《量子力学》课堂教学研究

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摘要：量子力学是自然科学史上被实验证明最精确的一个理论，但是量子力学的概念及原理，甚至连量子力学的创始人都不能理解。著名物理学家理查德•费曼曾经在康奈尔大学的一个讲座上说道：“我想我可以有把握地说，没有人真正理解量子力学。”因此，必须转变传统的教学模式，探索出符合本校学生的教学模式。

关键词：五大基本假设；概念及原理；数学模型；兴趣培养

一、目前“量子力学”教学的现状和主要问题

我校《量子力学》这门课程是安排在第四学期（即大二下学期），学生已经修完大学物理、高等数学、数理方法以及其他一些课程基础上，以教师的讲授为主的教学模式。然而，不同于其他学科，量子力学需要很深的数学功底，尤其是数学物理方法方面的知识[11-13]，例如，求解一维谐振子的波函数和能级，需要学生会用幂级数的思想来求解，需要知道厄米函数的特性；学习氢原子的波函数和能级，需要学生会用Legendre函数等，此外，进行空间转换时，需要灵活运用傅里叶变换，平面波归一化时要用到δ函数以及其特性等，这些内容即使放在数学里面都属于重点、难点的方面，如果要进一步灵活运用到《量子力学》这门课程的学习中，这就加深了学生对这门课的恐惧，以及学好这门课的困难。另一方面，不同于一般本科院校的物理类以及电科类专业，我校电子科学与技术专业的学生需要学习的课程较多，学生的基础，尤其是大学物理基础以及数学基础相对较为薄弱。这样就导致我校学生学习这门课程的困难剧增，积极性也不高。即使有部分学生非常想学好这门课程，也是心有余而力不足。此外，智能手机的普及已经完全深入我们的校园生活，宿舍、自习室、甚至课堂，随处可见“低头族”。学生上课不带课本，但是却必带充电宝，每隔几分钟就刷微信、朋友圈已成为大学生的常规动作。由于上课听不懂，又缺乏兴趣，大学课堂的“低头族”数量激增。本次课堂教学模式改革是为了探究适合我校学生学习《量子力学》的教学模式和学习模式。调动学生学习《量子力学》的积极性、主动性，为我校培养综合应用型人才出力。对我校《量子力学》课程的教学总体目标的实现具有重要的意义。

二、“量子力学”教学改革内容与具体方法

针对上述存在的问题，结合自己的教学体会主要从以下几个方面谈谈“量子力学”有效教学的可行方法：（一）精简教学内容，围绕量子力学的理论框架、五大基本假设开展教学，即：①微观体系的运动状态由相应的归一化波函数描述；②微观体系的运动状态波函数随时间变化的规律遵从薛定谔方程；③力学量由相应的线性厄米算符表示；④力学量算符之间有确定的对易关系，称为量子条件；⑤全同的多粒子体系的波函数对于任意一对粒子交换而言具有对称性（全同性原理）。同时，与五大基本假设相对应，授课过程分成五个相应的专题来进行教学。这样即便学生真有不懂的地方，也不会造成后面的学习完全听不懂。（二）强化概念，淡化数学推导，注重思维的培养。《量子力学》是一门很抽象，并且很依赖数学的学科。因此，很多初学者为了学好这门课程往往陷入题海战术。教师在授课过程一定要强调概念的重要性，跳出会做题就学会了《量子力学》，这种错误的思想。每节都给学生一个重点概念，定理。一定要学生牢记公式的推导以及习题练习只是深化概念的理解，拓展思维。（三）注重兴趣的培养。能量是量子化的，这个概念的出现虽然才一百多年，但它的基本的原理和思想已经用到量子通信、量子计算机的研发之中，成了炙手可热的一个研究方向。学生原本对新奇的事物都有很强的好奇心，教师要进一步加强和引导，使学生产生强大的学习兴趣。（四）督促学生记笔记。随着科技的飞速发展，多媒体教学模式广泛应用于教学之中，传统的教学方式渐渐淡出人们的视野。但是经过几年的教学发现，要使学生能够跟上教师的思维，只有兴趣和毅力是不够的，还需要掌握方法，其中，督促学生记笔记，及时将自己的难点记下来起到了意想不到的效果。（五）课堂总结、讨论与课后复习。不同于其他学科，《量子力学》这门课一节课的时间大概讲述一两个知识点，比如力学量是厄米算符这个知识点的讲述，首先给出厄米算符的定义，然后举一些例子证明力学量确实是厄米算符。及时总结有助于学生掌握本节课的重点，难点，以及有目的有机会的进行课后复习。（六）多样化的考核方式。将学生的输出成果纳入课程总评，避免以前评判学生能力的单一考试标准，更全面、更科学、更合理地评价学生学习和应用《量子力学》原理解决问题的能力。

三、结束语

本文根据“量子力学”课程教学的现状和存在的主要问题，结合本校学生自身的特点，围绕五大基本假设开展教学，强化概念，淡化数学推导，注重兴趣，科学素质的培养等，采用这样的教学模式，构建更加适合本校学生学习《量子力学》课程的教学模式和平台，这样的教学方法有效地激发学生的学习兴趣和热情，从而增强学生学习的效果。

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作者：闫丽娟 赖学辉 邵健梅 单位：广东海洋大学电子与信息工程学院