枯燥的公式 不枯燥的量子世界.docxVIP

枯燥的公式 不枯燥的量子世界 枯燥的公式不枯燥的量子世界 　　摘要：《量子力学》是一门美丽的学科，但在教学过程中极易被枯燥的数学公式掩盖其美丽的本质，文章拟从展示量子力学丰富的内容和广泛的应用角度出发，通过凝练教学内容，引入专题讨论、讲座等环节，探讨适合学生学习和理解的教学方式，激发学生的学习兴趣，让学生在学习知识的同时享受学科的魅力。 　　关键词：量子力学;工科院校;教学方法 　　中图分类号：g642.41文献标志码：a文章编号：1674-9324（2019）49-0136-03 　　量子力学描述微观世界的运动规律，是近代物理学的重要支柱，它与许多现代技术紧密相连，在实际中具有重要的应用。在物理、材料物理专业的学习中，量子力学是其他后续课程，如固体物理的重要基础。在国内外大学的教学中，量子力学都具有重要的地位[1-2]。但量子力学主要研究微观世界的运动规律，与大家所熟悉的描述宏观世界的经典力学规律很不相同，甚至与我们所熟悉的现象大相径庭，充满了抽象性和复杂性。由于学生能做的关于量子力学方面的实验很少，学生很难将所学知识形象化，因此常被学生称之为“天书”[3-6]。在教学中经常听到学生这样抱怨：“量子力学是什么呀？根本不懂。”“量子力学整天就是数学推导，这基本上是变相的高等数学。”“量子力学离咱们的现实世界差远了，有什么用啊？”对量子力学的学习充满了满了恐惧和消极心理，甚至在学生中还流传着“量子力学量力学”的口号，使得教学和学习效果均不太好。 　　其实量子力学除了这些表面上的“不可理喻”，还存在着许多好玩的、有趣的现象[7]，只不过这些美丽的本质被那些枯燥的数学推导所掩盖，本文拟从适应学生学习水平的状态出发，改变传统的教学方法和思路，注重物理思想，减少数学推导，引入专题讨论和讲座等环节，探讨出适应工科院校学生学习的教学手段，来激发学生的学习兴趣，释放出量子力学的魅力，提高教学和学习质量。 　　一、以学生为本位，了解学生的学习基础和学习能力，学会“取舍”知识点，凝练出适应学生学习水平的教学方案 　　教学过程是以学生为主体的互动过程，如果不了解学生的学习水平和能力，盲目地按照书本知识进行教学，极易导致老师满堂言，学生满堂无言、云里雾里、不知教师所言的教学状态，引发学生厌倦、消极的心理。长此以往，学生就会跟不上老师所讲的进度，放弃学习，以睡觉和玩手机打发时间，对所学知识越来越没兴趣，不会的知识越来越多，很难达到有效的教学效果。考虑到工科院校的特点，学生在学习量子力学之前所接触到的物理知识仅限于普通物理，物理专业知识相对薄弱，所以应该适当地将一些比较高深的物理专业知识浅显化，不应该作为重点知识展开。比如哈密顿量、拉格朗日量、正则方程等这些知识在普通物理中并没有涉及，但在量子力学中会有应用，学生在听到这些知识时，有点不知所措，根本不懂老师在讲什么。这时需要在教学前对这些知识进行补充，并尽量避免以此展开的理论知识作为重点。但涉及量子力学在固体物理中的应用，比如能带部分，应作为重点讲解。这样取舍、侧重地讲解会适应学生的学习水平，感觉量子力学并不是遥不可及，并为后续学习奠定基础。 　　二、将量子力学的科技成果引入教学，将量子知识形象化、具体化 　　量子力學在现代科技的应用中无所不在[7]，就像詹姆斯·卡卡缪斯在《量子力学的奇妙故事》中写道：“量子力学，你在哪儿？你不正沉浸在其中吗？”如果将量子力学的一些应用引入到教学中，可以激发学习兴趣。晶体管是现代电子科技，尤其是计算机必不可少的器件，它的诞生和改进就是来源于量子，因此这个世界是“陌生的量子，不陌生的晶体管”。在听到这些介绍后，学生会感觉到量子力学的学习原来是这么有意义的;神话和科幻小说中，经常出现一个人在某一个地方消失，在另外一个地方瞬间出现，这种瞬间传输的想象在量子力学的帮助下可以变为现实。2009年由中国科技大学的潘建伟教授带领的团队实现了世界上最远距离的隐态传输，这种隐态传输的速度是光速的4倍，实现了信息瞬间传递，使科幻变为现实。还有基于量子力学原理制备的极其准确的铯原子时钟、人人都爱的超速度的量子计算机等都是实实在在的量子力学的产物，这些应用体现了量子力学的魅力，如果将这些应用引入课堂，一定会激发学生学习的热情和兴趣。 　　三、将课上的数学推导过程“瘦身”，以物理思想为本，以数学推导为辅，避免物理课是变相数学课 　　量子力学具有严密的数学推理，完美的数学论证，几乎是无处不数学。如果在课堂上将这些数学推导事无巨细地讲解，会将《量子力学》课程变身为数学课。并且量子力学所用到的数学知识比较复杂，它涉及了学生不熟悉的特殊函数和复杂的微积分，而这些知识在本科阶段应用较少。如果在课堂中还是以这些推导