黃千紅++龔學(xué)余++王振華++謝安平++向東

摘 要：原子物理學(xué)是物理學(xué)專業(yè)的一門重要必修課，也是核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。針對教學(xué)中實際問題及學(xué)生意見的反饋，結(jié)合原子物理學(xué)教學(xué)實踐，進(jìn)行教學(xué)方法上的探討和嘗試，初步提出了原子物理學(xué)的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：原子物理學(xué) 教學(xué)方法 量子理論

中圖分類號：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0174-01

原子物理學(xué)是研究原子結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律及相互作用的學(xué)科，是物理學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是核類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，上承經(jīng)典物理學(xué)，下接量子力學(xué)和原子核物理等重要課程。相比經(jīng)典物理學(xué)課程原子物理學(xué)有很大差別，首先，原子物理學(xué)課程不像普通物理學(xué)課程從基本物理概念和物理規(guī)律出發(fā)進(jìn)行嚴(yán)密的理論運算推導(dǎo)得到更普遍的基礎(chǔ)理論，而是遵循從實踐出發(fā)—理論模型建立—實踐檢驗的認(rèn)識過程，應(yīng)用更多的是總結(jié)、歸納的方法；其次，研究對象是微觀體系，而學(xué)生對微觀現(xiàn)象缺乏直觀的感性認(rèn)識。正是由于這些差異，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)中感覺原子物理學(xué)知識點凌亂，理不清頭緒，導(dǎo)致不能鞏固和深化所學(xué)知識。因此，在教學(xué)中如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生把握課程主線，認(rèn)識原子運動規(guī)律，形成新概念，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、思維能力、研究能力等成為原子物理學(xué)教學(xué)中需要探討的問題。本文針對褚圣麟先生教材《原子物理學(xué)》的教學(xué)淺談個人教學(xué)過程中的認(rèn)識。

1 學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)

學(xué)習(xí)興趣指一個人對學(xué)習(xí)的一種積極的認(rèn)識傾向與情緒狀態(tài)。學(xué)生對某一學(xué)科有興趣，就會持續(xù)地專心致志地鉆研它，從而提高學(xué)習(xí)效果。學(xué)習(xí)興趣既是學(xué)習(xí)的原因，又是學(xué)習(xí)的結(jié)果。由此，培養(yǎng)學(xué)生最初的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中找到樂趣，由被動的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)、好學(xué)、樂學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力過程中具有重要的意義。如何培養(yǎng)學(xué)生對原子物理學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，筆者從教學(xué)實踐中總結(jié)如下幾個方面。

1.1 結(jié)合物理學(xué)史增強學(xué)習(xí)內(nèi)容的趣味性

原子物理發(fā)展史料豐富，若將史料運用于原子物理教學(xué)中，將起到事半功倍的效果。在授課中將原子物理學(xué)發(fā)展史融入知識的傳授可增強學(xué)習(xí)的趣味性。如電子發(fā)現(xiàn)最早進(jìn)行試驗的并不是湯姆遜，試驗結(jié)果最精確的也不是湯姆遜，但湯姆遜是第一個敢于突破常規(guī)認(rèn)識而提出新粒子是電子的人，這一簡介讓學(xué)生明白科學(xué)研究中要尊重科學(xué)事實，敢于突破傳統(tǒng)認(rèn)識；講述量子化概念提出時介紹普朗克為解釋黑體輻射提出量子化概念的歷程，由于這一嶄新理論與經(jīng)典理論的沖突，普朗克本人也不是特別堅決，此后他曾試圖放棄量子論，用經(jīng)典物理學(xué)方法重新解決黑體輻射問題，但均未成功，讓學(xué)生認(rèn)識科學(xué)發(fā)展中開創(chuàng)性革新的不易?？梢哉f原子物理的發(fā)展中，充滿對已有思想觀念的顛覆和新思想的建立，這些都需要科學(xué)懷疑和批判精神，充分說明科學(xué)無絕對權(quán)威，科學(xué)懷疑精神和獨立思考是科學(xué)進(jìn)步的動力。通過物理學(xué)史的介紹，能在課堂上吸引學(xué)生的注意，使課堂氣氛活躍，激發(fā)學(xué)生對原子物理學(xué)的興趣，在輕松快樂的氛圍中學(xué)習(xí)，同時學(xué)習(xí)科學(xué)的批判精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

1.2 結(jié)合課程內(nèi)容介紹原子物理學(xué)中的難題激發(fā)學(xué)生鉆研興趣

好奇心和探索欲望是科學(xué)研究的原動力，在教學(xué)中通過介紹課本中出現(xiàn)而尚未完全認(rèn)識明白的物理概念、物理問題，能極大激發(fā)學(xué)生的認(rèn)識和探索欲望，教師可引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)問題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研并匯報，在這一過程中既能促進(jìn)學(xué)生了解學(xué)科的研究前沿，也能使學(xué)生加深對基本物理概念、原理的認(rèn)識，同時有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和初步的科研能力。在原子物理學(xué)教材中有不少世界性的難題，如，在索末菲橢圓軌道理論和相對論效應(yīng)中提出的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)所包含的物理含義、數(shù)值為什么剛好約為1/137；為解釋光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生而引人的電子自旋的概念人們是否已經(jīng)完全認(rèn)識清楚等，這些問題在教學(xué)中可充分利用，調(diào)動學(xué)生的探索欲望，激發(fā)學(xué)生的鉆研興趣。

1.3 結(jié)合物理學(xué)發(fā)展前沿介紹激發(fā)學(xué)生研究興趣

原子是從宏觀到微觀的第一個層次，物質(zhì)世界各個層次的結(jié)構(gòu)和運動變化相互聯(lián)系、相互影響，很多其他重要學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展以原子物理為基礎(chǔ)，在課程教學(xué)中結(jié)合課程內(nèi)容穿插原子物理學(xué)與相關(guān)學(xué)科的交叉及原子物理學(xué)發(fā)展的前沿介紹，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和鉆研熱情。如講述α粒子散射實驗時，介紹原子碰撞研究方法已經(jīng)發(fā)展成為一個重要的研究方向，涉及各種基本粒子與原子和分子碰撞的物理過程等；講述激光原理時，介紹激光技術(shù)的發(fā)展及其對原子物理學(xué)發(fā)展的促進(jìn)，介紹我國激光領(lǐng)域研究的國際地位等。學(xué)科前沿的介紹能幫助學(xué)生認(rèn)識學(xué)習(xí)本學(xué)科的社會意義及其與個人的關(guān)系，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的社會責(zé)任感。

2 把握課程主線

原子物理學(xué)的內(nèi)容不像經(jīng)典物理學(xué)具有嚴(yán)密的邏輯體系，因此在教學(xué)中拎淸課程的主線有助于學(xué)生系統(tǒng)的掌握課程的知識內(nèi)容。對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識發(fā)展，課程以光譜分析法為主線：從原子光譜規(guī)律出發(fā)，原子光譜規(guī)律的變化可以反映出原子內(nèi)部能級的特點，進(jìn)而探究原子內(nèi)部的作用及其規(guī)律。對原子內(nèi)部作用的認(rèn)識，課程以量子力學(xué)中的角動量概念為主線：從玻爾氫原子理論的角動量量子化假設(shè)的提出，到單電子的軌道角動量與自旋角動量的耦合解釋精細(xì)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，及兩個電子體系的LS耦合和JJ耦合等，并進(jìn)一步明確角動量與磁矩概念的對應(yīng)，角動量耦合的本質(zhì)是粒子間電磁相互作用，自旋和軌道運動的相互作用引起原子能級的分裂和塞曼效應(yīng)能級分裂在本質(zhì)上是相同的。

3 講清基本概念

楊福家先生提出了原子物理學(xué)教學(xué)要注重“培養(yǎng)智能”，課程講述做到“言猶未盡”，“既講清楚又不講清楚”。這也就要求老師要把握課程教學(xué)中哪些要講清楚，哪些可不講清楚。對基本概念和基本物理模型我們要力圖闡述清楚，如，原子結(jié)構(gòu)模型的提出，從背景到實驗過程、理論推導(dǎo)和實驗驗證給出了詳細(xì)的講解，而其中盧瑟福散射理論公式（散射角與瞄準(zhǔn)距離關(guān)系式）的推導(dǎo)可以引導(dǎo)學(xué)生自己在課余推導(dǎo)。又如，原子空間取向量子化概念，學(xué)生剛接觸量子理論，很容易將角動量量子化與取向量子化混淆，講解中要讓學(xué)生理解取向的概念即矢量方向的描述，講清了這個概念有助于對史特恩-蓋拉赫實驗的理解，而實驗中偏轉(zhuǎn)位移公式的推導(dǎo)可以留給學(xué)生自己完成等等。

根據(jù)原子物理學(xué)的特點，在教學(xué)中要努力貫徹啟發(fā)式教學(xué)原則，倡導(dǎo)學(xué)生加強課外閱讀，進(jìn)行讀書報告、討論等多種教學(xué)模式有機結(jié)合，對提高原子物理學(xué)教學(xué)是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁肇中.論科學(xué)研究的原動力—好奇心是科學(xué)研究的原動力[J].上海交通大學(xué)學(xué)報：哲學(xué)社會科學(xué)版，2002，10（4）：3-5.

[2] 楊福家.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社.

[3] 褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社.endprint