張玉廣 王庭太 劉生滿 葛向紅 張 明 李 林

（中原工學院 河南 鄭州 450007）

原子物理學是物理專業(yè)學生必修的一門基礎課，是在二十世紀初開始形成的一門學科,主要研究物質結構的一個層次,它介于分子和原子核之間,主要研究物質結構中線度為10-10米的層次。在課程內容的描述上,原子物理學采用普通物理的描述風格,講述原子的基本概念和物理圖象以及支配原子內部物質運動和變化的基本相互作用,并在此基礎上討論原子核以及基本粒子等層次的性質、特點和規(guī)律。它是在經(jīng)典物理與近代物理之間起著橋梁紐帶作用的不可缺少的課程，它既是普通物理的一部分，也是學習近代物理的開始，是進一步學習理論物理和從事材料、信息、光學、化學等相關學科研究的基礎，很多其他重要的基礎學科的發(fā)展也都離不開原子物理學的知識。并且隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是激光技術、納米技術等的研究也需要原子物理學的相關知識，因此學習原子物理學有著十分重要的理論意義和實踐意義，該課程教學質量的好壞不僅關系著后續(xù)的物理課程能否學好，而且對學生從事相關工作也很重要。隨著科技的發(fā)展和對大學生素質教育的日益重視，為更好的適應新形勢，各門課程都在進行教學改革，原子物理學的改革也在不斷推進，針對原子物理學的教學及改革，筆者結合多年來的親身實踐，談幾點看法。

1 以實驗為主線，掌握原子物理學的內容體系

縱觀原子物理的發(fā)展史，可以清楚的看到，人類對原子認識的每一次進步都是與一些重要實驗相聯(lián)系的。而且，隨著實驗現(xiàn)象的逐漸深入，人類對原子的認識也越來越清晰。例如，盧瑟福的散射實驗結果，無法用當時的西瓜原子模型來解釋，于是盧瑟福大膽的提出了核式結構模型。再比如，由于反常塞曼效應及原子光譜精細結構等實驗無法用已有理論解釋，從而迫使人們考慮當時對原子的描述是不完全的，這樣在1925年烏侖貝克和古茲米特提出了電子自旋的假設。在原子物理學中，這樣的事例在原子物理學中還有不少?？梢哉f，幾乎在原子物理學的每一章中，都有一兩個典型的實驗，而正是這些實驗，推動著原子物理學的發(fā)展，引導著學生逐漸深入原子的內部，對原子結構和性質的認識越來越清楚。因此，實驗在原子物理學中具有特殊重要的作用，掌握了關鍵的幾個實驗，對原子物理學的認識基本上也就清楚了。

2 通過對原子物理學的學習，為量子力學的學習做好思想準備

量子力學的發(fā)展成熟與人們對微觀物理世界的認識相伴隨。在量子力學中，一般用很少的篇幅來探討在微觀世界中經(jīng)典物理的失效和無力，而在原子物理學中，雖然對很多實驗的解釋依然是用經(jīng)典的理論加上一些硬性的條件來解釋，有時甚至是不加解釋的給出一些結論，但是正是通過對這些實驗的這樣勉強的解釋，使同學們認識到經(jīng)典物理的勉為其難和新的量子理論的必要性。而且在原子物理學中，對微觀粒子波粒二象性、波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋及薛定諤方程的引入等，都做了非常詳盡的探討，從而使同學們從內心深處能夠接受量子力學，并希望早點開始學習量子力學。因此，通過原子物理學的學習，為后續(xù)課程做了充分的思想準備，使同學們從經(jīng)典物理的思維方式逐漸轉向量子物理的思維，為同學們從事更深入的物理學習和研究提供條件。

3 通過原子物理學的學習，提高學生的科學精神和創(chuàng)新精神

科學精神是人們在長期的科學實踐活動中形成的共同信念、價值標準和行為規(guī)范的總稱。科學精神就是指由科學性質所決定并貫穿于科學活動之中的基本的精神狀態(tài)和思維方式，是體現(xiàn)在科學知識中的思想或理念?？茖W精神就是堅持以科學的態(tài)度看待問題、評價問題而不借用非科學或者偽科學的手段。創(chuàng)新精神是指要具有能夠綜合運用已有的知識、信息、技能和方法，提出新方法、新觀點的思維能力和進行發(fā)明創(chuàng)造、改革、革新的意志、信心、勇氣和智慧。創(chuàng)新精神是科學精神的精髓。創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。培養(yǎng)學生的科學精神和創(chuàng)新精神是素質教育的重大課題。在原子物理學的學習過程中，學生會不斷地接觸到在經(jīng)典物理中無法解釋的新實驗、新現(xiàn)象，而對這些新實驗新現(xiàn)象的解釋，是需要科學精神和創(chuàng)新精神的。例如在盧瑟福的核式結構模型遭遇到經(jīng)典物理解釋的困難時，玻爾沒有懷疑核式結構，而是在相關實驗現(xiàn)象的支持下，對經(jīng)典物理在原子結構層次上的適用性提出了改進，玻爾大膽地提出了經(jīng)典軌道加定態(tài)條件，頻率條件和角動量量子化，即認為氫原子中的電子繞原子核作圓周運動 （經(jīng)典軌道）時只能處于一些分立的軌道上，它只能在這些軌道上繞核轉動，且不產(chǎn)生電磁輻射，這就是玻爾定態(tài)條件；當電子從一個定態(tài)軌道躍遷到另一個定態(tài)軌道時，會以電磁波的形式放出（或吸收）能量；處于定態(tài)軌道上運動的電子的角動量是量子化的。

在經(jīng)典物理思想依然深深根植在人們的頭腦中，而量子概念還是一個全新的事物時，提出氫原子的量子理論是何等的大膽和具有創(chuàng)新性，但玻爾在大膽假設、小心求證后還是提出來了，并且很快就獲得了諾貝爾物理學獎，這是對玻爾的最大肯定，也是玻爾的科學精神和創(chuàng)新精神的完美體現(xiàn)。當然，原子物理學中，這樣的創(chuàng)新例子還有很多，通過學習，讓學生們切身體會到在科學上，山窮水盡之時，創(chuàng)新精神對于科學的發(fā)展的重要性，起到柳暗花明又一村的重要推動作用。因此，可以說，創(chuàng)新是科學研究的靈魂。而原子物理學正是很難得的對學生進行創(chuàng)新教育的課程。

4 實事求是，不迷信權威的獨立人格的培養(yǎng)

科學不迷信權威，這句話很多學生都聽過，而對這句話的深刻理解，在原子物理學習中才能深刻體會。例如，1897年湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并在次年提出了原子的西瓜模型，該模型能夠解釋當時的元素周期性，以及簡單的原子光譜等實驗，可以說湯姆孫是原子物理研究的權威。但是，當作為學生的盧瑟福在實驗上發(fā)現(xiàn)了盧瑟福散射實驗中，大角散射的比率遠遠大于按照湯姆孫原子模型計算的結果時，盡管盧瑟福感到很驚奇，他甚至說：“就像一枚15英寸的炮彈打在一張紙上又被反彈回來一樣”但是，盧瑟福充分尊重實驗事實，經(jīng)過嚴謹?shù)睦碚撏评碇?，還是于1911年提出了核式結構模型。從而，使人類對原子結構的認識大大深入了一步。同樣，盧瑟福的原子模型也不是一個終極的理論，它從提出之時就面臨著嚴重困難，因為它無法解釋原子的穩(wěn)定性，同一性和再生性，正是對這些困難的努力解釋，才使得玻爾提出了氫原子理論，使人類對原子結構的認識又前進了一步?？梢哉f，在原子物理的發(fā)展中，無時無刻不充滿著對已有思想觀念的顛覆和新思想的建立，這些都需要科學懷疑和批判精神，這也說明科學沒有絕對的權威，科學懷疑精神和獨立思考是科學進步的動力。這種敢于在實驗結果面前不受傳統(tǒng)的科學觀念和理論的束縛，大膽地對現(xiàn)有理論進行質疑的精神正是我們國家的素質教育苦苦追尋的學生所應具有的素質，也是我們創(chuàng)建創(chuàng)新型國家所最缺乏的人才的能力，這也是在原子物理學的學習過程中能夠給學生帶來的巨大收獲。

5 小結

原子物理學是物理專業(yè)的本科生從經(jīng)典物理邁入近代物理殿堂的非常重要的課程，該課程的學習為后續(xù)相關課程打好基礎，并且為學生從事相關方面的工作提供必要的知識，同時該課程還對學生多方面素質的培養(yǎng)起到重要作用，本文是作者在長期的原子物理學教學實踐中總結的一部分，也是原子物理學教學中所應該強調和努力做到的，當然原子物理學能夠給學生帶來的益處遠遠不止這些。同時，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對原子物理學的教學內容和教學體系進行改革的呼聲也有不少，不過不管怎么樣，原子物理學能夠帶給學生的好的方面都應該得到堅持和發(fā)揚，為我們國家的人才培養(yǎng)和學生素質的全面提高服務。

［1］楊福家.原子物理學[M].4版.高等教育出版社,2010,3.

［2］褚圣麟.原子物理學[M].高等教育出版社,2005,1.