基于應用型課程原子物理學的教學改革與實踐思考

【摘要】基于大學物理中應用型課程原子物理學的教學及實際應用，針對該課程教學中出現的問題，提出該課程教學改革與實踐的幾點建議和思考，通過利用交互式網絡、現代化教學手段和實驗創新理念，發展學生獨立學習和思考的能力，協作實驗的能力，提出原子物理課程與綜合性、開放性、創新性實驗相結合，樹立研究型教學思想，培養本科生的學習能力和創新水平，體現先進的課程理念。

【關鍵詞】應用型課程 原子物理學 教學改革 研究型教學

【中圖分類號】G643 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0164-02

1.引言

原子物理學是物理學專業的一門應用型很強的基礎課，它是物理學發展史上承上啟下的一門學科，成為經典物理和量子力學知識的橋梁和紐帶，原子物理在物理學發展中起到非常重要的作用[1-3]，從宏觀到微觀尺度的過渡，原子物理學所涉及的知識、理論和實驗，是學習理論物理和從事材料科學、化學、 生命科學、 能源科學、量子物理、 信息科學、 光學、 激光技術、環境科學以及空間科學研究的基礎[4-6]。在內容體系上，原子物理學在普通物理知識的基礎上，給出了原子尺度范圍的粒子的量子特性及粒子運動和變化的基本規律，研究和討論物質結構在原子、電子、原子核及基本粒子等層次的性質、結構、特點和運動規律[6-8]，很多基本理論及實驗仍然是材料科學、化學、生命科學等一些高技術應用領域的基礎。所以，針對社會的實際需求，相應的在課堂教學與實驗中，需要對課程內容、教學手段、教學方法、實驗技能等方面進行改革和創新，以適應當代大學生綜合素質的培養和社會發展的實際需要。

自我院成立至今，原子物理學這門課程一直是物理學專業學生的必修課。為了進一步改善原子物理學課程的教學效果，2000年先后分幾次組織物理系的老師重新編寫了課堂教學綱要和實驗教學大綱，并設置了如原子核物理、物理學史、近物實驗研究等選修課，以輔助對原子物理課程的教學改革。在2010-2015年，學校和學院對人才培養方案和課程設置進行了四次修訂，這也加大了我院課程教學改革的力度，原子物理學的教學及實驗改革也多次在教研室活動中開展討論。結合學校的質量工程項目和人才培養方案，原子物理學的課程改革勢在必行。

2.現存主要問題

隨著高新科技的發展和前沿相關知識的應用，許多舊理論和知識沒有得到更新，相應的實驗設備、實驗技術也停留在很多年前，部分課程的內容顯得很無新意。目前學院一直使用的原子物理學教材是禇圣麟先生編寫，由于編寫時間較早，在與時俱進、科技同步發展的內容上缺少對前沿領域新知識、新技術、新實驗、新功能、新應用的介紹和更新[9-10]，導致原子物理的教學內容與現代物理、現代科技的迅猛發展實際相脫離，這就要求我們對原子物理的教學綱要及教學內容進行重新審定，同時改善現有的教學方法和教學手段。如何把原子物理里的量子理論及實驗和現代高科技技術應用恰當的結合，讓學生容易接受，便于吸收消化，并能用于創新實驗和實踐，成了原子物理學課程教學改革的一個急需解決的問題。

3.課程教學改革與實踐的具體實施

本著加強基礎知識，結合前沿領域，促進實驗與實踐創新，提出關于原子物理課程教學改革與實踐的一些辦法。

3.1對教學綱要的完善和修訂

針對當下該門學科的實際應用，根據我校的培養方案，對原子物理學的教學綱要進行調整，修訂教學綱要及實驗課程大綱，加強科學前沿和高新技術知識、新成果知識的引進，對舊量子論及近代物理理論進行精簡和整合，如教學內容上增加納米功能材料、新粒子的探索、電子自旋共振、隧道掃描顯微鏡技術，激光技術，X射線造影技術，核磁共振原理，核技術發展、太陽能應用，同步介紹近些年諾貝爾物理學獎獲得者的學術成就等，最新的科技發展始終貫穿到整個教學環節，可引入教師的相關科研項目，組織本科生參與項目課題，提高教學的應用效果。其次，對近代物理實驗設置進行整合，除了經典實驗外，應另外開放一些研究生科研平臺，讓本科生參與到學習本學科領域最新科技成果和研究方向，對促進學生的獨立研究、創新意識、實踐能力起到積極的作用。

3.2對教學內容的改革

根據修訂后的教學綱要，對原子物理學教學內容進行改革，以傳統知識和現代科技交叉作為契合點，把前沿知識滲透進去，增加現代科技內容。新增加：原子物理學的最新成就；原子物理學在新科技中的應用；原子物理學創新實驗等。在光譜的實驗規律、 弗蘭克-赫茲實驗、史特恩-蓋拉赫實驗、黑體輻射實驗、康普頓效應等的基礎上，將原子的能級、光譜、電子自旋等理論融入課題研究，參與碩士生導師相關項目，來加深知識點的理解和應用，這能夠使學生的知識體系更加完善和全面，使學生方便地接觸到科技前沿，激發學習興趣，培養學生的學習能力和科學研究能力。

3.3在教學方法和手段上改革

在教學中，樹立以學生為中心的現代教育理念，通過研究型教學思路，培養綜合素質高的大學生，來滿足學生個人發展及社會需要。在教學方法上，須改掉教師滿堂灌的注入式知識教育方式，采用精講式、啟發式、討論式、研究式、探索式等多種互動教學方式；在教學手段上利用現代化的網絡技術和多媒體輔助教學，同時把知識點、實驗創新及老師的相關課題和項目結合起來，以多種形式開展互動交流，激發學生的學習興趣。

3.4把教學改革與本科生論文及科技創新項目有機結合

為了激發學生的學習興趣，把原子物理學的教學與學生的畢業論文、學生的科技創新項目、本科生導師、碩士生導師的課題和專利申請等有機結合，提高知識成果的轉化率。幾屆學生的畢業論文，如題目太陽能及利用、核電及其應用、塞曼效應及應用、電子自旋對原子光譜的影響、稀土原子能級躍遷和光譜等，都是以原子物理知識為基礎，學生在學習理論、開展實驗、申請創新項目及和導師做課題的同時，有效掌握和應用了原子物理學的知識點，為他們今后的工作打開了思路，為今后的繼續深造奠定了基礎。

3.5把原子物理學課程和創新實驗相結合

原子物理學課程和近代物理實驗通常開課是同一學期，以前由于受到設備的限制，大部分實驗是由實驗老師操作指導為主，學生觀察操作為輔完成，實驗結束后，大部分學生對原子物理學中相應的知識點還是很模糊，物理規律理解不透徹，相應的科技應用知識也無從知曉，理論和實驗知識的一知半解導致教學效果很不好。所以，相關的實驗也必須進行改革，除了能驗證原子物理學里的一些理論和實驗規律外，應定期開放綜合實驗室和相關重點實驗室，對實行導師制的學生，方便他們積極開展創新性實驗，如我院本科生參與國家和自治區課題組，參與稀土功能材料的制備和發光的研究，這對他們理解原子能級、電子躍遷、晶格結構、激發光譜、發射光譜、紅外光譜、吸收光譜等概念非常有幫助，且實驗操作水平和動手能力都得到了大大的提高，實現了原子物理學的理論教學和實驗應用的同步化，既深化了學生對原子物理理論知識點的理解，又提高了他們的實驗創新能力和科研思維，課程教學效果的改善很明顯。

4.結論

本文對原子物理課程的教學內容、教學手段、教學方法、教學實驗改革提出了幾點想法，通過該課程的教學和實踐改革，能培養學生的實踐能力、創新能力和科學研究的綜合素質。利用現代化教學手段、開放實驗室、參與實驗創新理念和課題項目，發展學生獨立學習和思考、協作實驗的綜合能力，樹立以課題創新實驗研究帶動課程教學的思想，培養學生的創新能力和實踐能力。

參考文獻：

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作者簡介：

王林香（1979-），女，博士，副教授。