关于量子力学的课程改革和建议

丁林杰

（重庆三峡学院，重庆 404100）

1 引言

量子力学（Quantum Mechanics），是物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。作为物理学专业的专业理论课，量子力学在理论物理，应用物理中占据极其重要的地位，许多现代科学研究，如材料、电学、工程物理、通讯、化学、生物等都以量子力学为基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且是20世纪最伟大的发现之一。本课程将使学生带以全新的观念去了解物质世界，掌握量子理论的基本概念及原理。量子力学从概念到解决问题的方法与经典物理有着根本性的不同，中学阶段很少见到甚至没见到过。

2 量子力学课程的教学现状

本校物理学（师范类）专业开设的本课程为54学时。通过这十几年的教学经验和教学观察，了解到学生们在学习量子力学遇到的问题[1]。

学生在学习过程中普遍反映该课程抽象、深奥、难理解、枯燥、抓不住重点等，且缺少激发学生学习兴趣和想象力的知识点，学习起来困难，效果不佳。

1）量子力学本身是一门非常抽象的课程，主要体现在它的基础概念与经典物理相距甚远，学生需要重新掌握。它要求学生具有微观的思维角度，而目前大部分学生仍以宏观思维思考，长此以往将造成课程理解困难，学生学习兴趣不高。

2）量子力学需要扎实的高等数学基础和逻辑思维，课堂大部分时间在于公式的数学推导。由于涉及数学知识较多，计算较难，大部分学生很难全集中注意力在课堂上。只有少部分有考研意向的学生能够注重。

3）由于量子力学是较难的课程，因此需要更多的学时来开展，而本院校分配的课时只有54学时，(一般为72学时，研究生的专业基础课中教学课时最多)，严重分配不均，很多知识点讲不完，这就要求教师能根据课程的侧重点来合理安排教学内容。

4）通过这几年的教学调查，每年都会有个别学生学习思想不端正，常常旷课，逃课，甚至厌学，认为自己不是学习的料，来听课也仅仅是害怕老师点名。

5）而且随着学科知识飞速发展，知识更新周期缩短，如何在有限的课时情况下，使学生在掌握扎实的基础知识的同时，跟上时代的步伐，了解科学的前沿，以便适应新世纪人才培养的需求，是我们教育者的巨大挑战。

6）部分教师采取教师讲授、学生听的单一被动的教学模式，这种填鸭式，灌溉式方法使得学生在教学活动中处于被动地位，难以很好的汲取知识。教师过分地强调讲清楚和讲透彻，这种方法的弊病是完全由教师主宰课堂造成的，从根本上忽视了学生作为认知主体的作用，不利于有效的培养创新型人才。同时教学手段也仍然是单纯的黑板教学，这种教学方法的落后和手段的单一在一定程度上影响学生的创新能力和专业能力。

3 对该课程实施的一些改进措施

1）课堂教学结合量子力学的发展史。在讲授本课程的绪论中，普朗克提出光的粒子性假设；爱因斯坦是第一个完全肯定光具有波粒二象性；康普顿是第一个根据普朗克和爱因斯坦的理论，从实验中证实光具有粒子性；玻尔理论的缺陷是由于把微观粒子看做经典力学中的质子，从而把经典力学的规律用在微观粒子上；德布罗意结合爱因斯坦的理论提出微观粒子也具有波粒二象性等等，来激发学生们的学习兴趣，学生才能建立起量子力学与现实的联系，这样能逐渐消除学生对量子力学的恐惧感[2]。

2）在授课中，教师应提倡数学运算简化，强化物理化思想，培养学生分析、解决问题的方法，例如在讲解电子在库仑场的运动一节中，首先应该让学生明确对电子运动描述的物理量是波函数，由此则需要建立相应的薛定谔方程。通过求解薛定谔方程来得到描述粒子状态的函数。因为该方程求解过于复杂，所以有必要简化数学运算。

2）注重启发式教育，引导学生以主人翁的身份进入量子力学的世界，而不仅仅只是学习的接纳者。比如在讲授完粒子具有波粒二象性后，就可以提问：“如果电子和粒子也是波的话，同学们能否给出它们的波函数。”经过多年教学经验所得，证明这对调动学生们的积极性大有帮助并且能有效改善课堂气氛[3]。

3）适当结合现代化多媒体教学。对于一些复杂，难懂，抽象的知识，能够通过现代化教学设备能生动，形象的展示给学生。在量子力学课程中涉及的实验并不多，主要有康普顿散射实验、电子衍射实验、施特恩--格拉赫实验等。通过运用多媒体技术可以采用图形、图像等多媒体形式，模拟实验全过程。借助有关的教学软件，通过对真实情景的模拟还原便于学生理解，掌握，记忆，能有效提高课堂教学质量。学生也更容易接纳、学习，能提高学生的学习动机，激发求知欲望。多种教学手段的应用也有助于学生对知识的掌握，例如合理使用多媒体、板书、视频、学习小组讨论等，并以习题辅导等。

4）积极发挥课程考核方式，结合课程改革推进。采取考核多样化，加大平时成绩比重，杜绝期末考试定成绩的局面。可将课前预习报告，课后作业，课堂论文纳入平时成绩。课前预习报告占20%，课后作业占20%，课堂论文占20%，期末成绩占40%。

5）在课程的教学课程中，除了教授学生们基础知识和应用基础知识，还应该介绍量子力学最新前沿的发展动态，将国内外优秀的一些量子力学研究理论融入课堂，鼓励学生查阅优秀物理网站和科研文章，使学生了解最新的量子力学领域的发展动态，扩展学生的眼界。

6）在教学方法上，教师应该根据学生的知识基础与课程教学内容的特点，改变传统的灌输式、填鸭式，结合课程改革实行现代的启发式、研究式、渗透式、讨论式等多种教学方法，将统一教学与个性辅导相结合，留下部分较简单的章节学生自习，便于发挥学生自主学习能力。

4 总结

要上好这门课程，首先教师应拥有扎实的量子力学知识，熟悉本课程的教学目的，掌握课程大纲，通过了解学生的实际情况，适量运用现代化教学工具和新式教育方法来帮助学生了解并掌握知识。教师必须坚持以学生为主体，为学生为本，不断科研，不断思考，不断完善自身知识储量来进行量子力学教学探讨、研究教学改革思路、途径和方法等，进一步提高量子力学教学质量。

教学改革是搞好大学教育的动力.在教学中，作者虽然进行了一些有益的改革尝试，取得了一些成果，但仍有一些问题有待解决，例如量子力学课程教学应如何与学生毕业后的工作联系起来，如何为学生今后走向企业的道路提供服务。