一維無限深勢阱的翻轉課堂教學探討

李愛華

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一維無限深勢阱的翻轉課堂教學探討

李愛華

（湖南科技學院 理學院，湖南 永州 425199）

論文以一維無限深勢阱教學為例，嘗試翻轉課堂專題研究性教學模式，改變高校教師傳統的教學思路，改變量子力學課堂傳統的教學方式，真正調動起學生學習的積極性和主動性，培養學生各方面素質。

一維無限深勢阱；翻轉課堂；量子力學

1　引　言

眾所周知，量子力學是一門既難學又難教的課程，一方 面是概念的抽象與枯燥性，另一方面是需要具備高等數學、數學物理方法、線性代數等課程的數學基礎。采取怎樣的教學模式讓學生既能獲取初等量子力學知識，又能從中激發思維的靈活性與創造性，為日后從事科學研究培養良好的意志品質奠定基礎，成為當前量子力學教學中的一個重要課題。很多學者專家針對量子力學的教學提出過精辟的見解和意見，例如曾謹言教授對于量子力學教學與創新人才培養[1]及一些基本概念問題的研究[2]；關洪教授對量子力學基本原理的教學問題[3]及態疊加原理問題教學的具體研究[4]；陳信義教授對量子物理基礎課件研究以及針對工科大學物理中力學量算符講授方法的研究等[5]。遵循以人為本的現代教學觀念，結合教學心得和學生基礎，在物理班嘗試開展翻轉課堂專題研究性教學，為學生提供充分表達、質疑、研究和討論的機會，盡可能做到讓學生在“探究”中合作、學習，在“主動”中發展、創新。

量子力學教材涉及的教學內容中蘊涵著許多值得探討的問題，教師在認真鉆研教材過程中，需要悟出教材編寫體系的思路，熟知物理學科科學思維的方法，以及量子力學問題研究的基本模式，從而尋找并挖掘出有利于學生深入學習，有利于充分發揮教師的主導作用的研究專題。文章以一維無限深勢阱為研究對象，對其基本原理及其應用實施翻轉課堂教學。

2　翻轉課堂課前準備

2.1教師活動

第一，明確一維無限深勢阱的教學目標，即要求學生掌握一維無限勢阱的勢函數特征，掌握勢阱內外的薛定諤方程特征，掌握勢阱內外的能量和波函數特征（尤其基態），掌握勢阱寬度與歸一化系數的關系特征，掌握宇稱及節點特征。第二，制作教學視頻，視頻時間控制在15分鐘以內，在錄制教學視頻過程中應考慮學生的想法，以適應不同學生的學習方法和習慣。教學視頻里布置針對性練習題留給學生思考，如：一維無限深勢阱有什么特點？粒子所遵循的定態薛定諤方程及其本征波函數、本征能量如何？本征波函數和本征能量有什么特性？

2.2學生活動

第一，觀看教學視頻，根據自己的實際學習情況對教師講授的內容做適時的停頓，記下自己不懂的地方或者自己感興趣、想要進一步了解的問題。第二，做適量練習，獨立或與其他同學討論共同完成教學視頻中教師布置的針對性課堂練習。

3　翻轉課堂課中的成果交流

學生在觀看教學視頻的過程中，由于本身的知識結構、看問題的角度不一樣，教師要在剛開始時給予學生一定的指導，幫助學生完成任務，待學生有一定的獨立解決問題能力的時候，教師要“放手”，逐漸讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系。讓學生通過報告會或者小型的比賽等形式交流學習心得體會，教師應以平等的身份參與討論，鼓勵每個學生都發表自己的意見，引導各小組集思廣益，確保每位成員形成對一維無限深勢阱的基本認識。

3.1勢阱寬度或者坐標原點位置變化

3.2勢阱維數改變

3.3勢阱中存在微擾

3.4勢阱中為全同粒子

詳細討論后，可進一步引導學生分析粒子的自旋為其它值、粒子為非全同粒子、多個粒子等體系的問題，這樣不僅使學生在研究過程中掌握到許多新知識，而且能將所學知識達到融會貫通。

4　翻轉課堂課后的專題評價

評價、反饋是專題研究的重要組成部分，是實現教學目標的有效保證。專題的評價不一定要以考試形式來完成，可以通過學生對學習過程的參與、學生發表觀點的深度、廣度和特色等來綜合評價學生對知識的掌握和能力的提高，重在評價學生的表現和發展上。對于一維無限深勢阱理論方面的專題，研究的過程主要是理論推導，通過各小組間的交流與探討，不僅完成了預期的學習任務，對于學生之間的合作精神及交流意識都是大有裨益的，它克服了傳統教學過程中只注重教師的講解而不注重學生參與的弊端。

[1]曾謹言.量子力學教學與創新人才培養[J].物理,2000,(7):436-438.

[2]曾謹言.教學研究:介紹量子力學幾個基本概念——兼答《關于量子幾何相位的評注》中的幾個主要問題[J].大學物理,2002,(7):23-28.

[3]關洪.談談量子力學基本原理的教學方法[J].大學物理,1994,(11):37-39.

[4]關洪.關于量子力學中態疊加原理的討論[J].大學物理,2007,(1):7-9.

[5]陳信義.工科物理如何講力學量算符[J].物理與工程,2003,(5):43-44.

（責任編校：宮彥軍）

2016－04－03

2013年湖南科技學院優質課程《量子力學》建設項目；2015年湖南科技學院教改項目(項目編號XKYJ2015021)；2015年湖南省普通高校信息化教學應用資源資助項目（湘科研通[2015]36號N0.44）。

李愛華（1981－），女，湖南永州人，講師，碩士研究生，研究方向為大學物理教學和低維凝聚態物理。

O413.1

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1673-2219（2016）10-0012-02