孫明勇

摘 要：本文主要簡(jiǎn)單介紹了量子力學(xué)教學(xué)中的幾個(gè)經(jīng)典問(wèn)題，針對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題對(duì)量子力學(xué)的教學(xué)方法進(jìn)行了初步的探討。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué);教學(xué)困惑;方法探討

2016年8月16日1時(shí)40分，墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱墨子號(hào)）成功發(fā)射升空。2017年9月29日，世界首條量子保密通信干線“京滬干線”與“墨子號(hào)”科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行天地鏈路，我國(guó)科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了洲際量子保密通信。這標(biāo)志著我國(guó)在全球已構(gòu)建出首個(gè)天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。量子通信逐步進(jìn)入人們的視野，今年以來(lái)我校大面積開(kāi)展教學(xué)改革，量子力學(xué)也將步入學(xué)生課堂，那么應(yīng)該如何上好量子力學(xué)？

一、量子力學(xué)教學(xué)中的困惑

經(jīng)典物理學(xué)描述的是宏觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們可以用正常的思維理來(lái)解經(jīng)典物理學(xué)的知識(shí)。而量子力學(xué)描述的是微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與我們所熟悉的宏觀世界的規(guī)律有著根本性的區(qū)別，甚至與我們所熟悉的現(xiàn)象大相徑庭，充滿了抽象性和復(fù)雜性。學(xué)生很難將所學(xué)知識(shí)形象化，其難度甚至可以被稱為“天書(shū)”。

量子力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中遇到的典型的幾個(gè)問(wèn)題：（1）量子力學(xué)的基本概念以及假設(shè)很多都與我們所能夠觀察到的現(xiàn)實(shí)相悖，學(xué)生如何“擺脫”用經(jīng)典物理思想去理解量子力學(xué)是第一個(gè)難題;（2）經(jīng)典物理系中我們可以借助于實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解物理知識(shí)，但是量子力學(xué)中基本沒(méi)有我們能做的實(shí)驗(yàn);（3）傳統(tǒng)的教學(xué)方法在量子力學(xué)教學(xué)中毫無(wú)優(yōu)勢(shì)可言，再者傳統(tǒng)教學(xué)方法也不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力;（4）對(duì)于作為初學(xué)者的學(xué)生而言，量子力學(xué)從概念到內(nèi)容都比較抽象，理解起來(lái)確實(shí)有一定難度，而且被冠以“天書(shū)”的名字，有些學(xué)生聽(tīng)說(shuō)量子力學(xué)難學(xué)，就會(huì)覺(jué)得量子力學(xué)很難，給人學(xué)習(xí)者心理上造成一定影響。學(xué)生對(duì)量子力學(xué)認(rèn)識(shí)不足，未戰(zhàn)先怯導(dǎo)致學(xué)習(xí)缺乏積極性，而且認(rèn)為量子力學(xué)難以捉摸，離我們?nèi)粘Ｉ睢昂苓b遠(yuǎn)”。

二、量子力學(xué)教學(xué)方法探討

針對(duì)上面提到的量子力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的幾個(gè)問(wèn)題，根據(jù)教學(xué)改革理念和自己教學(xué)實(shí)踐嘗試探討以下幾點(diǎn)。

首先，可以通過(guò)對(duì)量子力學(xué)發(fā)展史的講解，使學(xué)生了解到量子力學(xué)的建立是與經(jīng)典物理學(xué)的不同的。早在19世紀(jì)末的時(shí)候，人們就發(fā)現(xiàn)了舊的理論知識(shí)根本無(wú)法解釋微觀世界。經(jīng)過(guò)眾多物理學(xué)家的努力，終于在20世紀(jì)初的時(shí)候，創(chuàng)立了量子力學(xué)。量子力學(xué)恰好可以很好的解釋以前無(wú)法解釋的微觀世界。當(dāng)物理學(xué)家們遇到了用經(jīng)典物理學(xué)解決不了的問(wèn)題時(shí)才逐步建立了量子力學(xué)，所以不能用經(jīng)典物理學(xué)思維去理解量子力學(xué)。

其次，近年來(lái)由于多媒體軟件應(yīng)用得以快速發(fā)展，可以利用多媒體軟件形象的進(jìn)行量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M，使量子力學(xué)中一些教學(xué)內(nèi)容形象化，以更直觀的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，便于他們理解。比如可以在軟件平臺(tái)上模擬演示電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更加形象地理解電子的波粒二象性。利用動(dòng)畫(huà)模擬演示勢(shì)壘貫穿，將抽象的概念以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，把量子遂穿效應(yīng)形象化、具體化，使學(xué)生在學(xué)到知識(shí)的同時(shí)對(duì)微觀粒子這種“神奇”行為更加感興趣。

再次，堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)方式。將學(xué)生分成幾個(gè)小組，同時(shí)將量子力學(xué)的內(nèi)容分成幾個(gè)小專題，每個(gè)小組可以自由的選擇一個(gè)不同的專題，利用課下的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論，小組成員可以學(xué)習(xí)課本知識(shí)，可以去圖書(shū)館查閱相關(guān)資料，也可以在網(wǎng)絡(luò)上查找下載資料（鼓勵(lì)學(xué)生充分利用網(wǎng)上慕課資源）。通過(guò)小組成員的共同努力，最后形成一個(gè)書(shū)面成果，在課堂上讓每一個(gè)小組進(jìn)行講解。通過(guò)這樣的形式不僅可以激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，而且可以提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和教學(xué)質(zhì)量。課堂上教師要善于設(shè)計(jì)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生帶著疑問(wèn)去聽(tīng)課，激發(fā)學(xué)生的求知欲，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生善于思考問(wèn)題、樂(lè)于解決問(wèn)題。為了活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┝孔恿W(xué)相關(guān)人物的介紹，使學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)前輩們建立量子力學(xué)之路的艱辛經(jīng)歷。課下督促學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)、認(rèn)真完成作業(yè)以及做好下一次課的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作。

最后，量子力學(xué)是描述微觀物質(zhì)的理論，而微觀和宏觀往往是一體的，它們同時(shí)存在進(jìn)行著。只是微觀的世界我們一般都無(wú)法看見(jiàn)而已，其實(shí)微觀物質(zhì)卻是無(wú)處不在的。可以說(shuō)我們生活的方方面面都有量子的存在，它構(gòu)建了這個(gè)世界的運(yùn)行規(guī)則。不管是什么東西，都是由許許多多的量子構(gòu)建而成的。在講解課程的同時(shí)穿插一些量子力學(xué)的前沿應(yīng)用的介紹，比如：量子力學(xué)保密通信中的應(yīng)用，量子力學(xué)與量子計(jì)算機(jī)等。努力消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的片面或錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、小結(jié)

量子力學(xué)已經(jīng)發(fā)展有一個(gè)世紀(jì)，是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)，但由于其抽象、深?yuàn)W、難學(xué)也難教，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)增加了難度。文章簡(jiǎn)要介紹了量子力學(xué)教學(xué)面臨的幾個(gè)問(wèn)題和幾點(diǎn)探討，我相信，通過(guò)不斷地改革創(chuàng)新，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和主動(dòng)性。必將可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的思維能力和對(duì)量子力學(xué)的興趣。

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（火箭軍士官學(xué)校）