關于量子力學的課程改革和建議

丁林杰

（重慶三峽學院，重慶 404100）

1 引言

量子力學（Quantum Mechanics），是物理學理論，是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支，主要研究原子、分子、凝聚態物質，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論。作為物理學專業的專業理論課，量子力學在理論物理，應用物理中占據極其重要的地位，許多現代科學研究，如材料、電學、工程物理、通訊、化學、生物等都以量子力學為基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之一，而且是20世紀最偉大的發現之一。本課程將使學生帶以全新的觀念去了解物質世界，掌握量子理論的基本概念及原理。量子力學從概念到解決問題的方法與經典物理有著根本性的不同，中學階段很少見到甚至沒見到過。

2 量子力學課程的教學現狀

本校物理學（師范類）專業開設的本課程為54學時。通過這十幾年的教學經驗和教學觀察，了解到學生們在學習量子力學遇到的問題[1]。

學生在學習過程中普遍反映該課程抽象、深奧、難理解、枯燥、抓不住重點等，且缺少激發學生學習興趣和想象力的知識點，學習起來困難，效果不佳。

1）量子力學本身是一門非常抽象的課程，主要體現在它的基礎概念與經典物理相距甚遠，學生需要重新掌握。它要求學生具有微觀的思維角度，而目前大部分學生仍以宏觀思維思考，長此以往將造成課程理解困難，學生學習興趣不高。

2）量子力學需要扎實的高等數學基礎和邏輯思維，課堂大部分時間在于公式的數學推導。由于涉及數學知識較多，計算較難，大部分學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生能夠注重。

3）由于量子力學是較難的課程，因此需要更多的學時來開展，而本院校分配的課時只有54學時，(一般為72學時，研究生的專業基礎課中教學課時最多)，嚴重分配不均，很多知識點講不完，這就要求教師能根據課程的側重點來合理安排教學內容。

4）通過這幾年的教學調查，每年都會有個別學生學習思想不端正，常常曠課，逃課，甚至厭學，認為自己不是學習的料，來聽課也僅僅是害怕老師點名。

5）而且隨著學科知識飛速發展，知識更新周期縮短，如何在有限的課時情況下，使學生在掌握扎實的基礎知識的同時，跟上時代的步伐，了解科學的前沿，以便適應新世紀人才培養的需求，是我們教育者的巨大挑戰。

6）部分教師采取教師講授、學生聽的單一被動的教學模式，這種填鴨式，灌溉式方法使得學生在教學活動中處于被動地位，難以很好的汲取知識。教師過分地強調講清楚和講透徹，這種方法的弊病是完全由教師主宰課堂造成的，從根本上忽視了學生作為認知主體的作用，不利于有效的培養創新型人才。同時教學手段也仍然是單純的黑板教學，這種教學方法的落后和手段的單一在一定程度上影響學生的創新能力和專業能力。

3 對該課程實施的一些改進措施

1）課堂教學結合量子力學的發展史。在講授本課程的緒論中，普朗克提出光的粒子性假設；愛因斯坦是第一個完全肯定光具有波粒二象性；康普頓是第一個根據普朗克和愛因斯坦的理論，從實驗中證實光具有粒子性；玻爾理論的缺陷是由于把微觀粒子看做經典力學中的質子，從而把經典力學的規律用在微觀粒子上；德布羅意結合愛因斯坦的理論提出微觀粒子也具有波粒二象性等等，來激發學生們的學習興趣，學生才能建立起量子力學與現實的聯系，這樣能逐漸消除學生對量子力學的恐懼感[2]。

2）在授課中，教師應提倡數學運算簡化，強化物理化思想，培養學生分析、解決問題的方法，例如在講解電子在庫侖場的運動一節中，首先應該讓學生明確對電子運動描述的物理量是波函數，由此則需要建立相應的薛定諤方程。通過求解薛定諤方程來得到描述粒子狀態的函數。因為該方程求解過于復雜，所以有必要簡化數學運算。

2）注重啟發式教育，引導學生以主人翁的身份進入量子力學的世界，而不僅僅只是學習的接納者。比如在講授完粒子具有波粒二象性后，就可以提問：“如果電子和粒子也是波的話，同學們能否給出它們的波函數。”經過多年教學經驗所得，證明這對調動學生們的積極性大有幫助并且能有效改善課堂氣氛[3]。

3）適當結合現代化多媒體教學。對于一些復雜，難懂，抽象的知識，能夠通過現代化教學設備能生動，形象的展示給學生。在量子力學課程中涉及的實驗并不多，主要有康普頓散射實驗、電子衍射實驗、施特恩--格拉赫實驗等。通過運用多媒體技術可以采用圖形、圖像等多媒體形式，模擬實驗全過程。借助有關的教學軟件，通過對真實情景的模擬還原便于學生理解，掌握，記憶，能有效提高課堂教學質量。學生也更容易接納、學習，能提高學生的學習動機，激發求知欲望。多種教學手段的應用也有助于學生對知識的掌握，例如合理使用多媒體、板書、視頻、學習小組討論等，并以習題輔導等。

4）積極發揮課程考核方式，結合課程改革推進。采取考核多樣化，加大平時成績比重，杜絕期末考試定成績的局面。可將課前預習報告，課后作業，課堂論文納入平時成績。課前預習報告占20%，課后作業占20%，課堂論文占20%，期末成績占40%。

5）在課程的教學課程中，除了教授學生們基礎知識和應用基礎知識，還應該介紹量子力學最新前沿的發展動態，將國內外優秀的一些量子力學研究理論融入課堂，鼓勵學生查閱優秀物理網站和科研文章，使學生了解最新的量子力學領域的發展動態，擴展學生的眼界。

6）在教學方法上，教師應該根據學生的知識基礎與課程教學內容的特點，改變傳統的灌輸式、填鴨式，結合課程改革實行現代的啟發式、研究式、滲透式、討論式等多種教學方法，將統一教學與個性輔導相結合，留下部分較簡單的章節學生自習，便于發揮學生自主學習能力。

4 總結

要上好這門課程，首先教師應擁有扎實的量子力學知識，熟悉本課程的教學目的，掌握課程大綱，通過了解學生的實際情況，適量運用現代化教學工具和新式教育方法來幫助學生了解并掌握知識。教師必須堅持以學生為主體，為學生為本，不斷科研，不斷思考，不斷完善自身知識儲量來進行量子力學教學探討、研究教學改革思路、途徑和方法等，進一步提高量子力學教學質量。

教學改革是搞好大學教育的動力.在教學中，作者雖然進行了一些有益的改革嘗試，取得了一些成果，但仍有一些問題有待解決，例如量子力學課程教學應如何與學生畢業后的工作聯系起來，如何為學生今后走向企業的道路提供服務。