時間：2023-12-01 10:08:07
序論：在您撰寫量子力學重要概念時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
乍看,題目好象哲學的。不屑哲學,只談物理。
大量研究表明,目前為止的實驗已經(jīng)給出物質(zhì)世界準確信息,物理學重要任務之一就在于找出這信息并揭示其內(nèi)在規(guī)律。遺憾的是,目前為止的理論(無例外)均未能如此。然而國內(nèi)外學界卻一致認為理論物理大廈框架——《量子力學》已經(jīng)建成,剩下只是裝修和美化了。
但經(jīng)本文研究表明,《量子力學》對一些基本物理學問題的實質(zhì)并不清楚,往往似是而非。然而《量子力學》卻娓娓動聽、夸夸其談,實則以其昏昏使人昭昭!請看事實:
1.1 關(guān)于“量子化”根源問題。
微觀世界“量子化”已被證實,人們已經(jīng)公認。但接踵而來的就是“量子化”根源問題,又機制怎樣?這本是物理學根本任務之一。已有的理論包括愛因斯坦、玻爾、量子力學都未能回答。然而量子力學家們卻置這本職任務于不顧,翩翩起舞與數(shù)學喧賓奪主、相互玩弄!
就是說,《量子力學》是在未有弄清量子化根源前提下侈談“量子”的“科學”。其結(jié)果只能使原子結(jié)構(gòu)憑空量子化,量子化則成為無源之水,無本之木。這就是目前物理科學之現(xiàn)狀!
可有人,例如一位量子力學教授辯論時說:“量子化是電子自身固有屬性,陰極射線中的電子能量也是量子化的”。
雖然,這量子力學家利用了“微小量子”數(shù)學“極限”概念進行詭辯,顯得很聰明,但卻誤了人類物理學前程!
不可否認的事實是:陰極射線中的電子、X射線韌致輻射電子、高能加速器中電子或其它自由電子能量都連續(xù)可變,決不表現(xiàn)量子化!這無疑表明量子化不是電子自身固有屬性。那末,原子結(jié)構(gòu)中能量量子化必有其它原因。顯然這是基本物理學問題,作為理論物理又是非弄清不可的問題。其它科學例如數(shù)學,由于任務不同尚可不必關(guān)心量子化根源問題。然,作為理論物理決不可以!本文如下將準確具體討論量子化根源問題以及物質(zhì)世界又怎樣量子化的,并給出8位數(shù)字有效精度與實驗完全相符的計算結(jié)果。 1.2 理論與實踐關(guān)系問題
既然憑空將電子能量量子化,就難免臆造之嫌,所以《量子力學》就下意識往實驗上靠――“符合”試驗。然而,既下意識就難免拙劣,請看事實:
世界著名理論物理第六冊——《量子力學》(文獻 [1]) 中著:“量子力學,可建立于數(shù)個基本假定上,大體上這些基本假定分屬兩大項……,兩項的假定便構(gòu)成一量子力學完整系統(tǒng)”。
這明確表明,量子力學就是建立在基本假定上的(種種猜測)。“科學學”研究還表明:任何建立在基本假定上的東西都不可能是科學!然而量子力學家們卻娓娓動聽說:“量子力學是建立在實驗基礎(chǔ)上的科學”。這不是彌天大謊么?!
文獻 [1] 在建立對易關(guān)系:
pq -qp = (?/i)E ――――――――― (1)
時說:“這是一基本假定”。并告誡人們:“不可懂”!就是說(1)式不能用任何數(shù)學——物理方法導出,即:不否認這是一種猜測。然而,(1)式就是昭著世界的“波動方程”的基礎(chǔ),也就是量子力學的理論基礎(chǔ)。
所以確切地說,量子力學就是建立在基本假定上的種種猜測。這分明表現(xiàn)的是量子力學家們主觀意識!
研究表明,量子力學所謂實驗基礎(chǔ),首先在于德布羅意“物質(zhì)波”理論。認真研究表明,物質(zhì)波究竟是什么?德布羅意本人未有弄清,后人至今仍未弄清,又怎能說“建立在實驗基礎(chǔ)上”呢?!
研究表明,量子力學的實際過程是:德布羅意對自然現(xiàn)象進行一次連他自己也弄不清的抽象(猜測)(以下證明),提出“物質(zhì)波”概念。量子力學對這不清的概念又進行一次抽象(猜測)(以下證明),提出“波函數(shù)”(Ψ)概念,并且通過一種算符將其作用到一個基本假定即(1)式上,便鑄成了著名的“波動方程” ——量子力學的理論基礎(chǔ):
(h2/2m)2Ψ + (E-V)Ψ = 0 ――――― (2)
由于量子力學憑空引進“波函數(shù)Ψ”,實際上就賦予了電子神奇性質(zhì)。正是這種神奇性質(zhì)使得量子力學具備了非凡詭辯能力。
1.3 量子力學詭辯倫理
1.3.1 關(guān)于理論基礎(chǔ)詭辯
以上及以下討論都證明,量子力學是,由于缺乏了解,錯誤地估計了試驗(以下嚴格證明),用了錯誤的基本假定(不能由任何合理方法導出)而形成的,錯誤理論。然而量子力學家們卻口口聲聲:“量子力學是建立在實驗基礎(chǔ)上地科學”。這分明是在詭辯,再加上社會意識,量子力學又具備了狡辯能力。 1.3.2 關(guān)于物質(zhì)波的狡辯
對于“物質(zhì)波”概念,量子力學 [1] 應用了三個基本假定:其一假定“對易關(guān)系”即(1)式,由此構(gòu)成量子力學骨架;其二假定“測不準原理”,由此編造了電子“幾率云”圖像;其三假定“波粒互補原理”,這種原理本身就是一種詭辯,因為“波粒二象性”問題目前仍屬困難不解的世界性難題。于是量子力學精心泡制出“波函數(shù)Ψ”并強加給電子。經(jīng)如此之假定,電子便具備了神奇性質(zhì)——量子力學家們的主觀意識。
然而“波函數(shù)”的物理意義究竟是什么?量子力學家們著實應向人們交代清楚,遺憾的是任何學家都未能如愿。實際上對波函數(shù)Ψ的真實物理意義,量子力學家們也只是:你知、我知、天知、地知,凡人不可知。這分明是狡辯理論!
如果需要,量子力學(文獻 [1])首先拿出:
2πa=n ―――――――――――――― (3)
很明顯式中 2πa是粒子中心軌跡。于是說,物質(zhì)波是粒子軌跡波動。此說極易征服初學者,但此說問題也易敗露。量子力學立即改變說法,言(3) 式系近代物理概念,對此不能用經(jīng)典概念理解。于是又出現(xiàn):
1.3.3 關(guān)于“經(jīng)典”與“近代”狡辯
量子力學經(jīng)常炫耀是近代科學理論,已經(jīng)超脫經(jīng)典,又不時貶低經(jīng)典理論。
然而,以下討論完全證明:量子力學除了主觀臆造因素外,完全沒有離開經(jīng)典物理一步,也未超出經(jīng)典物理一點,就連波函數(shù) Ψ 的表達式(無例外)也完全是經(jīng)典數(shù)學和經(jīng)典力學關(guān)系式,并且以下用不可否認的事實——量子力學所犯經(jīng)典錯誤,表明量子力學連經(jīng)典理論也不通。所以,量子力學所謂超脫經(jīng)典,正在于一些基本假定連同主觀臆造。在此種意義上說,量子力學不僅超脫經(jīng)典,而且也超脫科學! 1.3.4 量子力學方法論狡辯
確切說,量子力學不能給波函數(shù) Ψ 做出完整的真實物理學定義,但在理論中卻輪番使用: ①波函數(shù) Ψ 表示粒子中心軌跡波動;②波函數(shù) Ψ 表示粒子出現(xiàn)幾率;③波函數(shù) Ψ 表示彌撒物質(zhì)波包三種概念。有了三種概念,又可各取所需,自然一切物理問題都“迎刃而解”了。
然而,量子力學同時又“有權(quán)”輪番否定這三種概念。但卻不是自我否定,而是另一種需要——否定其它理論,其中包括真理。要指出的是,量子力學輪番使用三種概念,又輪番否定這三種概念,并不是在同一時間同一地點進行的。因為應用一種概念的同時又否定這種概念,這是賣矛又賣盾的故事,連兒童都知道是蠢事。顯然量子力學家比兒童高明得多,這叫認識方法狡辯。
似這樣,在哲學面前,用“建立在實驗基礎(chǔ)上”量子力學可以蒙混過關(guān);其它科學由于研究任務不同,不會關(guān)心“量子化”根源,又由“領(lǐng)地”限制也無權(quán)過問波函數(shù)的真實意義;量子力學又可各取所需輪番應用和輪番否定①、②、③三種概念。于是,量子力學便以狡辯贏得了世界理論權(quán)威!
1.4 關(guān)于“符合”試驗問題
以下將證明,量子力學所謂符合實驗,實際上系對實驗的猜測。量子力學很善于做貌似合理實則謬誤的猜測(以下揭示),并美其名曰“符合”試驗。其實,對實驗的真實物理過程并不清楚,又何談相符呢?請看事實:
基于玻爾理論的成功,量子力學作兩項重要推廣。 心理學原因,人們對這種推廣又愿意接受。然而卻出現(xiàn)本質(zhì)性原則錯誤,請看:
1.4.1 量子力學推廣(一)
由于氫原子的試驗電離能與玻爾理論真實能級相近,于是量子力學推廣為:
試驗電離能 = 原子真實能級 ―――――――――― (4)
將該式推廣到多電子原子中顯然很省力氣,但這是嚴重錯誤。請看氦原子事實:
試驗(文獻[1])測得氦原子兩個電離能,這里分別用 E1,E2 表示為:
E1= 1.80(Rhc) = 24.58(ev) ―――――――― (5)
E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――――― (6)
量子力學[1]認為這就是氦原子的兩個真實能級。
若用 E玻 表示類氫氦離子基態(tài)能玻爾理論值,則
E玻 = 54.42(ev) ――――――――――――― (7)
顯然下式成立:
E2 = E1+ E玻 ―――――――――――――― (8)
該式明確表明 E2 不是氦原子的真實能級,因為其中包含有 E1 ,即第一電離能。
那么,實驗值 E2 即(8)式表示什么物理內(nèi)容呢?
研究表明:要使氦原子第二電子電離,儀器必先付出能量 E1=24.58(ev) 先使第一電子電離,這好比代價,氦原子于是變成類氫氦離子,其基態(tài)能為 E玻=54.42(ev)。要使它電離,儀器必須再付出與 E玻 相等的能量,才能使第2電子電離。那么儀器付出總能量必為 E2=E1+E玻,這就是氦原子電離實驗真實過程,由此不難結(jié)論:
1.4.2 據(jù)電離實驗本文結(jié)論
電離實驗結(jié)論一:氫原子及類氫氦離子玻爾理論值正確。
電離實驗結(jié)論二:目前電離能實驗值 ≠ 原子真實能級。
電離實驗結(jié)論三:所有元素最低能級皆為其類氫離子能級,不存在比這更低的能級。 然而量子力學(文獻[1]、[3])卻競相用“微擾法”、“變分法”乃至用修正核電荷方法逼近計算這氦原子的“能級”E2 :
E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――― (9)
關(guān)鍵詞： 量子力學 教學方法改革 創(chuàng)新思維
量子力學是研究微觀粒子運動規(guī)律的科學，自誕生以來它就成功地說明了原子及分子的結(jié)構(gòu)、固體的性質(zhì)、輻射的吸收與發(fā)射、超導等物理現(xiàn)象。作為物理學專業(yè)的專業(yè)理論課，量子力學在物理學專業(yè)中具有極其重要的地位?，F(xiàn)代物理學的各個分支，如高能物理、固體物理、核物理、天體物理和激光物理等都是以量子力學為基礎(chǔ)，并且已經(jīng)滲透到化學和生物學等其他學科。同時量子理論還具有巨大的實用價值，半導體器件和材料、激光技術(shù)、原子能技術(shù)和超導材料等都是以量子力學原理為基礎(chǔ)的。
通過對量子力學的學習，學生可以掌握現(xiàn)代科學技術(shù)最重要的基礎(chǔ)理論，還可以提高科學素質(zhì)和思想素質(zhì)，但是量子力學中的概念和解決問題的方法與經(jīng)典物理有著本質(zhì)的不同。學生普遍反映量子力學抽象、枯燥、難理解、抓不住重點，學習起來非常困難。針對以上問題，我對教學進行了思考和探討，采用了一些切實可行的措施，提高了學生的學習興趣，使學生更好地掌握了量子力學知識，同時培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維。
一、教學過程中存在的問題
在量子力學的教學過程中，我發(fā)現(xiàn)以下幾個問題。
1.量子力學是一門十分抽象的課程，其中許多概念、原理都不好理解，并且量子力學從概念到解決問題的方法跟經(jīng)典物理有著根本性的區(qū)別，但是很多學生習慣性地用經(jīng)典的思想去理解量子力學，這樣就不自覺地增加了難度。比如“波粒二象性”，經(jīng)典物理認為波動性和粒子性是互不相關(guān)的、相互獨立的，而量子力學認為波動性和粒子性是微觀粒子同時具備的兩種屬性。
2.學習量子力學，數(shù)學知識是必不可少的。量子力學中有著繁雜的數(shù)學知識，例如，數(shù)學分析中的微積分，代數(shù)學中的矩陣論，數(shù)學物理方程的微分方程，復變函數(shù)，等等。在教學過程中發(fā)現(xiàn)，不少學生對已學過的數(shù)學知識掌握得不是很牢固，在推導公式的過程中忘記了公式所描述的物理內(nèi)涵，影響了對量子力學知識的理解。
3.由于量子力學的課時緊張，教學過程中采用了傳統(tǒng)的教學模式，由教師到學生的“單向傳授”的教學形式。學生失去了主體地位，只能被動地接受知識，學習的興趣和積極性不高，導致教學效率降低。
二、量子力學的教學方法改革
1.采用多種教學手段相結(jié)合的教學模式。由于量子力學的內(nèi)容抽象難懂，又是建立在一系列基本假定的基礎(chǔ)之上，不少學生很難接受，甚至認為這門課程沒有用處。在量子力學的教學過程中，由單一的教師講授過渡到板書、錄像、課件、演示實驗等各種手段相結(jié)合的教學模式，將圖、文、聲、像等信息有機地組合在一起，形象、直觀、生動，容易激發(fā)學生的學習興趣。同時，通過網(wǎng)絡技術(shù)，學生可以享受到本校的教學資源，還可以突破空間的限制，享受到全國高水平的教學資源，從而豐富學生的資料庫，也為各學校的師生討論交流提供一個很好的平臺。
隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，知識更新非常快。在教學中，教師應及時將與量子力學相關(guān)的科技前沿和高新技術(shù)引入教學中，介紹與量子力學密切相關(guān)的課題，闡明科學技術(shù)中所蘊含的量子力學原理。如我們在講解一維無限深勢阱時，將其與半導體量子阱和超晶格這一科學前沿相聯(lián)系；在講解隧道效應時，將其與掃描隧道顯微鏡相聯(lián)系，進而介紹掃描探針操縱單個原子的實驗。同時在教學中，我們理論聯(lián)系實際，多介紹量子力學知識與材料科學、生命科學、環(huán)境科學等其他學科之間的密切聯(lián)系，重點介紹在材料科學中的廣泛應用，包括新材料設(shè)計、開發(fā)新材料、材料成分和結(jié)構(gòu)分析技術(shù)等。通過這種方式，學生對這一部分的知識有了直觀的認識，從而不再感到量子力學的學習枯燥無味，同時也提高了接受新知識、學習新知識的意識和能力。
2.結(jié)合數(shù)學知識，把物理情境的建立作為教學的重點。量子力學可以說無處不數(shù)學，這門學科對高級數(shù)學語言的成功運用，正是它高深與完美的體現(xiàn)。數(shù)學雖然加深了物理問題的難度，卻維護了理論的嚴謹性和科學性。當然這不是要求老師從頭到尾、長篇冗重地推演計算，合理地修剪枝杈既能讓學生抓住重點，又免使學生感到量子力學只是數(shù)學公式的推導。對于學習量子力學的同學，可以著重于對物理概念的剖析和物理圖像的描繪，繞過數(shù)學分析難點，通過簡化模型、對稱性考慮、極限情形和特例、量綱分析、數(shù)量級估計、概念延拓對比等得出結(jié)論。定量分析盡量只用簡單的高數(shù)和微積分、常見的常微分方程，對復雜的數(shù)學推導可以不做講解，只對少數(shù)優(yōu)秀生或感興趣的同學個別輔導。例如，在求解本征方程時，只介紹動量、定軸轉(zhuǎn)子能量本征值的求解；對無限深勢阱情況，薛定諤方程可類比普通物理中的簡諧振動方程；對氫原子和諧振子的能量本征值問題，只重點介紹思路、方法和結(jié)論，不作詳細推導。
3.充分應用類比法，講述量子力學。經(jīng)典力學是量子力學的極限情況，在教授過程中，應盡可能找到“經(jīng)典”對應，應用類比方法講述量子力學中抽象的概念和物理圖像，有助于正確理解量子力學的物理圖像。用光的單縫、雙縫衍射、干涉說明光的波動性，用光電效應、康普頓散射說明光的粒子性，運用這種方法有利于學生掌握光的波粒二象性。在將量子力學與經(jīng)典力學類比的同時，還要清楚量子力學與經(jīng)典力學在觀念、概念和方法上的區(qū)別。例如，經(jīng)典力學用位矢、速度描述物體的狀態(tài)，而量子力學用波函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)；經(jīng)典力學用牛頓第二定律描述狀態(tài)變化，量子力學用薛定諤方程描述狀態(tài)的變化。另外對于量子力學中的波粒二象性、態(tài)迭加原理、統(tǒng)計原理等都要與經(jīng)典力學中的相關(guān)概念區(qū)分開來，類比說明，闡明清楚其真正內(nèi)涵。
4.改變傳統(tǒng)教學模式，采用以學生為主體的教學模式。量子力學的現(xiàn)代教學多以“教師講授”為主，同時配合多媒體課件輔助教學，教學模式較傳統(tǒng)教學有所變化，多媒體課件教學雖然能夠在一定程度上激發(fā)學生的學習興趣，但仍然是“填鴨式”的教學法，沒能真正地改變傳統(tǒng)教學的弊端。因此在教學過程中，要避免課堂成為教師的一言堂，鼓勵學生提問，激發(fā)學生的逆向思維和非規(guī)范性思維等，通過創(chuàng)設(shè)問題情境使師生互動起來，提高學生學習量子力學的積極性，加深學生對這門課程的理解。還要組織學生開展相關(guān)課題討論，引導學生自主能動地思考，激發(fā)學生的學習興趣。
三、結(jié)語
“量子力學”是物理類專業(yè)基礎(chǔ)課程中教學的難點和重點，建立新的教學模式，有利于學生學習、理解和掌握這門課程。
參考文獻：
［1］曾謹言.量子力學［M］.科學出版社，1997.
［2］周世勛.量子力學教程［M］.高等教育出版社，1979.
［3］胡響明.淺談量子概念的理解［J］.高等函授學報（自然科學版），2004，（2）：29.
關(guān)鍵詞：量子力學；教學改革；物理思想
作者簡介：王永強（1980-），男，山西河曲人，鄭州輕工業(yè)學院技術(shù)物理系，講師。（河南?鄭州?450002）
基金項目：本文系鄭州輕工業(yè)學院第九批教學改革項目“《量子力學》課程體系與教學內(nèi)容的綜合改革和實踐”資助的研究成果。
中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0070-02
“量子力學”是20世紀物理學對科學研究和人類文明進步的兩大標志性貢獻之一，已經(jīng)成為物理學專業(yè)及部分工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，是學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)。通過這門課程的學習，學生能熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。同時，這門課程對培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學”本身是一門非常抽象的課程，眾多學生談“量子”色變，教學效果可想而知。如何激發(fā)學生學習本課程的熱情，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，提高量子力學的教學水平和教學質(zhì)量，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄭州輕工業(yè)學院（以下簡稱“我?！保┙虒W實際，在“量子力學”的教學內(nèi)容和教學方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。
一、“量子力學”教學內(nèi)容的改革
量子力學理論與學生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無關(guān)聯(lián)，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。因此，在“量子力學”教學中，一方面需要學生摒棄在經(jīng)典物理學習中形成的固有觀念和認識，另一方面在學習某些基本概念和基本理論時又要求學生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數(shù)學推導之中，導致學習興趣缺失。針對以上教學中發(fā)現(xiàn)的問題，筆者對“量子力學”課程的教學內(nèi)容作了一些有益的調(diào)整。
1.理清脈絡，強化知識背景
從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發(fā)展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發(fā)展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內(nèi)容時，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實驗數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時，還可以通過定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。
2.重在物理思想，壓縮數(shù)學推導
在物理學研究中，數(shù)學只是用來表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數(shù)學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質(zhì)。對一些涉及繁難數(shù)學推導的內(nèi)容，在教學中刻意忽略具體數(shù)學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數(shù)學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現(xiàn)成結(jié)論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。
二、教學方法改革
傳統(tǒng)的“填鴨式”教學法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學生在教學活動中始終處于被動接受地位，極大地壓制了學生學習的主觀能動性，十分不利于知識的獲取以及對學生創(chuàng)新能力及科學思維的培養(yǎng)。而且，“量子力學”這門課程本身實驗基礎(chǔ)薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學習積極性必然受挫，學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發(fā)其學習的積極性，培養(yǎng)其科學探索精神及創(chuàng)新能力，筆者在教學方法上進行了一些有益的探索。
1.發(fā)揮學生主體作用
除卻必要的教學內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動時間。教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內(nèi)容，使學生對已學內(nèi)容進行復習、總結(jié)、辨析，以加深理解；或者針對未講授內(nèi)容，激發(fā)學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態(tài)問題后就可引導學生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），[1]這樣學生就會積極地預習下節(jié)內(nèi)容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網(wǎng)絡資源等尋求解決，培養(yǎng)學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。
2.注重構(gòu)建物理圖像
在實際教學中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計解釋；[2]借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。
三、教學手段和考核方式改革
1.課程教學采用多種先進的教學方式
如安排小組討論課，對難于理解的概念和規(guī)律進行討論。先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時，有的學生認為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學生認為是經(jīng)典物理學的波。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，從而進一步激發(fā)了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請國內(nèi)外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。
2.堅持研究型教學方式[3]
把課程教學和科研相結(jié)合，在教學過程中針對教學內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過結(jié)合最新的科研動態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應用以培養(yǎng)學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學的每一個分支及相關(guān)的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎(chǔ)，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎(chǔ)；量子力學在通信和納米技術(shù)中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關(guān)系等，在教學中適當?shù)卮┎暹@些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。
3.利用量子力學課程將人文教育與專業(yè)教學相結(jié)合
量子力學從誕生到發(fā)展的物理學史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在19世紀末至20世紀初，經(jīng)典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現(xiàn)象的實驗結(jié)果嚴重沖擊經(jīng)典物理學理論，讓經(jīng)典物理學陷入危機四伏的境地。1900年，德國物理學家普朗克創(chuàng)造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時是不連續(xù)的（普朗克假設(shè)），而且在物質(zhì)相互作用中也是不連續(xù)的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經(jīng)驗光譜公式。泡利突破玻爾半經(jīng)典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經(jīng)典理論分庭抗禮。[4]和學生一起重溫量子力學史的發(fā)展之路，在教學過程中展現(xiàn)量子力學數(shù)學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。
4.考試方式改革
在本課程的教學中采用了教考分離，通過小考題的形式復習章節(jié)內(nèi)容，根據(jù)學生的實際水平適當輔導答疑，注重學生對量子力學基礎(chǔ)知識理解的考核。對于評價系統(tǒng)的建立，其中平時成績（包括作業(yè)、討論、綜合表現(xiàn)等）占30％，期末考試占70％。從實施的效果來看，督促了學生的學習，收到了較好的效果，受到學生的歡迎。
四、結(jié)論
通過近年來的改革嘗試，我校的“量子力學”教學水平穩(wěn)步提高，加速了專業(yè)建設(shè)。2009年，我校“量子力學”被評為校級精品課程，教學改革成果初現(xiàn)。然而，關(guān)于這門課程的教學仍存在不少問題，如教學手段單一、與生產(chǎn)實踐結(jié)合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學中進一步改進。
參考文獻：
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[2]呂增建.從量子力學的建立看類比思維的創(chuàng)新作用[J].力學與實踐,
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量子力學是近代物理的兩大支柱之一，它的建立是20世紀劃時代的成就之一，可以毫不夸張地說沒有量子力學的建立，就沒有人類的現(xiàn)代物質(zhì)文明[1]。大批優(yōu)秀的物理學家對原子物理的深入研究打開了量子力學的大門，這一人類新的認知很快延伸并運用到很多物理學領(lǐng)域，并且，導致了很多物理分支的誕生，如：核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理和激光物理等[2]。量子力學在近代物理中的地位如此之重，所以成為物理專業(yè)學生最重要的課程之一。但在實際教學過程中，學生普遍感到量子力學太過抽象、難以掌握。如何改革教學內(nèi)容，將量子力學的基本觀點由淺入深，使學生易于理解；如何改革教學手段，培養(yǎng)學生興趣，使學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習。這是量子力學教學中遇到的主要問題。作者從幾年的教學中摸索到一些經(jīng)驗，供大家參考。
一、教學內(nèi)容和方法的改革
傳統(tǒng)的本科量子力學教學一般包括了三大部分：第一部分是關(guān)于粒子的波粒二象性，正是因為微觀粒子同時具有波動性和粒子性，才造成了一些牛頓力學無法解釋的新現(xiàn)象，例如測不準關(guān)系、量子隧道效應等等；第二部分是介紹量子力學的基本原理，這部分是量子力學的核心內(nèi)容，如波函數(shù)的統(tǒng)計解釋、態(tài)疊加原理、電子自旋等；第三部分是量子力學的一些應用，如定態(tài)薛定諤方程的求解，微擾方法。以上三個部分相互聯(lián)系構(gòu)成了量子力學的整體框架[3]。隨著量子力學的進一步發(fā)展，產(chǎn)生了很多新的現(xiàn)象和成果。例如量子通訊、量子計算機等等。許多學生對量子力學的興趣就是從這些點點滴滴的新成果中得到的。如果我們?nèi)园磦鹘y(tǒng)的內(nèi)容授課，學生學完了這門課程發(fā)現(xiàn)感興趣的那點東西完全沒有接觸到，就會對所學的量子力學感到懷疑，而且極大地挫傷了學習自然科學的興趣。所以作者建議在教學過程中適當添加一些量子力學的新成果和新現(xiàn)象，來激發(fā)學生的學習興趣[4]。在教學方法上也應該按照量子力學的特點有所改革。由于量子力學的許多觀點和經(jīng)典力學完全不同，如果我們還是按照經(jīng)典力學的方法來講，就會引起學生思維上的混亂，所以建議從一開始就建立全新的量子觀點。例如軌道是一經(jīng)典概念，在講授玻爾的氫原子模型時仍然采用了軌道的概念，但在講到后面又說軌道的概念是不對的，這樣學生就會懷疑老師講錯誤的內(nèi)容教給了他們，形成邏輯上的混亂。我們應該從一開始就建立量子的觀點，淡化軌道的概念，這樣學生更容易接受。
二、重視緒論課的教學
興趣是最好的老師。作為量子力學課程的第一節(jié)課，緒論課的講授效果對學生學習量子力學的興趣影響很大，所以緒論課直接影響到學生對學習量子力學這門課程的態(tài)度。當然很多學生非常重視這門課程，但學這門課的主要目的是為將來參加研究生入學考試，僅僅只是在行動上重視，而沒有從思想上重視起來。如何使這部分學生從被動的學習量子力學變?yōu)橹鲃拥貙W習，這就要從第一節(jié)課開始培養(yǎng)。在上緒論課時作者主要通過以下幾點來抓住學生的興趣。首先列舉早期與量子力學相關(guān)的諾貝爾物理學獎。諾貝爾獎得主歷來都是萬眾矚目的人物，學生當然也會有所關(guān)心，而且這些諾貝爾獎獲得者的主要工作在量子力學這門課程中都會一一介紹，這樣一方面通過舉例子的方法強調(diào)了量子力學在自然科學中的重要地位，另一方面為學生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎留下懸念。抓住學生興趣的第二個主要方法是列舉一些量子力學中奇特的現(xiàn)象，激發(fā)學生探索奧秘的動力，例如波粒二象性帶來的“穿墻術(shù)”、量子通訊、如何測量太陽表面溫度等等，這些都很能激發(fā)學生學習量子力學的興趣。綜上所述，緒論課的教學在整個教學過程中至關(guān)重要，是引導學生打開量子力學廣闊天地的一把鑰匙。
三、重視物理學史的引入
隨著量子力學學習的深入，學生會接觸到越來越多的數(shù)學公式以及數(shù)學物理方法的內(nèi)容，雖然學生會對量子力學的博大精深以及人類認知能力驚嘆不已，但在學習過程中感覺越來越枯燥乏味。并且，學生學習量子力學的興趣和信息在這個時候受到很大的考驗，想要把豐碩的量子力學成果以及博大精深的內(nèi)涵傳達給學生，就得在適當?shù)臅r候增加學生的學習興趣。實際上，很多學生對量子力學的發(fā)展史有很濃厚的興趣，甚至成為學生閑聊的素材，因此，在適當?shù)臅r候講述量子力學發(fā)展史可以增加學生學習量子力學的學習興趣和熱情。在講授過程中，可以結(jié)合教學內(nèi)容，融入量子力學發(fā)展史中的名人逸事和照片，如：索爾維會議上的大量有趣爭論和物理學界智慧之腦的“明星照”，或用簡單的方法用板書的形式推導量子力學公式。例如在講到黑體輻射時，作者講到普朗克僅僅用了插值的方法，就給出了一個完美的黑體輻射公式。而插值的方法普通的本科生都能熟練掌握，這一方面鼓勵學生：看起來很高深的學問，其實都是由很簡單的一系列知識組成，我們每個人都有可能在科學的發(fā)展過程中做出自己的貢獻；另一方面教導學生，不要看不起很細微的東西，偉大的成就往往就是從這些地方開始。在講到普朗克為了自己提出的理論感到后悔，甚至想盡一切的辦法推翻自己的理論時，告訴學生科研的道路并不是一帆風順的，堅持自己的信念有時候比學習更多的知識還要重要。在講到德布羅意如何從一個紈绔子弟成長為諾貝爾獎獲得者；在講到薛定諤如何在不被導師重視的條件下建立了波動力學；在講到海森堡如何為了重獲玻爾的青睞，而建立了測不準關(guān)系；在講到烏倫貝爾和古茲米特兩個年輕人如何大膽“猜測”，提出了電子自旋假設(shè)，這些學生都聽得津津有味。這些小故事不僅讓學生從中掌握的量子力學的基本觀點和發(fā)展過程，而且對培養(yǎng)學生的思維方法和科研品質(zhì)都有很大幫助。
四、教學手段的改革
量子力學中有很多比較抽象原理、概念、推導過程和現(xiàn)象，這增加了學生理解的難度。而且在授課過程中有大量的公式推導過程，非常的枯燥。所以在教學過程中穿插一些多媒體的教學形式，多媒體的應用能夠彌補傳統(tǒng)教學的不足，比如：把瞬間的過程隨意地延長和縮短，把復雜的難以用語言描述的過程用動畫或圖片的形式分解成詳細的直觀的步驟表達清楚[5]。相對于經(jīng)典物理來說，量子力學課程的實驗并不多，在講解康普頓散射、史特恩-蓋拉赫等實驗時，可以運用多媒體技術(shù)，采用圖形圖像的形式模擬實驗的全過程。用合適的教學軟件對真實情景再現(xiàn)和模擬，讓學生多冊觀察模擬實驗的全過程。量子力學的一些東西不容易用語言表達清楚，在頭腦中想象也不是簡單的事情，多媒體的應用可以彌補傳統(tǒng)教學的這塊短板，形象地模擬實驗，幫助學生理解和記憶。比如電子衍射的實驗，我們不僅可以用語言和書本上的圖片描述這個過程，還可以通過多媒體用動畫的形式表現(xiàn)出來，讓電子通過動畫的形式一個一個打到屏幕上，形成一個一個單獨的點來顯示出電子的粒子性；在快進的形式描述足夠長時間之后的情況，也就是得出電子的衍射圖樣，從而給出電子波動性的結(jié)論和波函數(shù)的統(tǒng)計解釋，經(jīng)過這樣的教學形式，相信學生能夠更加深刻地理解微觀粒子的波粒二象性[6]。但在具體授課過程中不能完全地依賴于多媒體教學，例如在公式的推導過程中，傳統(tǒng)的板書就非常接近人本身的思維模式，容易讓學生掌握，如果用多媒體一帶而過，往往效果非常的不好。所以教學過程中應該傳統(tǒng)教學和多媒體教學并重，對于一些現(xiàn)象的東西多媒體表現(xiàn)更為出色；而一些理論方面的東西傳統(tǒng)的板書更為有利，兩者相互結(jié)合可以大大提高教學效率，增強課堂教學效果和調(diào)動學生的學習積極性[7]。
五、加強教學過程的管理
量子力學課程是工科電類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過該課程的學習，使學生初步掌握量子力學的基本原理和基本方法，認識微觀世界的物理圖像以及微觀粒子的運動規(guī)律，了解宏觀世界與微觀世界的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)的區(qū)別。量子力學課程教學質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)的如“固體物理學”、“半導體物理學”、“集成電路工藝原理”、“量子電子學”、“納米電子學”、“微電子技術(shù)”等課程的學習。
量子力學課程的學習要求學生具有良好的數(shù)學和物理基礎(chǔ)，對學生的邏輯思維能力和空間想象能力等要求較高，因此要學好量子力學，在我們教學的過程中，需要充分發(fā)揮學生的學習主動性和積極性。同時，隨著科學日新月異的發(fā)展，對量子力學課程的教學也不斷提出新的要求。如何充分激發(fā)學生的學習興趣，充分調(diào)動學生的學習主動性和能動性，切實提高量子力學課程的教學質(zhì)量和教師的教學水平，已經(jīng)成為擺在高校教師目前的一項重要課題。
該課程組在近幾年的教學改革和教學實踐中，本著高校應用型人才的培養(yǎng)需求，強調(diào)量子力學基本原理、基本思維方法的訓練，結(jié)合物理學史，充分激發(fā)學生的學習積極性；充分利用熟知軟件，理解物理圖像，激發(fā)學生學習主動性；結(jié)合現(xiàn)代科學知識，強調(diào)理論在實踐中的應用，取得了良好的教學效果。
1 當前的現(xiàn)狀及存在的主要問題
目前工科電類專業(yè)普遍感覺量子力學課程難學，其主要原因在于：第一，量子力學它是一門全新的課程理論體系，其基本理論思想與解決問題的方法都沒有經(jīng)典的對應，而學習量子力學必須完全脫離以前在頭腦中根深蒂固的“經(jīng)典”的觀念；第二，量子力學的概念與規(guī)律抽象，應用的數(shù)學知識比較多，公式推導復雜，計算困難；第三，雖然量子力學問題接近實際，但要學生理解和解決問題，還需要一個過程；由于上述問題的存在，使初學者都感到量子力學課程枯燥無味、晦澀難懂，而且隨著學科知識的飛速發(fā)展，知識的更新周期空前縮短，在有限的課時情況下，如何使學生在掌握扎實的基礎(chǔ)知識的同時，跟上時代的步伐，了解科學的前沿，以適應新世紀人才培養(yǎng)的需求，是擺在我們教育工作者面前的巨大挑戰(zhàn)。
2 結(jié)合物理學史激發(fā)學生學習興趣
興趣是最好的老師，在大學物理中，談到了19世紀末物理學所遇到的“兩朵烏云”，光電效應和紫外災難，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解決了黑體輻射的問題；后來，愛因斯坦在普朗克的啟發(fā)下，提出了光量子的概念，解釋了光電效應，并提出了光的波粒二象性；德布羅意又在愛因斯坦的啟發(fā)下，大膽的提出實物粒子也具有波粒二象性；對于物理學的第三朵烏云“原子的線狀光譜，”玻爾提出了關(guān)于氫原子的量子假設(shè)，解釋了氫原子的結(jié)構(gòu)以及線狀光譜的實驗。后來還有薛定諤、海森堡、狄拉克等偉大的物理學家的努力，建立了一套嶄新的理論體系-量子力學。在教學的過程中，適當穿插量子力學的發(fā)展歷史以及偉大科學家的傳記故事，避免了量子力學課程“全是數(shù)學的推導”的現(xiàn)狀，這樣激發(fā)學生的學習興趣和學習熱情，通過對偉大科學家的介紹，培養(yǎng)刻苦鉆研的精神。實踐表明，這樣的教學模式大大提高了學生的學習主動性。
3 結(jié)合熟知軟件化抽象為形象
量子力學內(nèi)容抽象，對一些典型的結(jié)論，可以用軟件模擬的方式實現(xiàn)物理圖像的重現(xiàn)。很多軟件如matlab、c語言等很多學生不是很熟練，而且編程較難，結(jié)合物理結(jié)論作圖較為困難；Excell是學生常用的軟件之一，簡單易學卻功能強大，幾乎每位同學都非常熟練，我們充分利用這一點，將Excell軟件應用到量子力學的教學過程中，取得了良好的效果。
如在一維無限深勢阱中，我們用解析法嚴格求解得到了波函數(shù)和能級的方程。而波函數(shù)的模方表示幾率密度。我們要求學生用Excell作圖，這樣得到粒子阱中的幾率分布，通過與經(jīng)典幾率的比較（經(jīng)典粒子在阱中各處出現(xiàn)的幾率應該相等）和經(jīng)典能級的比較（經(jīng)典的能量分布應該是連續(xù)的函數(shù)），通過學生的自我參與，充分激發(fā)了學生的求知欲望；從簡單的作圖，學生深刻理解了微觀粒子的運動狀態(tài)的波函數(shù)；微觀粒子的能量不再是連續(xù)的，而是量子化了的能級，當n趨于無窮大時微觀趨向于經(jīng)典的結(jié)果，即經(jīng)典是量子的極限情況；通過學生熟知的軟件，直觀的再現(xiàn)了物理圖像，學生會進一步來深刻思考這個結(jié)論的由來，傳統(tǒng)的教學中，我們先講薛定諤方程，然后再解這個方程，再利用邊界條件和波函數(shù)的標準條件，一步一步推導下來，這樣的教學模式有很多學生由于數(shù)學的基礎(chǔ)較為薄弱，推導過程又比較繁瑣，因此會逐步對課程失去了興趣，這也直接影響了后面章節(jié)的學習，而通過學生親自作圖實現(xiàn)的物理圖像，改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學，最大限度的使學生參與到課程中，這樣的效果也將事半功倍了，大大提高了教學的效果。
4 結(jié)合科學發(fā)展前沿拓寬學生視野
在課程的教學中，除了注重理論基礎(chǔ)知識的講解和基礎(chǔ)知識的應用以外，還需介紹量子力學學科前沿發(fā)展的一些動態(tài)。結(jié)合教師的教學科研工作，將國內(nèi)外反映量子力學方面的一些最新的成果融入到課程的教學之中，推薦和鼓勵學生閱讀反映這類問題的優(yōu)秀網(wǎng)站、科研文章，使學生了解量子力學學科的發(fā)展前沿，從而達到拓寬學生視野，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目的。例如近年興起并迅速發(fā)展起來的量子信息、量子通訊、量子計算機等學科，其基礎(chǔ)理論就是量子力學的應用，了解了這些發(fā)展，學生會反過來進一步理解課程中如量子態(tài)、自旋等概念，量子態(tài)和自旋本身就是非常抽象的物理概念，他們沒有經(jīng)典的對應，通過對實驗結(jié)果的理解，學生會進一步理解用態(tài)矢來表示一個量子態(tài)，由于電子的自旋只有兩個取向，正好與計算機存儲中二進制0和1相對應，這也正是量子計算機的基本原理，通過學生的主動學習，從而達到提高教學質(zhì)量的目的。另外我們還要介紹量子力學在近代物理學、化學、材料學、生命學等交叉學科中的應用，拓寬學生的視野。
【關(guān)鍵詞】量子力學；教學方法；物理思想
“量子力學”是20世紀物理學對人類科學研究兩大標志性貢獻之一，已經(jīng)成為理工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，學生熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。對提高學生科學素，養(yǎng)培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識及亦具有十分重要的意義。但是，量子力學理論與學生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無關(guān)聯(lián)，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數(shù)學推導之中，導致學習興趣缺失。針對這些教學中的問題，如何激發(fā)學生學習本課程的熱情，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。對“量子力學”課程的教學內(nèi)容應作一些合理的調(diào)整。
1 合理安排教學內(nèi)容
1.1 理清脈絡，強化知識背景
從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發(fā)展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發(fā)展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內(nèi)容時，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實驗數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時，還可以通過定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。
1.2 重在物理思想，壓縮數(shù)學推導
在物理學研究中，數(shù)學只是用來表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數(shù)學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質(zhì)。對一些涉及繁難數(shù)學推導的內(nèi)容，在教學中刻意忽略具體數(shù)學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數(shù)學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現(xiàn)成結(jié)論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。
2 改進教學方法
“量子力學”這門課程本身實驗基礎(chǔ)薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取傳統(tǒng)的灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發(fā)其學習的積極性，培養(yǎng)其科學探索精神及創(chuàng)新能力，在教學方法上應進行積極的探索。
2.1 發(fā)揮學生主體作用
在必要的教學內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動時間。教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內(nèi)容，使學生對已學內(nèi)容進行復習、總結(jié)、辨析，以加深理解；或者針對未講授內(nèi)容，激發(fā)學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這
兩個典型的束縛態(tài)問題后就可引導學生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），這樣學生就會積極地預習下節(jié)內(nèi)容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網(wǎng)絡資源等尋求解決，培養(yǎng)學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。
2.2 注重構(gòu)建物理圖像
在實際教學中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計解釋；借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。
3 教學手段和考核方式改革
3.1 課程教學采用多種先進的教學方式
如安排小組討論課，對難于理解的概念和規(guī)律進行討論。先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時，有的學生會認為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學生會認為是經(jīng)典物理學的波。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，從而進一步激發(fā)了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請國內(nèi)外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。
3.2 堅持研究型教學方式
把課程教學和科研相結(jié)合，在教學過程中針對教學內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過結(jié)合最新的科研動態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應用以培養(yǎng)學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學的每一個分支及相關(guān)的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎(chǔ)，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎(chǔ)；量子力學在通信和納米技術(shù)中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關(guān)系等，在教學中適當?shù)卮┎暹@些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。
量子力學從誕生到發(fā)展的物理學史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在20世紀初，經(jīng)典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現(xiàn)象的實驗結(jié)果嚴重沖擊經(jīng)典物理學理論，讓經(jīng)典物理學陷入危機四伏的境地。量子力學的誕生，開啟了人類科學發(fā)展的新思維。開展好量子力學的教學活動，在教學過程中展現(xiàn)量子力學數(shù)學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，有利于極大的提高學生的科學素養(yǎng)，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。
【參考文獻】
[1]周世勛.量子力學教程[m].高教出版社，1979.
本書的主要目的，就是要證明這樣的替代物是存在的，它與50年前人們討論的所謂唯象隨機量子力學以及隨機零點場理論密切相關(guān)。這是一種漲落場，屬于經(jīng)典Maxwell方程的解，但是在零溫下有非零平均能。作者們認為量子化源于經(jīng)典物理與這種零點場漲落緊密聯(lián)系的深刻隨機過程，而量子力學的基本理論建筑在第一原理的基礎(chǔ)上，這個原理揭示從更深層次的隨機過程引發(fā)的涌現(xiàn)（Emergency，或譯突現(xiàn)）現(xiàn)象的量子化。
作者們在本書所呈現(xiàn)的理論觀點是經(jīng)過長時間的努力尋找而獲得的答案。長期以來，科研人員試圖尋找答案的以下問題：哪些概念對量子力學的發(fā)展起重要作用；是什么為這些概念提供了物理基礎(chǔ)；量子力學背后的物理學的最新發(fā)現(xiàn)中，有哪些對這些問題的回答形成了綜合的和自洽的新的理論框架。
作者認為任何物質(zhì)系統(tǒng)都是一個開放系統(tǒng)，它們永久地接觸隨機零點輻射場，并與其達到平衡狀態(tài)。從這個基礎(chǔ)出發(fā)，導出量子力學形式體系的核心以及非相對論QED的相對論修正，同時揭示了基本的物理機制。本書打開了通向進一步探索并揭示物理的新大門。讀者會看到，這一任務遠沒有結(jié)束，仍存在很多問題沒有考察到，期待進一步研究。
本書闡明了量子理論一些核心特點的根源，諸如原子的穩(wěn)定性，電子自旋，量子漲落、量子非定域性和糾纏。這里發(fā)展的理論重新確認了諸如實在性、因果性、局域性和客觀性等基本的科學原理
全書內(nèi)容共分10章：1.量子力學：某些問題；2.唯象隨機方法：通向量子力學的簡捷途徑；3.普朗克分布，漲落零點場的一個必然推論；4.通向薛定諤方程的漫長旅途；5.通向海森伯量子力學之路；6.超越薛定諤方程；7.解開量子糾纏； 8.量子力學的因果性、非定域性和糾纏； 10.零點場波（和）物質(zhì)。
本書適合熟悉量子力學的最基本概念和結(jié)果的讀者閱讀。其內(nèi)容適用于從事理論物理、數(shù)學物理、實驗物理、量子化學和物理哲學的研究人員、研究生和教師參考。
丁亦兵，教授
（中國科學院大學）
Ding Yibing，Professor
（The University，CAS）Ignatios Antoniadis et al
Supersymmetry After the
Higgs Discovery
2014
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10.1007/978-3-662-44172-5
