趙新麗 張金波

(揚州大學物理科學與技術(shù)學院 江蘇 揚州 225002)

在農(nóng)林專業(yè)開設(shè)大學物理課的作用，不僅在于為學生后續(xù)課程較系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，更重要的是讓學生學會科學的思維方法和研究問題的方法，這對開闊學生的思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神、增強適應(yīng)能力、提高科學素質(zhì)都將起到非常重要的作用[1]. 量子力學是20世紀物理學的主要進展之一[2]，對現(xiàn)代物理學和人類物質(zhì)文明有著非常深遠的影響[3].因此，這一章內(nèi)容的講授也是農(nóng)林專業(yè)物理教學的一個極為重要的組成部分．筆者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，學生普遍反映量子力學難，太抽象，聽不懂，而且對于農(nóng)林類專業(yè)，物理課時少，學生更是不知道量子力學是研究什么的學科.近年來，結(jié)合農(nóng)林專業(yè)教學實際，我們對該課程教學方法進行了探索性嘗試,收到了很好的教學效果，現(xiàn)總結(jié)如下.

1 講述理論背后故事 激發(fā)求知欲望 感染教育學生

筆者在講課前先放映了一段紀錄片“愛因斯坦未竟之篇章”，該片記錄了愛因斯坦深信宇宙的本質(zhì)是美麗而簡單的，一定有一個統(tǒng)一理論能闡釋宇宙間所有的物理現(xiàn)象，在這份信念的支撐下，即使晚年臥病在床，他依舊孜孜不倦地推演計算著.遺憾的是，盡管愛因斯坦耗盡了后半生，但依舊沒有找到這樣的理論.正當愛因斯坦在尋找統(tǒng)一理論的道路上屢屢受挫的時候，一群年輕的科學家奪走了愛因斯坦的光芒，引領(lǐng)了物理的主流.他們創(chuàng)立了一個描述微觀世界的物理理論——量子力學，這個理論讓我們知道，微觀世界與我們?nèi)庋劭吹降暮暧^世界完全不同，它如此的神奇魔幻，超越了當時所有科幻作者的想像力.

這段量子理論背后的故事放映完畢之后，同學們七嘴八舌，有的談?wù)撝鴲垡蛩固怪畟ゴ螅械捏@嘆物理界天才之可敬，還有的談?wù)撝孔永碚撝衿?，極大地活躍了課堂氣氛.這段故事不僅激發(fā)了學生學習量子理論中創(chuàng)新思想、創(chuàng)新方法的興趣、熱情、求知的欲望，而且科學家對科學的不懈追求的精神以及他們的光輝業(yè)績也深深地感染和教育著學生，幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀.

2 使用類比方法引導學生探索

運用類比思維可以把陌生的對象和熟悉的對象進行比較，從而激發(fā)學生探索的意向，引導學生進行探索，使學習成為學生自覺積極的活動，發(fā)展學生的思維能力[4]．正如前蘇聯(lián)學者瓦赫羅夫所說：“類比像閃電一樣，可以照亮學生所學學科的黑暗角落”.課堂上我們先簡單介紹愛因斯坦的光的波粒二象性，然后告訴大家德布羅意受到愛因斯坦光的波粒二象性的啟發(fā)后，提出一個大膽假設(shè)：運動著的實物粒子也具有波粒二象性.因為光的波粒二象性已被同學們所熟知，在這基礎(chǔ)上實物粒子波粒二象性的提出較易被學生掌握.然后對大家提出這樣的問題：如果微觀粒子具有波動性，怎么來驗證呢？通過上面的類比，同學很容易想到：通過光的單縫(雙縫)衍射(干涉)和X射線在晶體上的衍射這兩個例子證明了光的波動性，那么要驗證微觀粒子的波動性，以電子為例，可以讓電子通過雙縫或晶體來驗證其波動性.微觀粒子的波動性被驗證之后，人們又提出問題：這種“物質(zhì)波”是一種什么性質(zhì)的波函數(shù)呢？同樣，同學們能不能通過類比受到啟發(fā)給出答案呢？為了理解“物質(zhì)波”概念，而把電子波類比為光波，從描述光波E的疊加性和光的強度正比于光振動振幅的平方來理解電子波函數(shù)的迭加原理和統(tǒng)計意義．這樣以光波的引入，類比展開說明微觀粒子的性質(zhì).當然這種方法只能起到使學生初步理解概念的輔助作用，畢竟物質(zhì)波和光波的物理實質(zhì)還是不太一樣的．

實踐證明，在啟發(fā)的基礎(chǔ)上恰當?shù)剡\用類比，增強了學生的學習興趣, 加強了師生間的互動，使得學生對知識容易理解和接受。不僅如此，更重要的一點是學生同時還學會了一種物理的思維方法和接受、理解知識的一種方式.

3 強調(diào)量子力學與經(jīng)典力學的不同

對經(jīng)典理論學生已經(jīng)很熟悉，而量子力學從研究規(guī)律到描述方式和經(jīng)典物理完全不同，所以初學者不易接受。在教學中將二者進行比較, 找出差異,效果很好。例如，經(jīng)典力學質(zhì)點狀態(tài)用質(zhì)點的坐標和速度描寫，量子力學微觀粒子狀態(tài)用波函數(shù)描寫；經(jīng)典力學用牛頓第二定律描述狀態(tài)變化，量子力學用薛定諤方程描述狀態(tài)的變化.另外對于量子力學中波粒二象性概念、統(tǒng)計原理等都與經(jīng)典力學中的相關(guān)概念區(qū)分開，闡明清楚其真正內(nèi)涵.

總之，面對課時短、數(shù)學和物理基礎(chǔ)比較薄弱的農(nóng)林專業(yè)學生的物理教學，不可能面面俱到，只能是“蜻蜓點水”，但我們更重要的任務(wù)是讓學生學會科學的思維方法和研究問題的方法.

參考文獻

1 林智群.將物理學史引入農(nóng)科類專業(yè)物理課程教學的思考與嘗試.西南農(nóng)業(yè)大學學報，2010，8(5)：243～245

2 曾謹言.量子力學:卷Ⅰ(第2版).北京:科學出版社,1997.35～278

3 潘桂俠.淺談如何學好量子力學.科技信息，2010(17)：645

4 曹錦.巧用“類比”方法，提高初中科學教學質(zhì)量. 新校園(理論版)，2011(5):89～91