基于應(yīng)用型課程原子物理學(xué)的教學(xué)改革與實(shí)踐思考

【摘要】基于大學(xué)物理中應(yīng)用型課程原子物理學(xué)的教學(xué)及實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)該課程教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出該課程教學(xué)改革與實(shí)踐的幾點(diǎn)建議和思考，通過(guò)利用交互式網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代化教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念，發(fā)展學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和思考的能力，協(xié)作實(shí)驗(yàn)的能力，提出原子物理課程與綜合性、開(kāi)放性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，樹(shù)立研究型教學(xué)思想，培養(yǎng)本科生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新水平，體現(xiàn)先進(jìn)的課程理念。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用型課程 原子物理學(xué) 教學(xué)改革 研究型教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G643 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）04-0164-02

1.引言

原子物理學(xué)是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)應(yīng)用型很強(qiáng)的基礎(chǔ)課，它是物理學(xué)發(fā)展史上承上啟下的一門(mén)學(xué)科，成為經(jīng)典物理和量子力學(xué)知識(shí)的橋梁和紐帶，原子物理在物理學(xué)發(fā)展中起到非常重要的作用[1-3]，從宏觀到微觀尺度的過(guò)渡，原子物理學(xué)所涉及的知識(shí)、理論和實(shí)驗(yàn)，是學(xué)習(xí)理論物理和從事材料科學(xué)、化學(xué)、 生命科學(xué)、 能源科學(xué)、量子物理、 信息科學(xué)、 光學(xué)、 激光技術(shù)、環(huán)境科學(xué)以及空間科學(xué)研究的基礎(chǔ)[4-6]。在內(nèi)容體系上，原子物理學(xué)在普通物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，給出了原子尺度范圍的粒子的量子特性及粒子運(yùn)動(dòng)和變化的基本規(guī)律，研究和討論物質(zhì)結(jié)構(gòu)在原子、電子、原子核及基本粒子等層次的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律[6-8]，很多基本理論及實(shí)驗(yàn)仍然是材料科學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)等一些高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)。所以，針對(duì)社會(huì)的實(shí)際需求，相應(yīng)的在課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)技能等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新，以適應(yīng)當(dāng)代大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要。

自我院成立至今，原子物理學(xué)這門(mén)課程一直是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的必修課。為了進(jìn)一步改善原子物理學(xué)課程的教學(xué)效果，2000年先后分幾次組織物理系的老師重新編寫(xiě)了課堂教學(xué)綱要和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，并設(shè)置了如原子核物理、物理學(xué)史、近物實(shí)驗(yàn)研究等選修課，以輔助對(duì)原子物理課程的教學(xué)改革。在2010-2015年，學(xué)校和學(xué)院對(duì)人才培養(yǎng)方案和課程設(shè)置進(jìn)行了四次修訂，這也加大了我院課程教學(xué)改革的力度，原子物理學(xué)的教學(xué)及實(shí)驗(yàn)改革也多次在教研室活動(dòng)中開(kāi)展討論。結(jié)合學(xué)校的質(zhì)量工程項(xiàng)目和人才培養(yǎng)方案，原子物理學(xué)的課程改革勢(shì)在必行。

2.現(xiàn)存主要問(wèn)題

隨著高新科技的發(fā)展和前沿相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用，許多舊理論和知識(shí)沒(méi)有得到更新，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)技術(shù)也停留在很多年前，部分課程的內(nèi)容顯得很無(wú)新意。目前學(xué)院一直使用的原子物理學(xué)教材是禇圣麟先生編寫(xiě)，由于編寫(xiě)時(shí)間較早，在與時(shí)俱進(jìn)、科技同步發(fā)展的內(nèi)容上缺少對(duì)前沿領(lǐng)域新知識(shí)、新技術(shù)、新實(shí)驗(yàn)、新功能、新應(yīng)用的介紹和更新[9-10]，導(dǎo)致原子物理的教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代物理、現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展實(shí)際相脫離，這就要求我們對(duì)原子物理的教學(xué)綱要及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新審定，同時(shí)改善現(xiàn)有的教學(xué)方法和教學(xué)手段。如何把原子物理里的量子理論及實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代高科技技術(shù)應(yīng)用恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，讓學(xué)生容易接受，便于吸收消化，并能用于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，成了原子物理學(xué)課程教學(xué)改革的一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

3.課程教學(xué)改革與實(shí)踐的具體實(shí)施

本著加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合前沿領(lǐng)域，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐創(chuàng)新，提出關(guān)于原子物理課程教學(xué)改革與實(shí)踐的一些辦法。

3.1對(duì)教學(xué)綱要的完善和修訂

針對(duì)當(dāng)下該門(mén)學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)我校的培養(yǎng)方案，對(duì)原子物理學(xué)的教學(xué)綱要進(jìn)行調(diào)整，修訂教學(xué)綱要及實(shí)驗(yàn)課程大綱，加強(qiáng)科學(xué)前沿和高新技術(shù)知識(shí)、新成果知識(shí)的引進(jìn)，對(duì)舊量子論及近代物理理論進(jìn)行精簡(jiǎn)和整合，如教學(xué)內(nèi)容上增加納米功能材料、新粒子的探索、電子自旋共振、隧道掃描顯微鏡技術(shù)，激光技術(shù)，X射線造影技術(shù)，核磁共振原理，核技術(shù)發(fā)展、太陽(yáng)能應(yīng)用，同步介紹近些年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者的學(xué)術(shù)成就等，最新的科技發(fā)展始終貫穿到整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，可引入教師的相關(guān)科研項(xiàng)目，組織本科生參與項(xiàng)目課題，提高教學(xué)的應(yīng)用效果。其次，對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)設(shè)置進(jìn)行整合，除了經(jīng)典實(shí)驗(yàn)外，應(yīng)另外開(kāi)放一些研究生科研平臺(tái)，讓本科生參與到學(xué)習(xí)本學(xué)科領(lǐng)域最新科技成果和研究方向，對(duì)促進(jìn)學(xué)生的獨(dú)立研究、創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力起到積極的作用。

3.2對(duì)教學(xué)內(nèi)容的改革

根據(jù)修訂后的教學(xué)綱要，對(duì)原子物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，以傳統(tǒng)知識(shí)和現(xiàn)代科技交叉作為契合點(diǎn)，把前沿知識(shí)滲透進(jìn)去，增加現(xiàn)代科技內(nèi)容。新增加：原子物理學(xué)的最新成就；原子物理學(xué)在新科技中的應(yīng)用；原子物理學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等。在光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)、史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)、黑體輻射實(shí)驗(yàn)、康普頓效應(yīng)等的基礎(chǔ)上，將原子的能級(jí)、光譜、電子自旋等理論融入課題研究，參與碩士生導(dǎo)師相關(guān)項(xiàng)目，來(lái)加深知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用，這能夠使學(xué)生的知識(shí)體系更加完善和全面，使學(xué)生方便地接觸到科技前沿，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)研究能力。

3.3在教學(xué)方法和手段上改革

在教學(xué)中，樹(shù)立以學(xué)生為中心的現(xiàn)代教育理念，通過(guò)研究型教學(xué)思路，培養(yǎng)綜合素質(zhì)高的大學(xué)生，來(lái)滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)人發(fā)展及社會(huì)需要。在教學(xué)方法上，須改掉教師滿(mǎn)堂灌的注入式知識(shí)教育方式，采用精講式、啟發(fā)式、討論式、研究式、探索式等多種互動(dòng)教學(xué)方式；在教學(xué)手段上利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體輔助教學(xué)，同時(shí)把知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及老師的相關(guān)課題和項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，以多種形式開(kāi)展互動(dòng)交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.4把教學(xué)改革與本科生論文及科技創(chuàng)新項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把原子物理學(xué)的教學(xué)與學(xué)生的畢業(yè)論文、學(xué)生的科技創(chuàng)新項(xiàng)目、本科生導(dǎo)師、碩士生導(dǎo)師的課題和專(zhuān)利申請(qǐng)等有機(jī)結(jié)合，提高知識(shí)成果的轉(zhuǎn)化率。幾屆學(xué)生的畢業(yè)論文，如題目太陽(yáng)能及利用、核電及其應(yīng)用、塞曼效應(yīng)及應(yīng)用、電子自旋對(duì)原子光譜的影響、稀土原子能級(jí)躍遷和光譜等，都是以原子物理知識(shí)為基礎(chǔ)，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、申請(qǐng)創(chuàng)新項(xiàng)目及和導(dǎo)師做課題的同時(shí)，有效掌握和應(yīng)用了原子物理學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，為他們今后的工作打開(kāi)了思路，為今后的繼續(xù)深造奠定了基礎(chǔ)。

3.5把原子物理學(xué)課程和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

原子物理學(xué)課程和近代物理實(shí)驗(yàn)通常開(kāi)課是同一學(xué)期，以前由于受到設(shè)備的限制，大部分實(shí)驗(yàn)是由實(shí)驗(yàn)老師操作指導(dǎo)為主，學(xué)生觀察操作為輔完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，大部分學(xué)生對(duì)原子物理學(xué)中相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)還是很模糊，物理規(guī)律理解不透徹，相應(yīng)的科技應(yīng)用知識(shí)也無(wú)從知曉，理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)的一知半解導(dǎo)致教學(xué)效果很不好。所以，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)也必須進(jìn)行改革，除了能驗(yàn)證原子物理學(xué)里的一些理論和實(shí)驗(yàn)規(guī)律外，應(yīng)定期開(kāi)放綜合實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)實(shí)行導(dǎo)師制的學(xué)生，方便他們積極開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，如我院本科生參與國(guó)家和自治區(qū)課題組，參與稀土功能材料的制備和發(fā)光的研究，這對(duì)他們理解原子能級(jí)、電子躍遷、晶格結(jié)構(gòu)、激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、紅外光譜、吸收光譜等概念非常有幫助，且實(shí)驗(yàn)操作水平和動(dòng)手能力都得到了大大的提高，實(shí)現(xiàn)了原子物理學(xué)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的同步化，既深化了學(xué)生對(duì)原子物理理論知識(shí)點(diǎn)的理解，又提高了他們的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和科研思維，課程教學(xué)效果的改善很明顯。

4.結(jié)論

本文對(duì)原子物理課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革提出了幾點(diǎn)想法，通過(guò)該課程的教學(xué)和實(shí)踐改革，能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)研究的綜合素質(zhì)。利用現(xiàn)代化教學(xué)手段、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念和課題項(xiàng)目，發(fā)展學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和思考、協(xié)作實(shí)驗(yàn)的綜合能力，樹(shù)立以課題創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究帶動(dòng)課程教學(xué)的思想，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

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作者簡(jiǎn)介：

王林香（1979-），女，博士，副教授。