的科學(xué)史教學(xué)提供豐富的素材和參考。相對(duì)論和量子力學(xué)的理論和公式雖然比較高深難懂，但是它們解釋的現(xiàn)象由于跟人們的日常經(jīng)驗(yàn)相悖，所以還是會(huì)引起人們廣泛的興趣。比如時(shí)間和空間是不可分的，物體的動(dòng)量和時(shí)間不能同時(shí)精確測(cè)量，光速是宇宙中最快的速度，這些一般人憑經(jīng)驗(yàn)的確很難理解。進(jìn)而人們也會(huì)對(duì)提出和發(fā)現(xiàn)這些理論的科學(xué)家們（如愛因斯坦）感興趣。圖1為作者按照時(shí)間順序出場(chǎng)依次在課堂上介紹的量子力學(xué)史上各個(gè)重要的歷史人物。這些科學(xué)人物大多數(shù)彼此交往比較密切，在學(xué)術(shù)上好像切磋和影響，進(jìn)而也加速了思想火花的碰撞和創(chuàng)新性理論的誕生。

在課堂上講述近代物理科學(xué)史的過程中，還可以幫助同學(xué)們了解在學(xué)術(shù)研究過程中需要注意的問題。比如搞科研不能囿于自己的私密空間，而要鼓勵(lì)多做學(xué)術(shù)交流。學(xué)術(shù)交流的好處是：（1）可以了解最新的研究動(dòng)態(tài)；象在近代物理史上著名的哥本哈根學(xué)派就是個(gè)很好的例子。1921年，在著名量子物理學(xué)家波爾的倡議下，成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所，由此形成哥本哈根學(xué)派。其中波恩、海森堡、泡利以及狄拉克等都是這個(gè)學(xué)派的主要成員。由于哥本哈根學(xué)派提供了很好的學(xué)術(shù)交流環(huán)境和學(xué)術(shù)氛圍，在這個(gè)學(xué)派里鼓勵(lì)發(fā)表不同的觀點(diǎn)，不迷信權(quán)威，所以涌現(xiàn)出了很多重要的量子力學(xué)成果。（2）可以發(fā)現(xiàn)自己的不足；比如愛因斯坦于1919年在剛開始推導(dǎo)廣義相對(duì)論的時(shí)候，在公式里人為增加了一個(gè)常數(shù)項(xiàng)，從而得出他起先所認(rèn)為的靜態(tài)宇宙模型。不過1922年亞歷山大?弗里德曼摒棄了這個(gè)常數(shù)項(xiàng)，從而得出相應(yīng)的宇宙膨脹理論。比利時(shí)牧師勒梅特應(yīng)用這些解構(gòu)造了宇宙大爆炸的最早模型，模型預(yù)言宇宙是從一個(gè)高溫致密的狀態(tài)演化而來。到1929年，哈勃等人又用實(shí)際的觀測(cè)證明我們的宇宙的確處于膨脹狀態(tài)。通過學(xué)術(shù)交流，愛因斯坦終于接受了宇宙膨脹理論，并承認(rèn)添加宇宙常數(shù)項(xiàng)是他一生中犯下的最大錯(cuò)誤。（3）可以激發(fā)自己的靈感；比如波爾在1911年從丹麥哥本哈根大學(xué)獲得博士學(xué)位后去英國學(xué)習(xí)，先在劍橋湯姆遜主持的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室工作，幾個(gè)月后又去曼徹斯特在盧瑟福的手下搞科研，這使得他對(duì)湯姆遜關(guān)于原子的西瓜模型和盧瑟福的核式原子模型了如指掌，同時(shí)他又很熟悉普朗克和愛因斯坦的量子學(xué)說，這些學(xué)術(shù)交流活動(dòng)激發(fā)了他的靈感，使得他最終于1913年初創(chuàng)造性地把普朗克的量子說和盧瑟福的原子核概念結(jié)合起來，提出了自己的波爾原子模型。（4）可以激勵(lì)自己不斷進(jìn)步和成長。比如薛定諤在1925年受到愛因斯坦關(guān)于單原子理想氣體的量子理論和德布羅意的物質(zhì)波的假說的啟發(fā)，從經(jīng)典力學(xué)和幾何光學(xué)間的類比提出了對(duì)應(yīng)于波動(dòng)光學(xué)的波動(dòng)力學(xué)方程，從而奠定了波動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。但是他一開始并不清楚他自己建立的波動(dòng)方程中的波具體代表什么物理概念。起初他試圖把波函數(shù)解釋為三維空間中的振動(dòng)，把振幅解釋為電荷密度，把粒子解釋為波包，但他無法解決“波包擴(kuò)散”的問題。最終經(jīng)過他與波恩的多次學(xué)術(shù)交流，他逐漸認(rèn)識(shí)到波函數(shù)其實(shí)是代表粒子在某時(shí)某個(gè)位置出現(xiàn)的幾率，是一種幾率波。

二、近代物理知識(shí)簡介

近代物理的知識(shí)主要分為兩大類：相對(duì)論和量子力學(xué)。相對(duì)論分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，內(nèi)容包括伽利略坐標(biāo)系、邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)、洛倫茲變換、閔可夫斯基空間、質(zhì)能關(guān)系式和相對(duì)論能量-動(dòng)量關(guān)系式等。量子力學(xué)知識(shí)包括黑體輻射、光電效應(yīng)、波爾原子模型、康普頓效應(yīng)、德布羅意波、戴維遜和革末實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子的波動(dòng)性、不確定性原理和薛定諤方程等。這些近代物理理論的公式通常比較復(fù)雜，需要用到高等數(shù)學(xué)的知識(shí)，比如薛定諤方程是一個(gè)偏微分方程，狄拉克方程里包含矩陣。因而對(duì)于近代物理公式的求解就變得十分困難，也不太直觀。圖2羅列了按時(shí)間順序出現(xiàn)的課堂上需要講授的量子力學(xué)公式。

黑體輻射公式描述的是頻譜（單色能密度）u（v，T）和溫度以及頻率的關(guān)系式。光電效應(yīng)是指每種金屬存在截止頻率。當(dāng)照射在金屬上的頻率小于截止頻率時(shí)，不管光強(qiáng)多大，照射時(shí)間多長，也不會(huì)有光電子產(chǎn)生。而當(dāng)照射在金屬上的頻率大于截止頻率時(shí)，不管光強(qiáng)多小，也會(huì)產(chǎn)生光電子，且響應(yīng)時(shí)間小于1納秒。光電子具有各種初速度，其最大初動(dòng)能與光輻射頻率成線性關(guān)系，而與光輻射強(qiáng)度無關(guān)。當(dāng)頻率在截止頻率之上時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的電子數(shù)目即光電流強(qiáng)度與光輻射強(qiáng)度成正比。在光電效應(yīng)理論中，光的能量和光的頻率成正比，光的動(dòng)量和光的波長成反比。

波爾的原子模型給出了電子在分立軌道上的能量公式。能量和電荷的四次方成正比，跟定態(tài)的平方成反比。電子在定態(tài)具有分立的能量，在定態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)不輻射電磁能量；但電子可以從一個(gè)定態(tài)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能量低的定態(tài)能級(jí)，相應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)差的能量將作為光子被釋放出來。德布羅意公式則是給出了物體的能量和動(dòng)量與其說對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波的波長和頻率之間的關(guān)系。動(dòng)量和波長成反比，而能量和頻率成正比。薛定諤方程精確地給出了物質(zhì)波函數(shù)的表現(xiàn)形式。微觀粒子的量子態(tài)可用波函數(shù)表示。當(dāng)波函數(shù)確定，粒子的任何一個(gè)力學(xué)量及它們的各種可能的測(cè)量值的幾率就完全確定。波函數(shù)跟粒子的質(zhì)量和勢(shì)能相關(guān)。波函數(shù)的自變量中包含空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)。由于薛定諤方程中出現(xiàn)虛數(shù)i，所以波函數(shù)原則上應(yīng)是復(fù)數(shù)。它同時(shí)滿足能量守恒，是線性的、單值解的。它給出的自由粒子解與簡單的德布羅意波相一致，滿足因果律。相對(duì)于薛定諤方程之于非相對(duì)論量子力學(xué)，狄拉克方程[4]是相對(duì)論量子力學(xué)的一項(xiàng)描述自旋-1/2粒子的波函數(shù)方程，不帶矛盾地同時(shí)遵守了狹義相對(duì)論與量子力學(xué)兩者的原理，實(shí)則為薛定諤方程的洛倫茲協(xié)變式。這個(gè)方程預(yù)言了反粒子的存在。

三、近代物理科學(xué)史和近代物理知識(shí)的結(jié)合講解

近代物理課如果只是講解近代物理知識(shí)，往往顯得枯燥無味，難以理解。其實(shí)任何科學(xué)知識(shí)都不是憑空產(chǎn)生的，往往經(jīng)歷了好幾代人的不懈努力，最終從量變到質(zhì)變，導(dǎo)致相對(duì)論或量子力學(xué)的建立。薛定諤方程也不是一蹴而就，而是經(jīng)過很多科學(xué)家?guī)资甑呐?。如果一開始就講解薛定諤方程，同學(xué)們通常很難理解。而如果采用循序漸進(jìn)的方法并結(jié)合科學(xué)史來講，抽絲剝繭，逐漸揭開真理的面紗，那么同學(xué)們不光饒有興趣，而且更容易理解。圖3列出了結(jié)合科學(xué)史和科學(xué)人物的近代物理講解流程。在講解科學(xué)史的過程中，重點(diǎn)講解科學(xué)人物和他們的研究方法，以及這些近代物理公式是怎么一步步得來的。通過近代物理知識(shí)和科學(xué)史的結(jié)合講解，可以啟發(fā)同學(xué)，讓他們了解任何知識(shí)都是建立在前人知識(shí)和研究的基礎(chǔ)上。比如普朗克的黑體輻射公式來自于瑞利-金斯定律和維恩位移定律的啟發(fā)。瑞利-金斯定律能夠解釋低頻率下的結(jié)果，卻無法解釋高頻率下的測(cè)量結(jié)果。而維恩位移定律能夠解釋高頻率下的結(jié)果，卻無法解釋低頻率下的測(cè)量結(jié)果。而普朗克公式是把這兩種定律公式進(jìn)行一下內(nèi)插。通過這種歷史背景的介紹，同學(xué)們就對(duì)普朗克公式的來龍去脈知道得一清二楚，對(duì)此公式也就理解得更深刻。普朗克公式其實(shí)一開始是一個(gè)不得已而為之的公式，然后普朗克對(duì)此公式進(jìn)行反推，發(fā)現(xiàn)只有認(rèn)為能量是量子化的，才能得出跟實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合的普朗克公式。能量是非連續(xù)而是分立的，即使這個(gè)想法在當(dāng)時(shí)是多么背離人的日常經(jīng)驗(yàn)和驚世駭俗，由于它是唯一的解釋，普朗克也就不得不接受了這個(gè)能量量子化思想。

而能量量子化這個(gè)理論不管在當(dāng)時(shí)看上去多么荒謬，還是有人慧眼識(shí)珠的。5年之后的1905年，愛因斯坦憑著他對(duì)物理學(xué)的敏銳欣然接受了能量量子化這個(gè)觀點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上解釋了光電效應(yīng)。近代物理的科學(xué)史是一環(huán)扣一環(huán)，十分引人入勝。在課堂上授課時(shí)通過人物->公式->人物…->公式的順序把所有近代物理的公式合理地銜接起來，自成一個(gè)整體，同學(xué)們學(xué)習(xí)起來就會(huì)思路清晰，公式也會(huì)記得牢，進(jìn)而對(duì)公式能活學(xué)活用。普朗克和愛因斯坦彼此惺惺相惜，而普朗克也是少數(shù)很快發(fā)現(xiàn)愛因斯坦狹義相對(duì)論重要性的人之一。在愛因斯坦發(fā)表光電效應(yīng)的8年之后，波爾也接受了能量量子化這個(gè)觀點(diǎn)，并進(jìn)而創(chuàng)新性地提出了三個(gè)假設(shè)：（1）定態(tài)假設(shè)，即電子只能在一系列分立的軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，這些軌道對(duì)應(yīng)確定能量值的穩(wěn)定態(tài)，電子在這些狀態(tài)（軌道）上不輻射電磁波；（2）躍遷假設(shè)，即原子在不同定態(tài)之間躍遷，以電磁輻射形式吸收或發(fā)射能量；（3）角動(dòng)量量子化假設(shè)，即電子軌道角動(dòng)量是分立的，首尾位相相同的環(huán)波才能穩(wěn)定存在。波爾根據(jù)這三種假設(shè)成功推導(dǎo)出了氫原子的光譜公式，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全吻合。

接下來就輪到德布羅意登場(chǎng)。在波爾提出原子模型的10年之后，1923年德布羅意創(chuàng)新性地在他的博士論文里提出了波粒二象性的觀點(diǎn)。以前的量子論觀點(diǎn)都是圍繞光和能量，沒有觸及實(shí)際的物質(zhì)或粒子。而德布羅意破天荒地提出任何物體都具有波粒二象性，既包括光，也包括電子、原子甚至人體等所有宇宙中的物體。德布羅意當(dāng)時(shí)的博士生導(dǎo)師朗之萬不認(rèn)可這個(gè)觀點(diǎn)，但是他比較有責(zé)任心，沒有直接否決掉德布羅意的博士論文，而是把論文寄給愛因斯坦定奪。而愛因斯坦對(duì)物理的理解十分透徹，他馬上承認(rèn)了德布羅意的博士論文的正確性，并且將論文送去柏林科學(xué)院，使此理論在物理學(xué)界廣為傳播。1924年，德布羅意又提出可以用晶體作光柵觀察電子束的衍射來驗(yàn)證他的波粒二象性理論，因?yàn)殡娮拥牟ㄩL和晶格間距處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。很快就有人響應(yīng)了德布羅意的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，1927年，克林頓?戴維森和雷斯特?革末用電子轟擊鎳晶體，果然發(fā)現(xiàn)電子的衍射圖譜，和布拉格定律預(yù)測(cè)的一模一樣，這證實(shí)了德布羅意的波粒二象性理論正確無誤。既然電子是一個(gè)波，那就應(yīng)該有個(gè)波動(dòng)方程。所以德布羅意的理論極大地啟發(fā)了海森堡和薛定諤，導(dǎo)致這兩位科學(xué)家同時(shí)在1925年分別發(fā)表了薛定諤方程和矩陣力學(xué)，兩者可以得到同樣的結(jié)果。薛定諤隨后證明，兩者在數(shù)學(xué)上是等效的。薛定諤方程使用微分方程的形式，比矩陣力學(xué)容易理解，所以近代物理的授課一般只講薛定諤方程。薛定諤提出了薛定諤方程之后，又有個(gè)新問題，就是此方程不符合相對(duì)論協(xié)變性原理，即物理規(guī)律的形式在任何的慣性參考系中應(yīng)該是相同的。所以需要有另外一個(gè)量子力學(xué)方程來滿足相對(duì)論。這個(gè)任務(wù)最終是3年之后（即1928年）由狄拉克來完成的。至此，在講述有趣的近代物理科學(xué)史的同時(shí)同學(xué)們也掌握了豐富的近代物理知識(shí)。

總而言之，在近代物理的教學(xué)過程中結(jié)合近代物理科學(xué)史進(jìn)行授課，提高了同學(xué)們對(duì)于近代物理知識(shí)的理解和興趣，避免了填鴨式的教育，讓同學(xué)們?cè)谡莆罩R(shí)的同時(shí)更了解了科學(xué)家們科學(xué)的研究方法，“授之以漁不如授之以魚”。該教改收到了十分良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]格雷克.牛頓傳[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]艾薩克森.愛因斯坦傳[M].長沙：湖南科技出版社，2012.

篇7

[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)專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一,也成為了其他理工科專業(yè)的必修課程之一。

一、原子物理學(xué)課程的性質(zhì)與我系開設(shè)的歷史回顧

原子物理學(xué)為物理學(xué)專業(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)作為一門獨(dú)立課程進(jìn)行了設(shè)置。2002年,我院開始招收物理學(xué)專業(yè)本科學(xué)生,原子物理學(xué)成為一門專業(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,1979年,出版的《原子物理學(xué)》,該教材雖然是1987年獲國家教委一等獎(jiǎng)的優(yōu)秀教材,但是由于編寫時(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、過去與未來、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)過渡課程,有時(shí)用舊量子論處理問題,有時(shí)又必須用量子力學(xué)理論處理問題,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)生無所適從。為此我們對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行了研究。

第一,樹立研究型教學(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,一改過去“教師唱主角滿堂灌”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、通過查閱資料能夠解決的問題以及沒有定論需要繼續(xù)研究的問題在討論和報(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,如太陽能與我市太陽能利用、核電與我國的核電站、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,在開設(shè)原子物理學(xué)課程的同時(shí),開設(shè)的另一門獨(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、卷庫,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)容體系能不能來一個(gè)大的改革。首先,舊量子論的內(nèi)容跳過不講,直接用量子力學(xué)的理論來講原子物理學(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]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)又是處理原子問題的有力工具,二者相互滲透,沒有先后。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“過程性”考核。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(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、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,開設(shè)綜合性、開放性、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的《原子物理學(xué)》和楊福家院士編寫的《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):

篇8

1985年秋天，我免試進(jìn)入南京大學(xué)物理系開始本科學(xué)習(xí)，從此與物理結(jié)下不解之緣.我們那一屆南大物理系招了約120人，其中女生16人.進(jìn)校時(shí)就分了專業(yè)，我們晶體物理專業(yè)有20人，其中女生4人.記得剛進(jìn)校時(shí)，系里就安排了幾場(chǎng)報(bào)告會(huì)介紹學(xué)校和物理系的概況.聆聽著從1920年以來南大物理系發(fā)展和不斷壯大的歷史，感悟著從這里走出來的一位位名家的故事，我這才意識(shí)到自己能進(jìn)入南大物理系學(xué)習(xí)是多么幸運(yùn).

物理系學(xué)生的課程學(xué)習(xí)是緊張的，從力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和熱學(xué)等普通物理開始，再到理論力學(xué)、量子力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)等理論物理，最后再學(xué)固體物理，一環(huán)套一環(huán)，層層深入.雖說基礎(chǔ)物理中的絕大部分概念在中學(xué)已經(jīng)提及，但實(shí)際上到了大學(xué)，需要在新的層次上重新認(rèn)識(shí)和理解諸如動(dòng)量、溫度、熵等基本概念；同時(shí)課程學(xué)習(xí)更是思維方法和習(xí)慣的訓(xùn)練過程，比如我們通過力學(xué)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)代數(shù)思維，學(xué)會(huì)抓主要矛盾進(jìn)行近似處理，而思維的培養(yǎng)往往比純粹的知識(shí)獲得更為重要.在理論物理中，我對(duì)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)最有印象.我們?cè)谙到y(tǒng)學(xué)習(xí)量子力學(xué)之前，有“物理學(xué)史”和“近代物理基礎(chǔ)”作先導(dǎo)課程，對(duì)物質(zhì)波、波粒二象性等概念已有了些許認(rèn)識(shí)，然后有“數(shù)學(xué)物理方法”做數(shù)學(xué)后盾，學(xué)習(xí)量子力學(xué)時(shí)覺得非常有意思，值得思考的概念多，初想不通的物理過程也多，但當(dāng)一個(gè)個(gè)貌似困難的問題被攻克后，那種興奮和享受真是令人難忘.在量子力學(xué)的學(xué)習(xí)中，我覺得自己真的是可以學(xué)物理的.從大一到大三，我們絕大部分課是在能容納二百人的大教室上的，記得那時(shí)我們十幾個(gè)女生常常坐在教室的前兩排，這樣除了聽課的效果特別好以外，據(jù)說還構(gòu)成一道亮麗的風(fēng)景.我們的老師大都很有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，絲絲入扣，循循善誘，我習(xí)慣于筆頭勤一點(diǎn)，在課堂上跟著老師完成公式推導(dǎo)，課后翻閱一些參考書進(jìn)一步理解概念，然后做一些習(xí)題，有時(shí)還做一些小論文，大部分課程學(xué)得比較自如.

大學(xué)里物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)讓我們受益匪淺.那時(shí)實(shí)驗(yàn)課大都安排在晚上，每周有兩到三次.每逢有實(shí)驗(yàn)課，大家都早早吃過晚飯，急匆匆往物理樓趕，然后三三兩兩地等在實(shí)驗(yàn)室的門口，生怕來遲會(huì)影響當(dāng)晚的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展.實(shí)驗(yàn)時(shí)也都很專注，常常是兩個(gè)人合作，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)就分工明確，合作起來一般都很協(xié)調(diào)，也很愉快.記得起初，我們總以搶先測(cè)得當(dāng)日實(shí)驗(yàn)結(jié)果為榮，實(shí)驗(yàn)時(shí)難免慌慌張張、毛手毛腳；后來，知道應(yīng)該圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康模龊妹恳徊秸{(diào)試和測(cè)量；慢慢地，開始享受每一次的實(shí)驗(yàn)過程，享受對(duì)每一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理與分析……從大一到大三，從普通物理實(shí)驗(yàn)做到近代物理實(shí)驗(yàn)，每每帶著滿臉的興奮離開物理樓，按理說，忙碌了一個(gè)晚上應(yīng)該也是辛苦的，但大家都樂此不疲.

（本文原載《物理》2010年第3期，有刪節(jié)）

篇9

[關(guān)鍵詞] 自我管理計(jì)劃；家庭氧療；慢性阻塞性肺??；血液流變學(xué)

[中圖分類號(hào)] R473 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2016）01（a）-0176-05

Effect of self-management program combined with home oxygen therapy on hemorheology and survival quality of patients with COPD

JIN Ling

Department of Respiratory Medicine， the Central Hospital of Fushun City， Liaoning Province， Fushun 113006， China

[Abstract] Objective To investigate the effect of self-management program combined with home oxygen therapy on hemorheology and survival quality of patients with COPD. Methods A retrospective analysis of clinical data of 50 patients with stable COPD in Central Hospital of Fushun City （“our hospital” for short） from January 2012 to January 2013 were selected as control group. Retrospective analysis of clinical data of 50 patients with stable COPD in our hospital from February 2013 to January 2014 were selected as observation group. The control group of patients received long-term home oxygen therapy after discharge. The observation group of patients received self-management plans based on long-term home oxygen therapy after discharged， and implement self-management intervention. Before intervention and 3， 6 months after intervention， St. George's Respiratory Questionnaire （SGRQ） was used for evaluation and comparison of the quality of life of patients in the two groups. Before intervention and 6 months after intervention， the hemorheology and SAS， SDS scores were compared between the two groups. Results Compared with before intervention， each dimension of SGRQ scores and the total scores of 3， 6 months after intervention in the two groups were significantly lower （P < 0.05）， which in the observation group were significantly lower than those in the control group （P < 0.05）. Compared with before intervention， the hemorheology index （whole blood low shear viscosity， plasma viscosity， hematocrit and fibrinogen） of 6 months after intervention in the two groups were significantly lower （P < 0.05）， which in the observation group were significantly lower than those in the control group （P < 0.05）. Compared with before intervention， the SAS， SDS scores of 6 months after intervention in the two groups were significantly lower （P < 0.05）， which in the observation group were significantly lower than those in the control group （P < 0.05）. Conclusion The treatment effect of self-management program combined with home oxygen therapy for COPD patients is significant， not only improve the quality of life of COPD patients， but also significantly improve hemorheology of COPD patients， prevent the pulmonary heart disease. It is worthy of clinical application.

分別于干預(yù)前、干預(yù)后3、6個(gè)月采用圣喬治呼吸問卷[6]（St George's Respiratory Questionnaire，SGRQ）測(cè)評(píng)患者的生存質(zhì)量情況，由患者本人填寫問卷，閱讀障礙不能填寫者，可由專職護(hù)士及家屬口頭詢問患者各項(xiàng)問題并根據(jù)患者的回答代為填寫。SGRQ調(diào)查問卷包括癥狀、活動(dòng)能力和臨床影響3個(gè)維度，共有50個(gè)問題，每個(gè)維度的總分為100分，得分越高，提示生存質(zhì)量越差。

于干預(yù)前、干預(yù)后6個(gè)月時(shí)清晨抽取患者靜脈血5 mL，并采用EDTA進(jìn)行抗凝處理，抗凝后3 h內(nèi)對(duì)血液流變學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，其中，全血低切黏度、血漿黏度的檢測(cè)采用NXE-1型錐板式黏度計(jì)（成都儀器廠生產(chǎn)），血細(xì)胞比容的檢測(cè)采用微型紅細(xì)胞壓積儀，纖維蛋白原的檢測(cè)采用比濁法。

于干預(yù)前、干預(yù)后6個(gè)月采用焦慮自評(píng)量表（SAS）、抑郁自評(píng)量表（SDS）[7]對(duì)兩組患者的焦慮、抑郁情緒進(jìn)行評(píng)分，其中SAS≥50分，表示存在焦慮癥狀；SDS≥53分，表示存在抑郁癥狀。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn)；以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者干預(yù)前后生存質(zhì)量評(píng)分比較

干預(yù)前，兩組患者SGRQ量表各維度評(píng)分及總分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）；與干預(yù)前比較，兩組患者干預(yù)后3、6個(gè)月的SGRQ各維度評(píng)分及總分均明顯降低（P < 0.05），且干預(yù)后觀察組患者各項(xiàng)評(píng)分明顯低于對(duì)照組（P < 0.05）。見表1

2.2 兩組患者干預(yù)前后血液流變學(xué)指標(biāo)比較

干預(yù)前，兩組患者的各項(xiàng)血液流變學(xué)指標(biāo)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）；兩組患者干預(yù)后6個(gè)月的血液流變學(xué)指標(biāo)（全血低切黏度、血漿黏度、血細(xì)胞比容、纖維蛋白原）均較干預(yù)前明顯降低，且干預(yù)后觀察組各項(xiàng)指標(biāo)水平明顯低于對(duì)照組（P < 0.05）。見表2。

表2 兩組患者干預(yù)前后血液流變學(xué)指標(biāo)比較（x±s）

注：與同組干預(yù)前相比，*P < 0.05；與對(duì)照組干預(yù)后6個(gè)月比較，#P < 0.05

2.3 兩組患者干預(yù)前后焦慮、抑郁評(píng)分比較

對(duì)照組干預(yù)前SAS、SDS評(píng)分分別為（62.57±7.12）、（65.23±6.61）分；觀察組干預(yù)前SAS、SDS評(píng)分分別為（63.92±6.56）、（64.34±6.19）分，兩組干預(yù)前SAS、SDS評(píng)分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。干預(yù)后6個(gè)月，對(duì)照組SAS、SDS評(píng)分分別為（56.43±5.04）、（57.33±5.78）分；觀察組SAS、SDS評(píng)分分別為（50.16±4.53）、（51.47±5.12）分，兩組患者干預(yù)后的SAS、SDS評(píng)分均較干預(yù)前明顯降低，且觀察組患者干預(yù)后SAS、SDS評(píng)分均明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。見圖1、2。

3 討論

COPD是慢性呼吸系統(tǒng)疾病中的一種，具有病程遷延的特點(diǎn)，在臨床上難以完全治愈。COPD患者常伴有體重下降、營養(yǎng)障礙、骨質(zhì)疏松、心血管疾病、貧血、糖尿病等肺外表現(xiàn)，并存在焦慮、抑郁等精神癥狀，生存質(zhì)量較正常老年人明顯降低。營養(yǎng)狀況、心理狀態(tài)、肺功能等多種因素均可影響COPD患者的生存質(zhì)量，生存質(zhì)量的下降又進(jìn)一步促進(jìn)病情的進(jìn)展，故臨床上對(duì)CODP患者治療的重點(diǎn)在于延緩病情發(fā)展及提高患者的生存質(zhì)量[8]。目前，醫(yī)護(hù)人員開始密切關(guān)注對(duì)COPD患者的監(jiān)督管理，如何有效提高COPD患者的生存質(zhì)量已成為目前臨床上工作的重點(diǎn)[9-10]。近年來，大量國內(nèi)外學(xué)者的研究證實(shí)，自我管理干預(yù)是改善COPD患者生存質(zhì)量的一種有效途徑，通過對(duì)穩(wěn)定期COPD患者實(shí)施多方面的應(yīng)對(duì)技巧，如疾病知識(shí)、健康教育、肺康復(fù)技能指導(dǎo)、健康行為指導(dǎo)、情感支持、疾病管理等，使患者對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)提高，并規(guī)范用藥及呼吸鍛煉，從而明顯改善患者的癥狀及生存質(zhì)量[11]。暨銘堅(jiān)等[12]的研究中對(duì)COPD患者開展自我管理干預(yù)，以小組為單位，包括面對(duì)面指導(dǎo)、電話督導(dǎo)、短信提醒、加強(qiáng)社會(huì)支持及對(duì)患者的關(guān)心、定期檢查和督促等干預(yù)形式。通過自我管理計(jì)劃的實(shí)施，醫(yī)護(hù)人員可有效掌握患者出院期間的家庭護(hù)理狀況，同時(shí)醫(yī)護(hù)人員可對(duì)患者在家期間的自我管理情況進(jìn)行定期監(jiān)督和指導(dǎo)，有利于患者自我管理行為依從性的提高，從而使患者的生存質(zhì)量得到改善，利于病情的延緩[13]。朱杰敏等[14]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)COPD患者制訂自我管理計(jì)劃并實(shí)施自我管理干預(yù)后患者對(duì)疾病的認(rèn)知以及肺康復(fù)訓(xùn)練、疾病管理和生活管理均得到明顯提高，且參與疾病自我管理的積極性大大增加，生存質(zhì)量明顯改善。COPD患者多伴有低氧血癥，長期低氧血癥可損傷患者的肺上皮細(xì)胞，導(dǎo)致氣道重塑、肺動(dòng)脈高壓的形成，使患者的生存質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響。家庭氧療能有效的糾正患者的低氧血癥，氧療主要通過增加氧輸入量、減少心臟做功而糾正低氧血癥，還能使COPD患者的肺血流動(dòng)力學(xué)得到有效改善，有利于緩解肺功能惡化并延緩肺心病的進(jìn)展[15-16]。

SGRQ是一項(xiàng)對(duì)生存質(zhì)量十分敏感的指標(biāo)，近年來，開始在生存質(zhì)量評(píng)估中得到廣泛的應(yīng)用[17]。本研究中對(duì)兩組患者干預(yù)前、干預(yù)后3、6個(gè)月的生存質(zhì)量采用SGRQ進(jìn)行測(cè)評(píng)，結(jié)果顯示，干預(yù)后3、6個(gè)月兩組患者癥狀、活動(dòng)能力、臨床影響3個(gè)維度的評(píng)分及總得分均較干預(yù)前明顯降低，尤以觀察組降低更為明顯，表明自我管理計(jì)劃結(jié)合家庭氧療對(duì)COPD患者生存質(zhì)量的改善效果更佳，這與于書慧等[18]的研究結(jié)果一致。本研究對(duì)兩組患者干預(yù)前及干預(yù)后6個(gè)月的血液流變學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，觀察組干預(yù)后6個(gè)月的全血低切黏度、血漿黏度、血細(xì)胞比容、纖維蛋白原水平均較對(duì)照組明顯改善，與干預(yù)前相比顯著降低，這與家庭氧療糾正COPD患者的低氧血癥，改善組織器官缺氧情況密切相關(guān)，提示自我管理計(jì)劃結(jié)合家庭氧療對(duì)COPD患者血液流變學(xué)指標(biāo)的改善效果較單獨(dú)家庭氧療更為理想，有助于血栓形成的預(yù)防及臟器供血的改善。蘇定偉等[19]的研究中也證實(shí)了這一點(diǎn)。研究顯示，干預(yù)后兩組患者的SAS、SDS評(píng)分均低于干預(yù)前，且觀察組患者干預(yù)后6個(gè)月的SAS、SDS評(píng)分低于對(duì)照組，表明自我管理計(jì)劃結(jié)合家庭氧療對(duì)患者焦慮、抑郁情況的改善效果更好，更有利于消除患者的心理情緒障礙，這與許建紅等[20]的研究報(bào)道結(jié)果相似。

綜上所述，自我管理計(jì)劃結(jié)合家庭氧療是提高COPD患者生存質(zhì)量及改善血液流變學(xué)的有效手段，能有效消除患者的心理情緒障礙，延緩病情進(jìn)展，值得在臨床應(yīng)用。

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篇10

關(guān)鍵詞：課程改革；創(chuàng)新精神；創(chuàng)新能力；原子物理學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）03-0103-02

原子物理學(xué)在材料物理專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)課程的教學(xué)中占有十分重要的地位。它不僅是經(jīng)典物理和微觀物理（量子力學(xué)、粒子物理和核物理）連接的紐帶與橋梁，更是現(xiàn)代高新尖端技術(shù)（光譜學(xué)、激光、磁共振等）應(yīng)用的基礎(chǔ)。原子物理學(xué)是于20世紀(jì)初開始形成的一門分支學(xué)科，它主要研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的其中一個(gè)層次，具體介于分子和原子核之間，其主要內(nèi)容是原子光譜和原子結(jié)構(gòu)。原子物理學(xué)是近代物理學(xué)的重要組成部分，如何對(duì)原子物理學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行現(xiàn)代化改革，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)使之更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力已經(jīng)成為當(dāng)前材料物理專業(yè)課程教學(xué)改革研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。

一、原子物理學(xué)課程現(xiàn)代化改革的背景

目前高等院校的教師講授在原子物理學(xué)這門專業(yè)課時(shí)，選用的教材大多都是褚圣麟或楊福家先生編寫的《原子物理學(xué)》，其中有些院校已將原子物理學(xué)更名為近代物理學(xué)，這樣改革的目的是為了實(shí)現(xiàn)該門課程的現(xiàn)代化，使其不局限在傳統(tǒng)意義的原子物理學(xué)課程上。面對(duì)該課程的教學(xué)現(xiàn)狀和其特殊地位，如何結(jié)合近代物理學(xué)的發(fā)展，發(fā)揮該課程的教育功能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，對(duì)原子物理學(xué)課程改革的呼聲越來越高。目前我校也逐步將原有的原子物理學(xué)課程進(jìn)行了現(xiàn)代化改革，做了一些有益的探討和實(shí)踐。

二、整合知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)原子物理學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神

傳統(tǒng)的原子物理學(xué)教科書大多按照歷史發(fā)展的時(shí)間順序，即按照人類認(rèn)識(shí)原子世界的具體過程，從“光譜”這一概念入手組織教學(xué)。這種教學(xué)的特點(diǎn)是以光譜實(shí)驗(yàn)事實(shí)為主線，以玻爾的舊量子論為重點(diǎn)，用半經(jīng)典半量子論的方法講授課程。但是對(duì)于這樣的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排，學(xué)生并不容易掌握，而且讓學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間掌握這些不易理解最終又要被量子論修正的理論，看起來確實(shí)是沒有必要的。因此傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容有些陳舊并且不易理解，也不能及時(shí)反映現(xiàn)代物理理論和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新水平，因此必須用新觀點(diǎn)和新思想重新組織教學(xué)內(nèi)容，以全新的角度構(gòu)建這門課程的知識(shí)體系。在材料物理專業(yè)學(xué)生原子物理學(xué)的教學(xué)中，可直接用量子力學(xué)的理論研究原子結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。原子中電子的運(yùn)動(dòng)都遵循著量子力學(xué)的理論，而傳統(tǒng)教學(xué)中以學(xué)生不好理解的舊量子論為基礎(chǔ)，再用量子力學(xué)修正的做法并不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因此可以直接用量子力學(xué)的理論來研究原子結(jié)構(gòu)及其規(guī)律[1]，而將舊量子論僅僅作為一種鋪墊。實(shí)際教學(xué)中，可以先簡明扼要地介紹舊量子論的核心內(nèi)容，而不必過多講授軌道的概念?？梢詣h除橢圓軌道理論和堿金屬原子的原子實(shí)極化和軌道貫穿等內(nèi)容。這樣就實(shí)現(xiàn)了原子物理學(xué)課程知識(shí)體系現(xiàn)代化的第一步，用最新的量子力學(xué)理論成果講述原子中電子的行為。量子力學(xué)理論是從特有的波函數(shù)、哈密頓算符以及薛定諤方程等形式化的理論，以高度濃縮的數(shù)學(xué)形式借鑒了各學(xué)科的研究成果，從而形成了一套獨(dú)特的理論體系。實(shí)際講授中可以薛定諤方程為主線，由薛定諤方程引入微觀粒子的波函數(shù)，建立二階偏微分方程，從而定量描述微觀粒子客體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。一方面，根據(jù)不同的勢(shì)能表達(dá)，建立各種原子的薛定諤方程并求解，向?qū)W生闡述這些解的物理意義，并與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相對(duì)照，從而加深學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而把握原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。另一方面，要突出德布羅意物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容總是先從經(jīng)典物理學(xué)的角度和觀點(diǎn)看“粒子”和“波”這兩個(gè)概念，指出二者之間的相互排斥性，然后再引出微觀粒子的波粒二象性，并強(qiáng)調(diào)波粒二象性是微觀粒子客體區(qū)別于宏觀客體的一種屬性。這種講法常常會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生困惑，覺得微觀客體很不可思議，超過了他們的認(rèn)知和理解范圍。因此在講授時(shí)可以直接給出對(duì)德布羅意波的正確解釋，闡明微觀粒子的波動(dòng)性并非指粒子和波一樣彌漫到整個(gè)空間，它本質(zhì)上是粒子位置分布的一種概率波。為了更好實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化，還應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中穿插關(guān)于物理學(xué)前沿知識(shí)的專題，介紹近代物理學(xué)中和原子物理相關(guān)的最新發(fā)展和高新技術(shù)。在講授某些概念和原理時(shí)，可適當(dāng)介紹最新應(yīng)用成果和科技前沿。例如在講授原子的能級(jí)和激發(fā)時(shí)，可以詳細(xì)介紹激光產(chǎn)生的原理、特性以及應(yīng)用等；在講到隧道效應(yīng)時(shí)，可以介紹掃描隧道顯微鏡的原理及其發(fā)展；在講授X射線的吸收和透射時(shí)，可以介紹在醫(yī)學(xué)診斷和治療中具有廣泛應(yīng)用的CT技術(shù)。增設(shè)這些前沿內(nèi)容，一方面是為了加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)際的聯(lián)系，使內(nèi)容變得生動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面可以讓學(xué)生體會(huì)到當(dāng)今科學(xué)與技術(shù)、生活的高度融合，開擴(kuò)他們的視野，激發(fā)他們的創(chuàng)新熱情。原子物理學(xué)的發(fā)展伴隨了20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，并且隨著新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、新模型新理論的建立而不斷深入[2]。從歷史上看，原子物理學(xué)的每次重大突破，都經(jīng)歷著非常復(fù)雜曲折的過程，同時(shí)閃耀著物理學(xué)家創(chuàng)新精神的光芒。在課堂教學(xué)中，教師可以結(jié)合現(xiàn)代化的教學(xué)內(nèi)容，抓住典型的歷史案例進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生了解到科學(xué)探究過程的艱辛，體會(huì)創(chuàng)新精神的可貴性，并學(xué)習(xí)科學(xué)家們?yōu)榱颂角罂陀^世界真理不畏艱辛、執(zhí)著追求的科學(xué)品質(zhì)和創(chuàng)新精神。

三、實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的現(xiàn)代化，突出學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

教師教學(xué)的主要任務(wù)是傳授知識(shí)同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生入門，為了更好地突出學(xué)生的主觀能動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師有必要改進(jìn)原有的教學(xué)方法。除了教師講授、學(xué)生聽講的傳統(tǒng)教學(xué)方式外，還必須引入更加現(xiàn)代化的教學(xué)方式進(jìn)行有益的補(bǔ)充[3，4]。在原子物理學(xué)課程的教學(xué)中，近代物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)占有舉足輕重的地位，很多重要的理論和結(jié)論都是由實(shí)驗(yàn)直接引出的。因此要特別重視近代物理實(shí)驗(yàn)，課堂教學(xué)時(shí)可以結(jié)合近代物理實(shí)驗(yàn)，如夫蘭克―赫茲實(shí)驗(yàn)、塞曼效應(yīng)等。在實(shí)驗(yàn)演示中，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)，為他們提供更好的認(rèn)識(shí)微觀世界的途徑。同時(shí)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件允許時(shí)，可以讓學(xué)生先動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，然后針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)規(guī)律，從理論上給予解釋，從而加深學(xué)生對(duì)書本知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。在此過程中，可以給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)重現(xiàn)當(dāng)年物理學(xué)家們探究的過程，讓學(xué)生能夠親身參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。另外可以指導(dǎo)學(xué)生撰寫與課程相關(guān)的小論文，幫助培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生撰寫的小論文，作為平時(shí)成績的一部分，計(jì)入學(xué)生的總評(píng)成績。論文的題目可以圍繞原子物理學(xué)的基本規(guī)律和應(yīng)用，由學(xué)生自己選題、搜索資料并獨(dú)立撰寫。不僅可以激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，拓寬他們的知識(shí)面，還可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新的品質(zhì)。在這種教學(xué)過程中，可以充分體現(xiàn)教師引導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)理念和方法，加強(qiáng)學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中的主觀能動(dòng)性，同時(shí)有意識(shí)地培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

四、實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的現(xiàn)代化，為學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)創(chuàng)造情境條件

原子物理學(xué)課程的內(nèi)容包含的信息量較大，尤其是需要運(yùn)用深?yuàn)W的數(shù)學(xué)公式處理問題，因此計(jì)算量大，而且物理圖像也比較抽象，學(xué)生往往受此困擾對(duì)該課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難情緒。如果學(xué)生有畏難情緒，那么會(huì)缺乏學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，這對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)都是非常不利的。為了解決這一問題，可以利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，編輯圖文、聲音、視頻并茂的多媒體輔助課件，使抽象的物理過程和物理圖像能夠形象化[5]，并且可以通過交互式的教學(xué)方法，增進(jìn)師生之間的互動(dòng)與交流。制作電子教案，采用多媒體手段輔助課堂教學(xué)，可以在教師講授時(shí)創(chuàng)造相關(guān)物理情境，讓學(xué)生可以暢游在物理學(xué)的海洋中，從中汲取有益的信息。例如在講到盧瑟福散射實(shí)驗(yàn)時(shí)可以介紹散射技術(shù)的背景和儀器設(shè)備；介紹隧道掃描顯微鏡，可以用多媒體課件展示最早的排列原子的“IBM”圖片。通過這種直觀的展示，能夠讓學(xué)生在課堂隨時(shí)感受科學(xué)的魅力，增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的興趣，也增強(qiáng)他們對(duì)創(chuàng)新的渴望和動(dòng)力。另外可以建立課程的教學(xué)網(wǎng)站，作為對(duì)課堂教學(xué)的補(bǔ)充，在課堂之外提供給學(xué)生更多和更生動(dòng)的學(xué)習(xí)資源[6]，同時(shí)可以增設(shè)留言板，進(jìn)一步加強(qiáng)師生之間的互動(dòng)和交流。在這些現(xiàn)代化的教學(xué)輔助手段下，學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸更多的知識(shí)，更多地思考與課程相關(guān)的內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)創(chuàng)造客觀條件。

原子物理學(xué)是20世紀(jì)物理學(xué)中最重要的組成部分之一，它的發(fā)展是眾多物理學(xué)家的思想結(jié)晶，其中包含著十分豐富的物理文化內(nèi)涵。任課教師在傳授知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)充分開發(fā)原子物理學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生的教育功能，通過課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段的現(xiàn)代化更好地培養(yǎng)材料物理專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

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