宋 偉

（合肥師范學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，安徽 合肥230601）

1 引言

量子力學(xué)是近代物理兩大支柱之一，是物理學(xué)（師范）專業(yè)最重要的專業(yè)核心課，是學(xué)習(xí)凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、激光物理與技術(shù)、生物物理、理論化學(xué)等各門近代學(xué)科的重要基礎(chǔ)。特別是近二十年來，量子力學(xué)除了更深入地應(yīng)用于物理學(xué)諸多分支以外，還迅速應(yīng)用到化學(xué)、生物、材料科學(xué)和信息計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)量子力學(xué)自身也得到極大的豐富和發(fā)展［1］。量子力學(xué)的迅速發(fā)展以及相關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，也使得量子力學(xué)的課程教學(xué)面臨新的挑戰(zhàn)，因?yàn)槠浣虒W(xué)效果直接關(guān)系到學(xué)生能否建立起現(xiàn)代物理學(xué)的基本素養(yǎng)并為進(jìn)一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。關(guān)于傳統(tǒng)研究型高校如何進(jìn)行量子力學(xué)課程教學(xué)，目前已經(jīng)進(jìn)行了大量的教學(xué)研究［2－7］。然而關(guān)于在師范型高校如何結(jié)合自身辦學(xué)定位開展量子力學(xué)教學(xué)的研究仍然不多［8，9］。本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)了一些在師范型高校講授量子力學(xué)課程的教學(xué)方法和體會(huì)。

2 教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 教學(xué)方法單一

傳統(tǒng)量子力學(xué)教學(xué)方式以教師為主，教師向?qū)W生進(jìn)行單向的知識(shí)傳授，學(xué)生只能被動(dòng)的接受知識(shí)，造成學(xué)生盲從教師、盲從書本知識(shí)，缺乏獨(dú)立思考和質(zhì)疑的精神，有些學(xué)生對(duì)于課本知識(shí)的掌握十分死板，不敢越雷池半步，從不懷疑課本知識(shí)的準(zhǔn)確性，在學(xué)習(xí)過程中不能發(fā)揮主觀能動(dòng)性。教師在教學(xué)的過程中也缺乏對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的反饋，缺乏對(duì)學(xué)生需求和思維水平的了解，這導(dǎo)致教師在教學(xué)中僅從自身的角度進(jìn)行滿堂灌式的教學(xué)。

2.2 學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

量子力學(xué)是物理學(xué)（師范）專業(yè)本科階段最困難的一門課程。其困難性主要表現(xiàn)在一是量子力學(xué)觀念新穎，它研究的對(duì)象是看不見摸不著的微觀世界，而蘊(yùn)藏其中的物理規(guī)律與日常生活中學(xué)生所積累起來的生活經(jīng)驗(yàn)差異巨大，對(duì)于初學(xué)者來說要從經(jīng)典物理學(xué)的囚籠中掙脫出來過渡到量子力學(xué)的思維并不容易；其二是量子力學(xué)理論性強(qiáng)且高度抽象，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，特別是對(duì)于以前數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)較差的同學(xué)來說造成很大困難。另一方面，量子力學(xué)教材普遍在關(guān)于量子力學(xué)的應(yīng)用性方面敘述不足，導(dǎo)致許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)量子力學(xué)的重要性缺乏認(rèn)識(shí)，認(rèn)為量子力學(xué)知識(shí)與日常生活相距甚遠(yuǎn)，特別是對(duì)于物理（師范）專業(yè)的一些不準(zhǔn)備繼續(xù)深造的學(xué)生對(duì)于量子力學(xué)與中學(xué)物理教育關(guān)系的重要性缺乏認(rèn)識(shí)。因此在教學(xué)的過程中，許多學(xué)生開始還抱著很大的興趣，隨著學(xué)習(xí)難度的逐漸加大漸漸失去了學(xué)習(xí)的動(dòng)力甚至部分同學(xué)出現(xiàn)放棄的現(xiàn)象。

3 教學(xué)對(duì)策

針對(duì)以上論述的量子力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀，本文結(jié)合自身在師范型高校教學(xué)實(shí)踐，我們提出“一個(gè)中心，兩個(gè)培養(yǎng)，三個(gè)結(jié)合”的教學(xué)理念。

3.1 一個(gè)中心

一個(gè)中心指的是以學(xué)生為中心，我們?cè)诮虒W(xué)理念上要充分考慮到學(xué)生的需求，充分考慮到專業(yè)培養(yǎng)方案對(duì)學(xué)生素質(zhì)的要求，既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，將教師的教與學(xué)生的學(xué)的主動(dòng)性相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使教師成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。為避免課堂成為教師的一言堂，教師應(yīng)主動(dòng)創(chuàng)設(shè)情景和問題引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂的環(huán)節(jié)，在重要的物理概念上要鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑，變被動(dòng)接受為主動(dòng)思考。此外在課下應(yīng)通過學(xué)生訪談，問卷調(diào)查或者網(wǎng)絡(luò)的形式多渠道搜集學(xué)生對(duì)教師教學(xué)活動(dòng)的反饋信息，根據(jù)學(xué)生的需求和水平對(duì)教學(xué)策略進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整讓教學(xué)過程更符合學(xué)生的實(shí)際水平。

3.2 兩個(gè)培養(yǎng)

針對(duì)我院“應(yīng)用型、師范型”的辦學(xué)定位，兩個(gè)培養(yǎng)其一是突出專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學(xué)過程中不應(yīng)滿足于單純的傳授知識(shí)，更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在講授過程中注重還原物理問題當(dāng)初提出的背景以及解決的過程。這要求教師在教學(xué)的同時(shí)必須進(jìn)行扎實(shí)的科學(xué)研究，有過科學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師，在講述一個(gè)規(guī)律或原理時(shí)，一般會(huì)注重剖析人們?cè)鯓訌牟涣私獾搅私馑倪^程，而不是把它看成一堆死板的知識(shí)去灌輸給學(xué)生。通過講授的過程讓學(xué)生體會(huì)處理科學(xué)問題的方法，培養(yǎng)其科學(xué)探究的素養(yǎng)。對(duì)于書本的重要概念要鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的看法，經(jīng)過獨(dú)立的思考后再接受前人的觀點(diǎn)而不是盲目的接受。此外，對(duì)于量子力學(xué)的基礎(chǔ)，從誕生之初就存在著深刻和激烈的爭(zhēng)論，近年來，這些爭(zhēng)論已經(jīng)從純哲學(xué)的爭(zhēng)論發(fā)展為可以依靠實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證的階段，對(duì)于量子力學(xué)的這些開放和邊緣問題可以適當(dāng)介紹給學(xué)生激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣。

其二是突出物理類師范型師資能力的培養(yǎng)，作為物理類師范專業(yè)的教師，很多教師對(duì)于量子力學(xué)在中學(xué)物理中的應(yīng)用型認(rèn)識(shí)存在不足。實(shí)際上沒有近代物理特別是量子力學(xué)的知識(shí)就沒有物理學(xué)的完備知識(shí)，這不僅是知識(shí)體系的缺陷，更是科學(xué)方法和科學(xué)素養(yǎng)的不足［10］。中學(xué)物理雖然不涉及具體的量子理論，但是某些量子力學(xué)的概念已經(jīng)進(jìn)入了中學(xué)教材，比如原子物理等許多涉及近代物理的內(nèi)容必須用量子力學(xué)的基本思想去理解，限于學(xué)生的接受能力，很多概念只能泛泛而談，但又不能講錯(cuò)，只有教師具備一定的量子力學(xué)的修養(yǎng)，才能做到泛而無錯(cuò)。因此師范型高校量子力學(xué)課程教學(xué)中教師不僅應(yīng)對(duì)打算繼續(xù)深造的學(xué)生給予關(guān)注更應(yīng)立足于全體學(xué)生，在課程的講授上難度應(yīng)照顧到絕大多數(shù)學(xué)生，力求讓絕大部分同學(xué)能夠跟上課程的進(jìn)度，著眼點(diǎn)應(yīng)放在培養(yǎng)大多數(shù)同學(xué)建立起現(xiàn)代物理學(xué)的基本素養(yǎng)，為未來從事中學(xué)物理教育做準(zhǔn)備。

3.3 三個(gè)結(jié)合

第一個(gè)結(jié)合是板書與“多”媒體相結(jié)合，“多”媒體指的不僅是電子教案，還包括與課程有關(guān)的視頻、圖片、網(wǎng)絡(luò)、軟件模擬、實(shí)驗(yàn)道具等。多媒體使用恰當(dāng)會(huì)對(duì)教學(xué)起到事半功倍的作用，反之，如果使用過度或不當(dāng)，則會(huì)使教師淪為電子教案的配音員，不利于學(xué)生接受新知識(shí)，使用時(shí)應(yīng)注意不能過分花俏，不能因?yàn)檫^多使用課件而妨礙師生的情感交流。比如在講授完電子隧穿效應(yīng)的時(shí)候給學(xué)生放映動(dòng)畫片《嶗山道士》穿墻而過的片斷加深學(xué)生映像，再比如在講授氫原子電子在庫侖場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)候給學(xué)生演示用MATLAB模擬的氫原子電子云的結(jié)果，使學(xué)生對(duì)抽象的物理結(jié)果有更直觀的理解。其次可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)輔助教學(xué)，其功能主要包括給學(xué)生提供課程所需的資源庫，提供和教師進(jìn)行互動(dòng)的平臺(tái)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)向教師提問可以不受時(shí)間和空間的限制，有助于教師及時(shí)準(zhǔn)確的了解學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。

第二個(gè)結(jié)合是教師講授與學(xué)生參與相結(jié)合，首先在講授的過程中要善于引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中來，比如在講解全同粒子概念的時(shí)候，在強(qiáng)調(diào)兩個(gè)粒子是否為全同粒子并不取決于粒子本身而在于系統(tǒng)的哈密頓量是否具有交換對(duì)稱性，可以走下講臺(tái)隨機(jī)從學(xué)生處取兩本新舊查不多的書讓學(xué)生分辨是否能區(qū)分兩本書并和全同粒子做類比。此外在每章結(jié)束的時(shí)候安排學(xué)生分組自己總結(jié)本章的重難點(diǎn)然后由教師做出補(bǔ)充。在習(xí)題課環(huán)節(jié)除了教師講解外，安排少量難度適中的問題讓學(xué)生通過分組討論當(dāng)堂做出解答并講解，學(xué)生在講解的過程中不僅加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握，同時(shí)加強(qiáng)了師范生技能的訓(xùn)練。

第三個(gè)結(jié)合是課本知識(shí)與應(yīng)用發(fā)展相結(jié)合。由于學(xué)生視野所限以及大多數(shù)教材對(duì)于量子力學(xué)的應(yīng)用性方面敘述的不足，導(dǎo)致很多學(xué)生認(rèn)為量子力學(xué)只是空頭理論，因此在應(yīng)用型、師范型高校教學(xué)中應(yīng)特別注重所講授知識(shí)的應(yīng)用性，在講授理論知識(shí)的同時(shí)，設(shè)置教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)代物理發(fā)展的接口，適當(dāng)?shù)慕榻B量子力學(xué)進(jìn)展和應(yīng)用的知識(shí)，擴(kuò)展學(xué)生視野，使學(xué)生感到學(xué)有所用，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。比如在講解完電子的隧穿效應(yīng)后給學(xué)生放映其應(yīng)用掃描隧道顯微鏡的視頻資料片，再比如在講解自旋三重態(tài)的理論時(shí)，介紹糾纏態(tài)的概念以及在量子通信中的應(yīng)用。此外，在講授量子力學(xué)新概念的時(shí)候要善于通過類比的方法把新概念和學(xué)生日常生活中熟悉的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)起來，傳統(tǒng)上認(rèn)為量子力學(xué)描述的對(duì)象是微觀世界，因此其規(guī)律難以和日常生活的現(xiàn)象相聯(lián)系，實(shí)際上只要認(rèn)真發(fā)掘很多內(nèi)容還是可以通過類比的方法建立關(guān)聯(lián)。比如在講解電子波粒二象性的時(shí)候，在電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)中如果測(cè)量電子的時(shí)候就表現(xiàn)得像粒子一樣如果不測(cè)量就表現(xiàn)得像波一樣，這一現(xiàn)象可以用一個(gè)害羞的小女孩做類比，用好消息逗小女孩，她就會(huì)表現(xiàn)為笑臉，用壞消息逗小女孩，她就會(huì)表現(xiàn)為哭臉，也可以用圓柱體來做類比，從上面看圓柱體它呈現(xiàn)一個(gè)圓，從側(cè)面看它又表現(xiàn)為一個(gè)長(zhǎng)方形，這些現(xiàn)象和粒子的波粒二象性有異曲同工之妙。再比如在講述態(tài)疊加原理的時(shí)候波函數(shù)可以同時(shí)處于波函數(shù)1又處于波函數(shù)2的狀態(tài)，這一點(diǎn)可以用學(xué)生乘做公交車做類比，在公交車沒來之前，個(gè)體實(shí)際上就處于多路公交車的疊加狀態(tài)。

4 小結(jié)

總之，在師范型高校開展量子力學(xué)課程的教學(xué)關(guān)鍵是如何結(jié)合自身的辦學(xué)定位進(jìn)行教學(xué)，在保證課程理論性的同時(shí)要注意聯(lián)系學(xué)生的實(shí)際專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)。本文通過結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐從以上幾個(gè)方面做了一些初步的探討。如何在師范型高校做好量子力學(xué)課程教學(xué)仍是一個(gè)需要不斷摸索和創(chuàng)新的過程，這包括教師、學(xué)生、教材等多方面的長(zhǎng)期建設(shè)和配合。

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