少学时条件下量子力学课程教学改革探索

【摘要】量子力学是学生普遍反映难学难懂的理论基础课程。量子力学课程教学的主要内容现在已基本固化。对非物理学专业，如何在较少的教学学时下实现课程教学目标，一直都是授课教师们探究的问题。根据课程教学实际，教学中注意强化基本知识的讲授，注意把课程思政教育融入到课程教学中，注意以网络课程教学平台为依托强化课程过程性考核来实现课程学习向课堂外延伸，这些做法对激发学生的学习兴趣，提高教学质量起到了很好的促进作用。

【关键词】量子力学  教学改革  课程思政  少学时

【基金项目】山东理工大学课程思政教育教学改革项目（20182813161）。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）29-0236-02

量子力学是现代物理学的理论基础之一。当前，随着科学技术的发展，它也成为其他许多自然科学的基础。因此，除了物理学专业，其他许多专业也开设有量子力学课程。只是在教学学时上，相对于物理学专业，教学学时明显偏少。量子力学发端于原子物理，但很快延伸、运用于物理学各分支领域，它既导致核物理、粒子物理的应运而生，又促使固体物理、凝聚态物理、激光物理以及非线性光学突兀崛起。自上世纪初建立以来，量子力学研究领域也在不断地扩展。比如量子物理学所扩展出的重大学科领域——激光物理，与半导体物理共同成为现代信息科学的主要基石。量子力学也是化学、生物学、天文学、地球科学等学科的主心骨。当前，量子力学向物质科学各领域延伸，触发产生了一些新的交叉学科，诸如量子化学、分子生物学和量子生物学和现代宇宙学等。

同时，量子力学的不断发展也使得人们对所处的物质世界有了更深刻的认识。但量子力学基本概念和原理的深刻内涵还远未被人们发掘出来，在我们面前还有一个很大的必然王国。量子力学的进一步发展，也许会对21 世纪人类的物质文明产生更深远的影响，正是因为量子力学有着如此广泛的应用，量子力学课程是国内外各高校物理类及相关专业必修的一门课程。

量子力学在高校物理学及相关专业的人才培养中具有重要的作用。通过该课程学习，可使学生掌握微观粒子运动规律的理论、量子力学的基本假设、基本原理和基本方法。这些教学内容除了让学生学习到相关的知识，还使学生在学习的过程中让自己的思维方式和对世界的认识经历一次洗礼。量子力学所展示的世界和万花筒一样色彩斑斓，让人们的思维和想象力得到最大限度的释放。量子力学是学生普遍反映难学难懂的理论基础课程，如何完成课程教学实现相应的教学目标，一直都是相关授课教师探究的问题[1-3]。经多年的教学实践，传统量子力学课程的教学内容也已基本固化。对非物理学专业，教学学时相对较少，如何有限教学学时下完成教学任务，一直都是授课教师探究的问题。在多年的教学实践中，我们根据教学实际，对此进行了一定的改革探索，取得了一定的成绩。

一、当前课程教学中存在的问题

目前该课程在教学上存在以下几个方面问题。

一是学生学习积极性不高。“量子力学不讲理”，作为一门理论课程，其基本原理难于理解，且在理论分析中用到了一定的特殊函数，学生学习时存在一定的畏惧心理，学习起来感觉比较枯燥。

二是教学方法和手段单一。目前課程教学主要采用课堂教学，尽管采用了一定的多媒体教学，但课程内容也决定了纯粹的多媒体教学并不适应用于该理论课程教学。由于教学手段和方法单一，在一定程度上影响了课程教学的效果。

三是考核方式单一，期末考试时学生存在搞突击的现象。多年来课程考核一直是在期末采用闭卷答题作为唯一的考试方式。由于课程本身具有一定的难度，而教学安排本身又使得学生没有足够的时间消化和吸收课程内容，学生很难把握学习重点，而帮助同学梳理课程教学内容又使得一些学生平时不学，等到期末考试开夜车，加班加点复习。

四是课程教学学时正逐步减少。受专业培养方案课程体系改革的影响，目前量子力学课程教学学时已大为减少，不少甚至只有48学时。随着高等教育教学改革的不断深入，课程教学学时减少趋势不可避免。但为了教学质量，教学内容却不能大幅度的减少，因此如何在少学时条件下，有效组织教学，高质高效的完成教学任务是目前课程教学中亟待解决的问题。

二、量子力学课程教学改革探索

在少学时条件下，量子力学课程的基本教学内容依然需要保留，但在教学内容安排上，适当弱化部分应用数学知识较多的理论内容，同时根据“以必需够用为度”的原则减少后续课程用得少或不用的内容。由于是传统的理论课程，量子力学课程教学一直以课堂讲授为主。教学中注意保留量子力学基本概念、基本原理和基本方法的内容，以培养和发展学生思维能力，及分析问题、解决问题的能力。比如对量子力学中五个基本假定要精讲细讲。近年来在课程教学学时不断减小的情况下，为达到课程的教学目标，在课程教学中应注意以下几点：

1.基于传统的课堂教学方法，适当运用多媒体技术，注意根据授课内容采用灵活多样的课堂教学方式。课堂教学是千百年来流传下来的传统教学方法，有着独到的优势，是其他教学方法所不能取代的。教学过程是教学和学生之间双向的沟通交流过程。在教学中应强调教师的主导作用、学生的主体地位，充分调动学生课堂的积极性、主动性，引导学生们参与到课堂中来。因此，在讲不同章节的内容时，可以根据章节的性质，灵活采取多种教学方式，如互动式、分组讨论式或研究式等，以营造学生积极参与及主动思考的氛围，提高学生学习兴趣。在教学中注意多媒体技术的使用，利用丰富多彩的学生易于感兴趣的和课程教学内容或德育元素相关的故事、图片等来吸引学生的注意力。多媒体教学是教学手段创新的重要内容之一。在量子力学课程中使用多媒体并结合传统板书教学，可以同时发挥传统教学方法和现代科学技术的优势，有助于课程教学中使学生集中精力理解量子力学的物理思想，掌握好量子力学的基本概念、基本原理，同时还可增加师生之间的互动，调动学生的积极性，加深学生对所学知识的印象。借助多媒体技术，可很方便地展示一些繁杂的数学推导。同时对一些物理规律，还可借助数学软件对物质的结构和运动规律展示， 若使用传统板书手工绘制，不仅速度慢而且不准确。充分利用多媒体的特殊功能来展示量子力学内容的丰富性、抽象性、应用性和前沿性，可以加深学生的印象，理解其物理意义，同时也容易激发学生的学习热情。由于授课学时减少，为达到相应的教学目标，把课程学习延伸到课外，就是一个必然的选择。我们充分利用学校的网络教学平台，把课程教学中所要用到的文献资料、练习题和测试题发布到平台上，对一些问题的解答讨论和阶段测试也通过网络进行。

2.不受教材的束缚，优化课程知识体系，强化量子力学基本概念、基本原理和基本方法的教学，弱化繁杂的数学推导。量子力学课程教学的主要内容虽然已基本固化，但不同的教材对这些主要内容的处理各有不同。在实际教学中，注意根据课程教学内容的内在联系优化课程知识体系，根据需要调整授课内容的前后顺序，而不受教材的束缚。量子力学教学要抓住其基本特点，让学生理解概念的物理实质，只有理解了基本概念的物理实质，学生才能掌握量子力学的规律，理解量子力学的理论结构，正确地运用量子力学知识去解决实际问题。量子力学从研究规律到描述方式都和经典物理有着根本的区别。例如，在量子力学中，“态”这个概念需要特别注意。量子力学的基本假定之一：微观体系的状态被一个波函数完全描述，从波函数可以得出体系的所有性质。知道态函数后，就像在经典物理学中知道了位置和速度一样，可以求体系的能量、动量等。教学中我们注意这类基本概念和基本原理的讲解，注意讲深讲透。同时对量子力学中存在的繁杂的数学推导，在教学中，为难免大量时间被用于纯粹的数学推导而忽视了物理情景的建立，进而使得量子力学学起来无趣，没有魅力，在教学中尽量避免繁杂的数学推导。相应的推导，可利用多媒体课件来展示，相应的课件可上传到网络教学平台，供学生下载学习使用。

3.课程教学过程中注意把课程思政融入到课程教学中。当前，把课程思政教育教学理念融入到专业课程课堂教学中正逐步成为大家的一种共识。量子力学课程中的德育元素很多。授课时注意以合适的方式结合课程教学内容把一些思政元素引入到教学中，这对消除或减轻学生课程学习的枯燥感，增加课程学习兴趣具有非常好的作用。如何有效地把课程思政元素融入到教学中是一个值得深入研究的课题。课程教学中，我们注意把思政元素与课程教学内容紧密结合起来。通过介绍量子力学发展史的相关史实可极大地激发学生学习量子力学的兴趣和热情。量子力学建立过程中很少有中国人的身影，但今天我国在某些量子力学领域的研究是走在世界的前列的，据此激发学生献身科学研究的热情和作为中国人的自豪感。量子理论与经典物理并不是水火不相容的，在一定条件下量子理论过渡到经典理论，据此引导学生进行“量变”和“质变”之间的关系的哲学思考。在讲授全同粒子体系这部分内容时，向学生讲明，微观全同粒子是不可区分的，但我们又经常说“这个世界上不存在两片完全相同的叶子”，据此引导学生进行相关的哲学思考，并进一步引导学生探寻这一矛盾的关键所在。把思政元素融入到课程教學要避免说教。在学时有限的情况下，为使思政元素发挥其应用的作用，基于网络教学平台中的学习讨论区，发起相应的讨论话题，供同学们留言讨论。为促进学生参与的积极性，可将参与情况纳入到平时成绩的考核中。

4.强化过程性考核，丰富平时成绩评定的具体内容，使每个学生都能找到自己的兴趣点，促进学生培养自主学习精神。在教学学时减少的情况下，课程学习必须延伸到课堂外。在这种新教学形势下，传统平时成绩的评定依据及方法，有必要做相应的充实和调整[4]。一是在考核形式要创新，传统的方法可用于激励学生加强课程知识的学习，而根据需要添加新的考核依据，或对某些传统的考核依据赋予新的内涵，以适应新的形势需要。这些新的评定依据要加强学生对课外时间的利用，形式要多样，内容要丰富，使每个学生都找到自己的兴趣点。二是要基于学生个体之间的差异，设定平行的成绩评定依据，不要求学生完成每一项作业。学生可根据自己的情况选择完成其中自己感兴趣的部分，这样在完成作业的过程中学生会获得一定的成就感，并能激励其去探索新的未知领域。为促进学生的全面发展，培养学生的团队合作精神，还可要求学生组成互助学习小组，同学之间相互帮助，取长补短，来共同完成相关的作业。

三、结语

近年来在本课程的教学过程中，我们以新时期的“以学生为主体，以教师为主导，知识、素质和能力协调发展”的现代教育思想为指导，进行相关的教学改革，教学中突出学生的中心地位，注重因材施教，使学生掌握科学的学习方法，真正达到从学会到会学。注意采用多种教学方法，强化学生各种能力的培养，引导学生较快接触学科发展的前沿，养成辩证唯物主义的世界观和方法论。同时也注意加强网络课程资源的建设，为学生课外学习提供学习资源库，以弥补课程教学学时不足的限制。

参考文献：

[1]宋光.量子力学教学的探索与改革[J].教育现代化，2017（41）：73-74.

[2]李晓燕，熊出华，何丽红.面向材料类专业的量子力学教学探索[J].教育教学论坛，2017（8）：122-123.

[3]程绪信，李晓霞，赵肇雄.量子力学教学改革探讨[J].课程教育研究，2018（4）：149-150.

[4]武继江.少学时条件下高校课程平时成绩评定的思考[J].教育教学论坛，2018（32）：221-223.