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一維無(wú)限深勢(shì)阱的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)探討

李?lèi)?ài)華

（湖南科技學(xué)院 理學(xué)院，湖南 永州 425199）

論文以一維無(wú)限深勢(shì)阱教學(xué)為例，嘗試翻轉(zhuǎn)課堂專(zhuān)題研究性教學(xué)模式，改變高校教師傳統(tǒng)的教學(xué)思路，改變量子力學(xué)課堂傳統(tǒng)的教學(xué)方式，真正調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生各方面素質(zhì)。

一維無(wú)限深勢(shì)阱；翻轉(zhuǎn)課堂；量子力學(xué)

1　引　言

眾所周知，量子力學(xué)是一門(mén)既難學(xué)又難教的課程，一方 面是概念的抽象與枯燥性，另一方面是需要具備高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法、線性代數(shù)等課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。采取怎樣的教學(xué)模式讓學(xué)生既能獲取初等量子力學(xué)知識(shí)，又能從中激發(fā)思維的靈活性與創(chuàng)造性，為日后從事科學(xué)研究培養(yǎng)良好的意志品質(zhì)奠定基礎(chǔ)，成為當(dāng)前量子力學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要課題。很多學(xué)者專(zhuān)家針對(duì)量子力學(xué)的教學(xué)提出過(guò)精辟的見(jiàn)解和意見(jiàn)，例如曾謹(jǐn)言教授對(duì)于量子力學(xué)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[1]及一些基本概念問(wèn)題的研究[2]；關(guān)洪教授對(duì)量子力學(xué)基本原理的教學(xué)問(wèn)題[3]及態(tài)疊加原理問(wèn)題教學(xué)的具體研究[4]；陳信義教授對(duì)量子物理基礎(chǔ)課件研究以及針對(duì)工科大學(xué)物理中力學(xué)量算符講授方法的研究等[5]。遵循以人為本的現(xiàn)代教學(xué)觀念，結(jié)合教學(xué)心得和學(xué)生基礎(chǔ)，在物理班嘗試開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂專(zhuān)題研究性教學(xué)，為學(xué)生提供充分表達(dá)、質(zhì)疑、研究和討論的機(jī)會(huì)，盡可能做到讓學(xué)生在“探究”中合作、學(xué)習(xí)，在“主動(dòng)”中發(fā)展、創(chuàng)新。

量子力學(xué)教材涉及的教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)涵著許多值得探討的問(wèn)題，教師在認(rèn)真鉆研教材過(guò)程中，需要悟出教材編寫(xiě)體系的思路，熟知物理學(xué)科科學(xué)思維的方法，以及量子力學(xué)問(wèn)題研究的基本模式，從而尋找并挖掘出有利于學(xué)生深入學(xué)習(xí)，有利于充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用的研究專(zhuān)題。文章以一維無(wú)限深勢(shì)阱為研究對(duì)象，對(duì)其基本原理及其應(yīng)用實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

2　翻轉(zhuǎn)課堂課前準(zhǔn)備

2.1教師活動(dòng)

第一，明確一維無(wú)限深勢(shì)阱的教學(xué)目標(biāo)，即要求學(xué)生掌握一維無(wú)限勢(shì)阱的勢(shì)函數(shù)特征，掌握勢(shì)阱內(nèi)外的薛定諤方程特征，掌握勢(shì)阱內(nèi)外的能量和波函數(shù)特征（尤其基態(tài)），掌握勢(shì)阱寬度與歸一化系數(shù)的關(guān)系特征，掌握宇稱(chēng)及節(jié)點(diǎn)特征。第二，制作教學(xué)視頻，視頻時(shí)間控制在15分鐘以內(nèi)，在錄制教學(xué)視頻過(guò)程中應(yīng)考慮學(xué)生的想法，以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣。教學(xué)視頻里布置針對(duì)性練習(xí)題留給學(xué)生思考，如：一維無(wú)限深勢(shì)阱有什么特點(diǎn)？粒子所遵循的定態(tài)薛定諤方程及其本征波函數(shù)、本征能量如何？本征波函數(shù)和本征能量有什么特性？

2.2學(xué)生活動(dòng)

第一，觀看教學(xué)視頻，根據(jù)自己的實(shí)際學(xué)習(xí)情況對(duì)教師講授的內(nèi)容做適時(shí)的停頓，記下自己不懂的地方或者自己感興趣、想要進(jìn)一步了解的問(wèn)題。第二，做適量練習(xí)，獨(dú)立或與其他同學(xué)討論共同完成教學(xué)視頻中教師布置的針對(duì)性課堂練習(xí)。

3　翻轉(zhuǎn)課堂課中的成果交流

學(xué)生在觀看教學(xué)視頻的過(guò)程中，由于本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)、看問(wèn)題的角度不一樣，教師要在剛開(kāi)始時(shí)給予學(xué)生一定的指導(dǎo)，幫助學(xué)生完成任務(wù)，待學(xué)生有一定的獨(dú)立解決問(wèn)題能力的時(shí)候，教師要“放手”，逐漸讓學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)中構(gòu)建自己的知識(shí)體系。讓學(xué)生通過(guò)報(bào)告會(huì)或者小型的比賽等形式交流學(xué)習(xí)心得體會(huì)，教師應(yīng)以平等的身份參與討論，鼓勵(lì)每個(gè)學(xué)生都發(fā)表自己的意見(jiàn)，引導(dǎo)各小組集思廣益，確保每位成員形成對(duì)一維無(wú)限深勢(shì)阱的基本認(rèn)識(shí)。

3.1勢(shì)阱寬度或者坐標(biāo)原點(diǎn)位置變化

3.2勢(shì)阱維數(shù)改變

3.3勢(shì)阱中存在微擾

3.4勢(shì)阱中為全同粒子

詳細(xì)討論后，可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析粒子的自旋為其它值、粒子為非全同粒子、多個(gè)粒子等體系的問(wèn)題，這樣不僅使學(xué)生在研究過(guò)程中掌握到許多新知識(shí)，而且能將所學(xué)知識(shí)達(dá)到融會(huì)貫通。

4　翻轉(zhuǎn)課堂課后的專(zhuān)題評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)、反饋是專(zhuān)題研究的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的有效保證。專(zhuān)題的評(píng)價(jià)不一定要以考試形式來(lái)完成，可以通過(guò)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的參與、學(xué)生發(fā)表觀點(diǎn)的深度、廣度和特色等來(lái)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和能力的提高，重在評(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)和發(fā)展上。對(duì)于一維無(wú)限深勢(shì)阱理論方面的專(zhuān)題，研究的過(guò)程主要是理論推導(dǎo)，通過(guò)各小組間的交流與探討，不僅完成了預(yù)期的學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)于學(xué)生之間的合作精神及交流意識(shí)都是大有裨益的，它克服了傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中只注重教師的講解而不注重學(xué)生參與的弊端。

[1]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].物理,2000,(7):436-438.

[2]曾謹(jǐn)言.教學(xué)研究:介紹量子力學(xué)幾個(gè)基本概念——兼答《關(guān)于量子幾何相位的評(píng)注》中的幾個(gè)主要問(wèn)題[J].大學(xué)物理,2002,(7):23-28.

[3]關(guān)洪.談?wù)劻孔恿W(xué)基本原理的教學(xué)方法[J].大學(xué)物理,1994,(11):37-39.

[4]關(guān)洪.關(guān)于量子力學(xué)中態(tài)疊加原理的討論[J].大學(xué)物理,2007,(1):7-9.

[5]陳信義.工科物理如何講力學(xué)量算符[J].物理與工程,2003,(5):43-44.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－04－03

2013年湖南科技學(xué)院優(yōu)質(zhì)課程《量子力學(xué)》建設(shè)項(xiàng)目；2015年湖南科技學(xué)院教改項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)XKYJ2015021)；2015年湖南省普通高校信息化教學(xué)應(yīng)用資源資助項(xiàng)目（湘科研通[2015]36號(hào)N0.44）。

李?lèi)?ài)華（1981－），女，湖南永州人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榇髮W(xué)物理教學(xué)和低維凝聚態(tài)物理。

O413.1

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1673-2219（2016）10-0012-02