材料物理專業(yè)量子力學(xué)教學(xué)方法
材料物理專業(yè)量子力學(xué)教學(xué)方法【1】
摘 要 針對(duì)材料物理專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)課程所面臨的困難，通過(guò)對(duì)近年來(lái)教學(xué)實(shí)踐的總結(jié)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段進(jìn)行探索和實(shí)踐，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，取得了較好的教學(xué)成果。
關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法
0 引言
量子力學(xué)是研究微觀粒子(如原子、分子、原子核和基本粒子等)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它和相對(duì)論是矗立在20世紀(jì)之初的兩座科學(xué)豐碑，一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩塊理論基石。
相對(duì)論和量子力學(xué)徹底改變了經(jīng)典物理學(xué)的世界觀，并且深化了人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，改造了人類的宇宙觀和思想方法，它使人們對(duì)物質(zhì)存在的方式及其運(yùn)動(dòng)形態(tài)等的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
量子力學(xué)是材料物理專業(yè)一門承前啟后的專業(yè)基礎(chǔ)必修課：量子力學(xué)的教學(xué)必須以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，包括線性代數(shù)、概率論、高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方法等，其又是后續(xù)課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理、材料物理、納米材料等的理論基礎(chǔ)。
可見(jiàn)，量子力學(xué)課程在材料物理專業(yè)的課程體系中占有非常重要的地位，學(xué)生掌握的程度直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。
作者近年來(lái)一直從事量子力學(xué)的教學(xué)工作，針對(duì)量子力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在的現(xiàn)象和問(wèn)題，進(jìn)行了較深入細(xì)致的思考與探討，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中對(duì)本課程的教學(xué)方法進(jìn)行了探索與實(shí)踐，收到了較好的教學(xué)效果。
1 量子力學(xué)教學(xué)面臨的難點(diǎn)
量子力學(xué)研究的是微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，微觀粒子同宏觀粒子不同，看不見(jiàn)，摸不著，只有借助于探測(cè)器才能察覺(jué)它的存在和屬性。
材料物理專業(yè)學(xué)生之前學(xué)習(xí)的基本上是經(jīng)典物理，而量子力學(xué)理論無(wú)法用經(jīng)典理論進(jìn)行解釋，學(xué)生對(duì)此感到難于理解。
因此，經(jīng)典物理的傳統(tǒng)觀念對(duì)學(xué)生思想的束縛，構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的思想障礙;量子力學(xué)可以說(shuō)無(wú)處不“數(shù)學(xué)”， 由于材料物理專業(yè)學(xué)生在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面與物理專業(yè)學(xué)生相比較為薄弱，在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感到數(shù)學(xué)計(jì)算繁難，對(duì)大段的數(shù)學(xué)推導(dǎo)表現(xiàn)出畏難情緒。
可見(jiàn)，量子力學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)的精彩詮釋卻構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的心理障礙。
這兩大障礙勢(shì)必會(huì)影響量子力學(xué)和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。
在這種情況下，我們應(yīng)當(dāng)怎樣開(kāi)展量子力學(xué)教學(xué)從而使學(xué)生重視并努力學(xué)好該課程就成了一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
2 明確教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)、有的放矢
要講授一門課程，首先應(yīng)該對(duì)課程內(nèi)容有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。
量子力學(xué)的內(nèi)容可以包括三個(gè)方面：一是介紹產(chǎn)生新概念的歷史背景及一些重要實(shí)驗(yàn);二是提出一系列不同于經(jīng)典物理學(xué)的基本概念與原理，如波函數(shù)、算符等概念和相關(guān)原理，是該課程的核心;三是給出解決具體實(shí)際問(wèn)題的方法。
三部分內(nèi)容相互聯(lián)系，層層推進(jìn)，形成完整的知識(shí)體系。
作為引導(dǎo)者，教師應(yīng)在這三部分內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生成功地突破兩大束縛。
第一部分內(nèi)容教師應(yīng)考慮如何引導(dǎo)學(xué)生入門，從習(xí)慣古典概念轉(zhuǎn)而接受量子概念。
在講授這部分內(nèi)容時(shí)要將重點(diǎn)放在“經(jīng)典”向“量子”的過(guò)渡上，引出量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)在研究方法上的顯著不同：經(jīng)典力學(xué)是將其研究對(duì)象作為連續(xù)的不間斷的整體對(duì)待，而量子力學(xué)將其研究對(duì)象看成的間斷的、不連續(xù)的。
學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分時(shí)應(yīng)仔細(xì)“品嘗”其中的“滋味”，以便啟發(fā)自己的思維自然地產(chǎn)生一個(gè)飛躍，完成思想的突破。
第二、三部分是量子力學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并且涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，教師應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)。
在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來(lái)表達(dá)物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，不能將物理內(nèi)容淹沒(méi)在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式當(dāng)中。
通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)才能得到的結(jié)論，只需告訴學(xué)生，從數(shù)學(xué)上可以得到這樣的結(jié)果就可以了，無(wú)需將重點(diǎn)放在繁難的數(shù)學(xué)推導(dǎo)上，否則會(huì)使學(xué)生本末倒置，忽略了對(duì)量子力學(xué)思想的理解。
這樣的教學(xué)可以幫助學(xué)生突破心理障礙，不會(huì)一提量子力學(xué)就想到復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而產(chǎn)生抵觸情緒。
成功地突破這兩大障礙，是學(xué)習(xí)量子力學(xué)的關(guān)鍵。
3 教學(xué)方法的改革
3.1 利用現(xiàn)代技術(shù)改進(jìn)教學(xué)手段
傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)能夠形成系統(tǒng)性的知識(shí)框架，教師在板書(shū)推導(dǎo)的過(guò)程中，學(xué)生有時(shí)間反應(yīng)和思考，緊跟教師的思路，從而可以詳細(xì)、循序漸進(jìn)地吸收所學(xué)知識(shí)，并培養(yǎng)了良好的思維習(xí)慣。
但全程板書(shū)會(huì)導(dǎo)致上課節(jié)奏慢，授課內(nèi)容有限。
目前隨著高校教學(xué)改革的推進(jìn)，授課學(xué)時(shí)相繼減少，對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)方式來(lái)講，要完成教學(xué)任務(wù)比較困難。
這就要借助現(xiàn)代科技手段進(jìn)行教學(xué)改革，包括多媒體課件的使用和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。
但是在量子力學(xué)教學(xué)中，一些繁雜公式的推導(dǎo)，如果使用多媒體課件，節(jié)奏會(huì)較快，導(dǎo)致學(xué)生目不暇接，來(lái)不及做筆記，更來(lái)不及思考，不利于講授內(nèi)容的消化吸收。
鑒于此，對(duì)于量子力學(xué)課程，教學(xué)過(guò)程應(yīng)采用板書(shū)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3.2 建設(shè)習(xí)題庫(kù)
量子力學(xué)課程理論抽象，要深入理解這些理論，在熟練掌握教材基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，需要通過(guò)大量習(xí)題的演練，循序漸近，才能檢驗(yàn)自己理解的程度，真正學(xué)好這門課程。
因此在教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)做習(xí)題的重要性。
有針對(duì)性地根據(jù)材料物理專業(yè)量子力學(xué)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，參考多本量子力學(xué)教材和習(xí)題集，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建設(shè)量子力學(xué)習(xí)題庫(kù)，題型包括選擇、填空、證明、簡(jiǎn)答和計(jì)算題等，內(nèi)容涵蓋各知識(shí)點(diǎn)，從簡(jiǎn)到繁、由淺至深。
題庫(kù)操作方便，學(xué)生可自行操作，并對(duì)所做結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，從而清楚自己掌握本課程的程度。
這一方式在近幾年的教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。
3.3 加強(qiáng)與學(xué)生互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
教學(xué)是一個(gè)師生互動(dòng)的過(guò)程，應(yīng)讓學(xué)生始終處于主動(dòng)學(xué)習(xí)的位置而不是被動(dòng)的接受。
量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)更應(yīng)積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，因此教師應(yīng)在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)。
增設(shè)課前提問(wèn)、課后討論環(huán)節(jié)，認(rèn)真批改作業(yè)，積極發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并及時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入講解，解決問(wèn)題。
另外，由于量子力學(xué)是建立在一系列基本假定基礎(chǔ)之上的，抽象難懂，鑒于學(xué)生難接受的情況，在授課時(shí)注意理論聯(lián)系實(shí)際，盡可能進(jìn)行知識(shí)的滲透和遷移，將量子力學(xué)在實(shí)際中的應(yīng)用穿插于教學(xué)之中，豐富教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)拓學(xué)生視野，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)近年來(lái)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和探索，形成了一套適合材料物理專業(yè)量子力學(xué)課程教學(xué)的方法，該方法教學(xué)效果良好。
在近幾年的研究生入學(xué)考試中，學(xué)生量子力學(xué)課程的成績(jī)優(yōu)秀，說(shuō)明采用這樣的教學(xué)方法是成功的。
參考文獻(xiàn)
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材料物理專業(yè)中量子力學(xué)教學(xué)研究【2】
摘要：本文結(jié)合材料物理專業(yè)中的基礎(chǔ)課程――《量子理論》的發(fā)展史，從哲學(xué)的角度出發(fā)，淺談了材料學(xué)科發(fā)展中的哲學(xué)思想，并以哲學(xué)思想為主線，來(lái)進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的理解，對(duì)加強(qiáng)學(xué)生的世界觀、物質(zhì)觀以及運(yùn)動(dòng)觀的進(jìn)一步理解，具有重要的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué) 教學(xué)研究 哲學(xué)思想
“大學(xué)之道，在明明德，在親民，在止于至善。”溫故知今，止于至善，提高當(dāng)代大學(xué)生的哲學(xué)素養(yǎng)、人文情懷和科學(xué)素養(yǎng)，是素質(zhì)教育的要求之一。
以牛頓運(yùn)動(dòng)三定律、電磁理論和熱力學(xué)及統(tǒng)計(jì)物理學(xué)為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)誕生于17世紀(jì)，成功地解釋了大量物理學(xué)現(xiàn)象，取得了輝煌的科學(xué)成就，曾經(jīng)被人們信奉為客觀真理。
在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人類以巨大的熱情來(lái)研究原子核和放射現(xiàn)象，導(dǎo)致了兩大理論成果的誕生：量子理論和相對(duì)論。
隨后，激光器、二極管、三極管、集成電路、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、登月等等，這些輝煌的成就促使人類邁進(jìn)了信息時(shí)代。
運(yùn)動(dòng)著的電子――一個(gè)小小的微觀粒子，卻促使人類文明進(jìn)入了電子信息時(shí)代。
事實(shí)表明，現(xiàn)代信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)是物理學(xué)，信息的產(chǎn)生、發(fā)送、接收和處理，都是由一個(gè)個(gè)物理的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此信息世界的物理體系歸根結(jié)底要受到物理定律的制約。
現(xiàn)在人們明白了，經(jīng)典物理理論僅適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體的場(chǎng)合，而對(duì)于微觀小尺度下、接近于光速運(yùn)動(dòng)的粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律誤差會(huì)變得很大，必須使用相對(duì)論和量子理論來(lái)描述。
而經(jīng)典物理理論僅僅是量子理論和相對(duì)論在低速宏觀范圍下的良好近似。
量子理論是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。
量子理論的形成和發(fā)展，是整個(gè)物理學(xué)發(fā)展中最值得書(shū)寫(xiě)的，也是對(duì)青年大學(xué)生最具有啟發(fā)意義的過(guò)程，在此期間包括了愛(ài)因斯坦的奇跡年(1905年)。
梳理和探究整個(gè)過(guò)程中所包含的科學(xué)思維，科學(xué)方法，科學(xué)理論，科學(xué)素養(yǎng)……都是值得我們?nèi)ヌ剿�、去深思、去挖掘的�?/p>
一、對(duì)青年大學(xué)生物質(zhì)觀和運(yùn)動(dòng)觀的進(jìn)一步加深具有重要意義
科學(xué)技術(shù)發(fā)展到21世紀(jì)，人類對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)進(jìn)入到了納米尺度。
材料學(xué)科的研究中出現(xiàn)了很多量子效應(yīng)。
量子理論中的許多不同于經(jīng)典力學(xué)的物理現(xiàn)象顛覆性地發(fā)展了經(jīng)典力學(xué)的思維，拓寬了人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的視野，使人們對(duì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)有了更進(jìn)一步的了解。
隨著人類認(rèn)識(shí)的不斷深入和材料尺寸的不斷縮小，電子運(yùn)動(dòng)的量子效應(yīng)愈加明顯。
現(xiàn)在人們已經(jīng)明白了，電子既是一種微觀粒子，同時(shí)也是一種波，這就是所謂的波粒二象性。
與經(jīng)典物理現(xiàn)象不同的是，微觀粒子的諸多物理量之間受到量子規(guī)律的束縛，其中之一便是著名的不確定性原理，例如時(shí)間與能量之間、動(dòng)量與位置之間等。
此外，另一個(gè)有趣的現(xiàn)象是電子的勢(shì)壘貫穿效應(yīng)，即能量小于勢(shì)壘高度的電子或者其它微觀粒子可以以一定的幾率，越過(guò)勢(shì)壘，運(yùn)動(dòng)到勢(shì)壘的右邊去。
盡管一個(gè)理性的人對(duì)這種解釋可能不滿意，但是我們必須明白“隧穿”僅僅是我們?yōu)榱死斫獾姆奖愣鴺?gòu)造的一個(gè)東西，除非人們對(duì)量子世界的認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步。
我們唯一能確定的是當(dāng)滿足一定條件的時(shí)候，隧穿效應(yīng)就會(huì)發(fā)生。
二、對(duì)青年大學(xué)生思維拓展與創(chuàng)新具有重要的啟發(fā)意義
量子理論是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，其概念體系與研究宏觀現(xiàn)象及其規(guī)律的經(jīng)典物理學(xué)有很大的不同。
量子理論的出現(xiàn)，是人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)日益深化的結(jié)果，為其他自然學(xué)科的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。
從培養(yǎng)研究型科學(xué)人才的角度來(lái)說(shuō)，量子理論是與現(xiàn)代科學(xué)研究聯(lián)系最緊密的課程之一。
這對(duì)當(dāng)代青年大學(xué)生提出了更高、更嚴(yán)格的要求。
第一，必須尊重客觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，堅(jiān)持創(chuàng)新思維，深刻認(rèn)識(shí)微觀世界的規(guī)律。
規(guī)律是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的必然的、穩(wěn)定的、永恒的聯(lián)系，任何事物之間都有聯(lián)系，都是矛盾的對(duì)立統(tǒng)一體，這就需要在實(shí)際的學(xué)習(xí)探索中抓住主要矛盾以及矛盾的主要方面。
同時(shí)，矛盾具有特殊性，內(nèi)因是事物發(fā)展的根據(jù)，決定著事物發(fā)展的方向和主要性質(zhì)，外因是事物發(fā)展的次要因素。
在實(shí)際的處理過(guò)程中要區(qū)別對(duì)待。
第二，注意量變到質(zhì)變的積累。
量變是指事物單純數(shù)量上的增加或減少，事物保持其質(zhì)的穩(wěn)定性。
質(zhì)變是指事物根本性質(zhì)的變化，“量變→質(zhì)變→新的量變”是事物發(fā)展的基本規(guī)律。
注意收集數(shù)據(jù)，逐步地總結(jié)規(guī)律。
任何重大的發(fā)現(xiàn)，都有一個(gè)辛苦的積累過(guò)程，面對(duì)紛繁雜蕪的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如何去偽存真，由表及里，層層剖析?這需要尊重客觀規(guī)律，逐漸挖掘深層次的信息，切勿急于求成或者違背客觀規(guī)律。
這方面在量子理論的發(fā)展過(guò)程中體現(xiàn)得尤為重要。
第三，量子理論是開(kāi)放的理論，對(duì)量子理論的爭(zhēng)論一直在繼續(xù)。
量子理論過(guò)去的成功并不意味著它是一個(gè)徹底完善的物理學(xué)理論。
自量子理論誕生以來(lái)，關(guān)于量子理論的思想基礎(chǔ)和基本問(wèn)題的爭(zhēng)論，從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò)。
人們對(duì)于量子理論本身的完備性及其一些基本觀念的理解，甚至持有截然不同的觀點(diǎn)。
其他的理論也是在不斷地爭(zhēng)論中不斷完善。
三、量子力學(xué)中的數(shù)學(xué)思想及其知識(shí)框架
量子力學(xué)中主要的數(shù)學(xué)知識(shí)，主要是Hilbert內(nèi)積空間，這是學(xué)生在學(xué)完微積分初步、線性代數(shù)以及概率論后需要掌握的、在工程領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一門數(shù)學(xué)學(xué)科，也是對(duì)空間解析幾何的推廣和延伸。
其中包括了對(duì)前面提到的幾門學(xué)科的綜合應(yīng)用，例如量子力學(xué)中的力學(xué)量，用線性算符來(lái)描述，則必須是厄米的;用海森堡的矩陣力學(xué)表示，則要求該矩陣的本征值和平均值均為實(shí)數(shù);還有，在計(jì)算不同物理量表象的矩陣元時(shí)，要用到定積分的運(yùn)算;而不同表象之間的變換，需要用到矩陣變換;此外，在講到微擾論和變分法時(shí)，還需要進(jìn)一步的用到更多的數(shù)學(xué)知識(shí)。
這些數(shù)學(xué)學(xué)科分支的交叉出現(xiàn)，足以讓學(xué)生對(duì)該門課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼心理。
如何消除和轉(zhuǎn)變學(xué)生的這種畏懼心理，這就要求教師在課堂上增強(qiáng)授課的趣味性。
事實(shí)上，一部量子力學(xué)的發(fā)展史，包含了太多的啟迪、方法、思維和科學(xué)研究的因素，因利勢(shì)導(dǎo)，重視基礎(chǔ)知識(shí)的講解，將所有涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)及其發(fā)展史，生動(dòng)地傳授給學(xué)生。
筆者經(jīng)過(guò)近五年的課堂教學(xué)，認(rèn)為對(duì)當(dāng)前的大學(xué)本科學(xué)生，倘能在授課中能做到這一點(diǎn)，那么，學(xué)習(xí)《量子力學(xué)》的意義就達(dá)到了。
結(jié)論：以量子理論為核心的量子物理無(wú)疑是本世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。
它不僅代表了人類對(duì)微觀世界基本認(rèn)識(shí)的革命性進(jìn)步，而且?guī)?lái)了許多劃時(shí)代的技術(shù)創(chuàng)新，直接推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。
讓學(xué)生在不斷的思考和探索中，體會(huì)到學(xué)習(xí)和思考的快樂(lè);對(duì)學(xué)生的世界觀、物質(zhì)觀以及運(yùn)動(dòng)觀的進(jìn)一步深入，具有重要的指導(dǎo)意義。
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面向材料類專業(yè)的量子力學(xué)教學(xué)【3】
摘要：量子力學(xué)是材料類專業(yè)本科生的核心課程，在整個(gè)知識(shí)體系中占有非常重要的地位，然而因?yàn)槠湫枰捌谡n程基礎(chǔ)、邏輯推理內(nèi)容比例大，一直以來(lái)都是工科院校本科教學(xué)的教和學(xué)雙方都感到困難的學(xué)科。
本文針對(duì)材料類專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從專業(yè)特色、前沿學(xué)科發(fā)展和教學(xué)手段三方面提出一些關(guān)于量子力學(xué)的教學(xué)方法的探索，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)水平。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué);材料類專業(yè);教學(xué)探索
對(duì)于普通高校的材料類本科教學(xué)來(lái)說(shuō)，要求學(xué)生具有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí)，掌握材料設(shè)計(jì)、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則，以及材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。
這就需要學(xué)生具有材料學(xué)科的完整的知識(shí)體系，量子力學(xué)是半導(dǎo)體、固體物理以及計(jì)算材料學(xué)、材料測(cè)試表征技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)，在材料科學(xué)體系中有著非常重要的地位。
然而其由于本課程的學(xué)習(xí)是基于高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的，學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)課程的掌握情況參差不齊，而大部分學(xué)生對(duì)前期課程多有遺忘，課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過(guò)程中需要理解的知識(shí)點(diǎn)很多，所以要學(xué)好這門課程需要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，及時(shí)復(fù)習(xí)前期基礎(chǔ)課程和預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。
由于知識(shí)間銜接緊密，需要邏輯推理內(nèi)容非常多，學(xué)生稍有走神或缺課就會(huì)跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度，從而對(duì)后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)也喪失信心。
此外，對(duì)于工科大環(huán)境下的學(xué)生群體來(lái)說(shuō)，學(xué)生普遍對(duì)實(shí)用的專業(yè)課程較感興趣，而對(duì)基礎(chǔ)理論課程不夠重視，認(rèn)為學(xué)習(xí)非常枯燥也沒(méi)有大多的用處。
種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學(xué)特別是量子力學(xué)課程的教學(xué)困難重重，因此將理論教學(xué)與專業(yè)特色相結(jié)合，探索具有專業(yè)特色的量子力學(xué)的教學(xué)方法具有重要的意義。
如何消除學(xué)生對(duì)本課程的畏懼心理，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在課堂上有收獲的同時(shí)也要自覺(jué)利用好課余時(shí)間學(xué)習(xí)是解決本課程教學(xué)的關(guān)鍵。
本文結(jié)合材料類專業(yè)的綜合情況，經(jīng)過(guò)實(shí)踐探索，總結(jié)幾點(diǎn)較為實(shí)用的教學(xué)方法。
一、與專業(yè)課程體系相結(jié)合，突出課程的重要性
備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案，了解學(xué)生的已修課程、同學(xué)期開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。
材料類專業(yè)的量子力學(xué)課程一般在第四學(xué)期開(kāi)課，在此之前學(xué)生已經(jīng)修完了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程。
同時(shí)學(xué)生開(kāi)始接觸一些材料類的專業(yè)課程，例如材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理、物理化學(xué)等，在之后的第五以及第六學(xué)期將有大量的學(xué)科專業(yè)課，如材料分析測(cè)試技術(shù)、計(jì)算材料學(xué)等。
教師在對(duì)本專業(yè)的課程設(shè)置以及知識(shí)框架有了整體的了解以后，有針對(duì)性地翻閱一下一些核心專業(yè)課程的教材，將專業(yè)課程當(dāng)中涉及量子力學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容篩選出來(lái)以備用。
在給學(xué)生講授第一堂課時(shí)既將本課程的重要地位告知學(xué)生，哪些課程在后續(xù)課程種會(huì)涉及到相關(guān)知識(shí)，哪些領(lǐng)域會(huì)用到本課程的知識(shí)，以及量子力學(xué)對(duì)本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試以及繼續(xù)深造時(shí)的必要性。
讓學(xué)生一開(kāi)始對(duì)本課程的學(xué)習(xí)有心理上的重視。
在具體教學(xué)的過(guò)程中，注意將量子理論與專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合，包括已修課程和后續(xù)課程。
通過(guò)多學(xué)科的滲透將整個(gè)材料學(xué)專業(yè)的課程內(nèi)容進(jìn)行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實(shí)用性，讓學(xué)生意識(shí)到量子力學(xué)并不是高高在上毫無(wú)用處的理論公式，同時(shí)也使得量子力學(xué)的教學(xué)更加豐富和生動(dòng)。
二、與前沿科學(xué)相結(jié)合、活躍課堂氣氛
當(dāng)下的高校教師除了教學(xué)很大一部分時(shí)間精力都用于科學(xué)研究。
平時(shí)實(shí)驗(yàn)或看文獻(xiàn)時(shí)可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過(guò)多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
活躍課堂氣氛的同時(shí)有可以加深對(duì)該理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
在給學(xué)生講解理論知識(shí)的同時(shí)注重結(jié)合理論的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合材料學(xué)科的特點(diǎn)以及學(xué)校的特色。
作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景，本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學(xué)生就業(yè)也有很大比例在交通相關(guān)領(lǐng)域。
結(jié)合本科的這一特征，教師講課時(shí)可以作一些前沿材料在交通領(lǐng)域的最新進(jìn)展。
在講解知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)穿插該部分知識(shí)的應(yīng)用方面的展望，展示過(guò)程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書(shū)講解相結(jié)合的方式。
通過(guò)多種途徑讓量子力學(xué)這種看似“高大上”的學(xué)科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的激發(fā)。
對(duì)于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎(chǔ)較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學(xué)習(xí)，零距離的接觸前沿科學(xué)，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有一定的幫助。
三、多種教學(xué)手段相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
在教學(xué)的過(guò)程中采用多種教學(xué)手段相結(jié)合。
鑒于量子力學(xué)的理論抽象、知識(shí)量大、數(shù)學(xué)推理公式繁多，在教學(xué)過(guò)程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對(duì)于需要推理演算的部分可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間自學(xué)。
首先可以拓展多樣化的考核方式。
課程考核的成績(jī)以期末考試為主但是學(xué)期內(nèi)平時(shí)的表現(xiàn)也是必要的。
可以考慮適當(dāng)增大平時(shí)考核的分?jǐn)?shù)比例，便于調(diào)動(dòng)學(xué)生充分利用課余的時(shí)間。
其中平時(shí)表現(xiàn)又可以分為多個(gè)方面來(lái)考核，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)激情。
課堂教師講授為主，適時(shí)設(shè)問(wèn)作為課外思考作業(yè)，作業(yè)以書(shū)面形式或者學(xué)生在下一次課作簡(jiǎn)短的展示的方式。
才外還可以給學(xué)生布置小論文，鼓勵(lì)學(xué)生多進(jìn)圖書(shū)館，查閱相關(guān)文獻(xiàn)書(shū)籍寫(xiě)一兩篇小綜述。
在第一堂課即向?qū)W生說(shuō)明考核的方式和比例，在考分的壓力下學(xué)生自然會(huì)積極準(zhǔn)備相關(guān)內(nèi)容。
在應(yīng)對(duì)這些平時(shí)作業(yè)的過(guò)程實(shí)際上就是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中，既鞏固了量課程知識(shí)，又鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和思維。
在教學(xué)當(dāng)中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書(shū)相結(jié)合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對(duì)一些復(fù)雜又必須的推導(dǎo)過(guò)程可以采用PPT作快速的展示，而對(duì)于一些重要的公式及定理則需要采用板書(shū)加以強(qiáng)化，通過(guò)教師邊書(shū)寫(xiě)邊口訴講解，學(xué)生有足夠的時(shí)間消化理解。
同時(shí)可以采用多媒體多展示一些圖片、動(dòng)畫(huà)等內(nèi)容，盡量在枯燥的理論講授過(guò)程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學(xué)家的肖像及簡(jiǎn)介、名言名句，小故事等。
在�W習(xí)原子的波爾理論以及氫原子模型的時(shí)候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解。
可以將原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)類比于在操場(chǎng)跑步以及天體的運(yùn)動(dòng)，在做計(jì)算近似時(shí)甚至可以將近似級(jí)類比于上課教室內(nèi)的座次對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)效果的影響、人際關(guān)系的親疏對(duì)個(gè)人情感生活的影響程度等。
此外還可以鼓勵(lì)學(xué)生多接觸一些科普書(shū)籍以及最新出版的一些學(xué)術(shù)專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書(shū)籍。
通過(guò)多種渠道將量子力學(xué)枯燥難懂的教學(xué)過(guò)程生動(dòng)化、有趣化。
作為材料類專業(yè)核心課程的量子力學(xué)一直都是教和學(xué)雙方都感到很困難的課程。
由于量子力學(xué)的理論性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過(guò)程相對(duì)枯燥，學(xué)科的實(shí)用性不是很明顯，學(xué)生容易厭學(xué)。
教師在教學(xué)過(guò)程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法。
通過(guò)與專業(yè)課程相結(jié)合，與學(xué)校特色想結(jié)合，采取多種教學(xué)手段，結(jié)合最新的前沿科學(xué)研究，多方面入手使理論知識(shí)深入淺出，使教學(xué)過(guò)程生動(dòng)有趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有非常有益的幫助。
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