一维无限深势阱的翻转课堂教学探讨

李爱华



一维无限深势阱的翻转课堂教学探讨

李爱华

（湖南科技学院 理学院，湖南 永州 425199）

论文以一维无限深势阱教学为例，尝试翻转课堂专题研究性教学模式，改变高校教师传统的教学思路，改变量子力学课堂传统的教学方式，真正调动起学生学习的积极性和主动性，培养学生各方面素质。

一维无限深势阱；翻转课堂；量子力学

1　引　言

众所周知，量子力学是一门既难学又难教的课程，一方 面是概念的抽象与枯燥性，另一方面是需要具备高等数学、数学物理方法、线性代数等课程的数学基础。采取怎样的教学模式让学生既能获取初等量子力学知识，又能从中激发思维的灵活性与创造性，为日后从事科学研究培养良好的意志品质奠定基础，成为当前量子力学教学中的一个重要课题。很多学者专家针对量子力学的教学提出过精辟的见解和意见，例如曾谨言教授对于量子力学教学与创新人才培养[1]及一些基本概念问题的研究[2]；关洪教授对量子力学基本原理的教学问题[3]及态叠加原理问题教学的具体研究[4]；陈信义教授对量子物理基础课件研究以及针对工科大学物理中力学量算符讲授方法的研究等[5]。遵循以人为本的现代教学观念，结合教学心得和学生基础，在物理班尝试开展翻转课堂专题研究性教学，为学生提供充分表达、质疑、研究和讨论的机会，尽可能做到让学生在“探究”中合作、学习，在“主动”中发展、创新。

量子力学教材涉及的教学内容中蕴涵着许多值得探讨的问题，教师在认真钻研教材过程中，需要悟出教材编写体系的思路，熟知物理学科科学思维的方法，以及量子力学问题研究的基本模式，从而寻找并挖掘出有利于学生深入学习，有利于充分发挥教师的主导作用的研究专题。文章以一维无限深势阱为研究对象，对其基本原理及其应用实施翻转课堂教学。

2　翻转课堂课前准备

2.1教师活动

第一，明确一维无限深势阱的教学目标，即要求学生掌握一维无限势阱的势函数特征，掌握势阱内外的薛定谔方程特征，掌握势阱内外的能量和波函数特征（尤其基态），掌握势阱宽度与归一化系数的关系特征，掌握宇称及节点特征。第二，制作教学视频，视频时间控制在15分钟以内，在录制教学视频过程中应考虑学生的想法，以适应不同学生的学习方法和习惯。教学视频里布置针对性练习题留给学生思考，如：一维无限深势阱有什么特点？粒子所遵循的定态薛定谔方程及其本征波函数、本征能量如何？本征波函数和本征能量有什么特性？

2.2学生活动

第一，观看教学视频，根据自己的实际学习情况对教师讲授的内容做适时的停顿，记下自己不懂的地方或者自己感兴趣、想要进一步了解的问题。第二，做适量练习，独立或与其他同学讨论共同完成教学视频中教师布置的针对性课堂练习。

3　翻转课堂课中的成果交流

学生在观看教学视频的过程中，由于本身的知识结构、看问题的角度不一样，教师要在刚开始时给予学生一定的指导，帮助学生完成任务，待学生有一定的独立解决问题能力的时候，教师要“放手”，逐渐让学生在独立学习中构建自己的知识体系。让学生通过报告会或者小型的比赛等形式交流学习心得体会，教师应以平等的身份参与讨论，鼓励每个学生都发表自己的意见，引导各小组集思广益，确保每位成员形成对一维无限深势阱的基本认识。

3.1势阱宽度或者坐标原点位置变化

3.2势阱维数改变

3.3势阱中存在微扰

3.4势阱中为全同粒子

详细讨论后，可进一步引导学生分析粒子的自旋为其它值、粒子为非全同粒子、多个粒子等体系的问题，这样不仅使学生在研究过程中掌握到许多新知识，而且能将所学知识达到融会贯通。

4　翻转课堂课后的专题评价

评价、反馈是专题研究的重要组成部分，是实现教学目标的有效保证。专题的评价不一定要以考试形式来完成，可以通过学生对学习过程的参与、学生发表观点的深度、广度和特色等来综合评价学生对知识的掌握和能力的提高，重在评价学生的表现和发展上。对于一维无限深势阱理论方面的专题，研究的过程主要是理论推导，通过各小组间的交流与探讨，不仅完成了预期的学习任务，对于学生之间的合作精神及交流意识都是大有裨益的，它克服了传统教学过程中只注重教师的讲解而不注重学生参与的弊端。

[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理,2000,(7):436-438.

[2]曾谨言.教学研究:介绍量子力学几个基本概念——兼答《关于量子几何相位的评注》中的几个主要问题[J].大学物理,2002,(7):23-28.

[3]关洪.谈谈量子力学基本原理的教学方法[J].大学物理,1994,(11):37-39.

[4]关洪.关于量子力学中态叠加原理的讨论[J].大学物理,2007,(1):7-9.

[5]陈信义.工科物理如何讲力学量算符[J].物理与工程,2003,(5):43-44.

（责任编校：宫彦军）

2016－04－03

2013年湖南科技学院优质课程《量子力学》建设项目；2015年湖南科技学院教改项目(项目编号XKYJ2015021)；2015年湖南省普通高校信息化教学应用资源资助项目（湘科研通[2015]36号N0.44）。

李爱华（1981－），女，湖南永州人，讲师，硕士研究生，研究方向为大学物理教学和低维凝聚态物理。

O413.1

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1673-2219（2016）10-0012-02