少學(xué)時(shí)條件下量子力學(xué)課程教學(xué)改革探索

【摘要】量子力學(xué)是學(xué)生普遍反映難學(xué)難懂的理論基礎(chǔ)課程。量子力學(xué)課程教學(xué)的主要內(nèi)容現(xiàn)在已基本固化。對(duì)非物理學(xué)專業(yè)，如何在較少的教學(xué)學(xué)時(shí)下實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，一直都是授課教師們探究的問(wèn)題。根據(jù)課程教學(xué)實(shí)際，教學(xué)中注意強(qiáng)化基本知識(shí)的講授，注意把課程思政教育融入到課程教學(xué)中，注意以網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺(tái)為依托強(qiáng)化課程過(guò)程性考核來(lái)實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)向課堂外延伸，這些做法對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量起到了很好的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】量子力學(xué) ?教學(xué)改革 ?課程思政 ?少學(xué)時(shí)

【基金項(xiàng)目】山東理工大學(xué)課程思政教育教學(xué)改革項(xiàng)目（20182813161）。

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）29-0236-02

量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)之一。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它也成為其他許多自然科學(xué)的基礎(chǔ)。因此，除了物理學(xué)專業(yè)，其他許多專業(yè)也開(kāi)設(shè)有量子力學(xué)課程。只是在教學(xué)學(xué)時(shí)上，相對(duì)于物理學(xué)專業(yè)，教學(xué)學(xué)時(shí)明顯偏少。量子力學(xué)發(fā)端于原子物理，但很快延伸、運(yùn)用于物理學(xué)各分支領(lǐng)域，它既導(dǎo)致核物理、粒子物理的應(yīng)運(yùn)而生，又促使固體物理、凝聚態(tài)物理、激光物理以及非線性光學(xué)突兀崛起。自上世紀(jì)初建立以來(lái)，量子力學(xué)研究領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)展。比如量子物理學(xué)所擴(kuò)展出的重大學(xué)科領(lǐng)域——激光物理，與半導(dǎo)體物理共同成為現(xiàn)代信息科學(xué)的主要基石。量子力學(xué)也是化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地球科學(xué)等學(xué)科的主心骨。當(dāng)前，量子力學(xué)向物質(zhì)科學(xué)各領(lǐng)域延伸，觸發(fā)產(chǎn)生了一些新的交叉學(xué)科，諸如量子化學(xué)、分子生物學(xué)和量子生物學(xué)和現(xiàn)代宇宙學(xué)等。

同時(shí)，量子力學(xué)的不斷發(fā)展也使得人們對(duì)所處的物質(zhì)世界有了更深刻的認(rèn)識(shí)。但量子力學(xué)基本概念和原理的深刻內(nèi)涵還遠(yuǎn)未被人們發(fā)掘出來(lái)，在我們面前還有一個(gè)很大的必然王國(guó)。量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，也許會(huì)對(duì)21 世紀(jì)人類的物質(zhì)文明產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響，正是因?yàn)榱孔恿W(xué)有著如此廣泛的應(yīng)用，量子力學(xué)課程是國(guó)內(nèi)外各高校物理類及相關(guān)專業(yè)必修的一門課程。

量子力學(xué)在高校物理學(xué)及相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中具有重要的作用。通過(guò)該課程學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論、量子力學(xué)的基本假設(shè)、基本原理和基本方法。這些教學(xué)內(nèi)容除了讓學(xué)生學(xué)習(xí)到相關(guān)的知識(shí)，還使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中讓自己的思維方式和對(duì)世界的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷一次洗禮。量子力學(xué)所展示的世界和萬(wàn)花筒一樣色彩斑斕，讓人們的思維和想象力得到最大限度的釋放。量子力學(xué)是學(xué)生普遍反映難學(xué)難懂的理論基礎(chǔ)課程，如何完成課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，一直都是相關(guān)授課教師探究的問(wèn)題[1-3]。經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐，傳統(tǒng)量子力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容也已基本固化。對(duì)非物理學(xué)專業(yè)，教學(xué)學(xué)時(shí)相對(duì)較少，如何有限教學(xué)學(xué)時(shí)下完成教學(xué)任務(wù)，一直都是授課教師探究的問(wèn)題。在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們根據(jù)教學(xué)實(shí)際，對(duì)此進(jìn)行了一定的改革探索，取得了一定的成績(jī)。

一、當(dāng)前課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

目前該課程在教學(xué)上存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題。

一是學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。“量子力學(xué)不講理”，作為一門理論課程，其基本原理難于理解，且在理論分析中用到了一定的特殊函數(shù)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)存在一定的畏懼心理，學(xué)習(xí)起來(lái)感覺(jué)比較枯燥。

二是教學(xué)方法和手段單一。目前課程教學(xué)主要采用課堂教學(xué)，盡管采用了一定的多媒體教學(xué)，但課程內(nèi)容也決定了純粹的多媒體教學(xué)并不適應(yīng)用于該理論課程教學(xué)。由于教學(xué)手段和方法單一，在一定程度上影響了課程教學(xué)的效果。

三是考核方式單一，期末考試時(shí)學(xué)生存在搞突擊的現(xiàn)象。多年來(lái)課程考核一直是在期末采用閉卷答題作為唯一的考試方式。由于課程本身具有一定的難度，而教學(xué)安排本身又使得學(xué)生沒(méi)有足夠的時(shí)間消化和吸收課程內(nèi)容，學(xué)生很難把握學(xué)習(xí)重點(diǎn)，而幫助同學(xué)梳理課程教學(xué)內(nèi)容又使得一些學(xué)生平時(shí)不學(xué)，等到期末考試開(kāi)夜車，加班加點(diǎn)復(fù)習(xí)。

四是課程教學(xué)學(xué)時(shí)正逐步減少。受專業(yè)培養(yǎng)方案課程體系改革的影響，目前量子力學(xué)課程教學(xué)學(xué)時(shí)已大為減少，不少甚至只有48學(xué)時(shí)。隨著高等教育教學(xué)改革的不斷深入，課程教學(xué)學(xué)時(shí)減少趨勢(shì)不可避免。但為了教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)內(nèi)容卻不能大幅度的減少，因此如何在少學(xué)時(shí)條件下，有效組織教學(xué)，高質(zhì)高效的完成教學(xué)任務(wù)是目前課程教學(xué)中亟待解決的問(wèn)題。

二、量子力學(xué)課程教學(xué)改革探索

在少學(xué)時(shí)條件下，量子力學(xué)課程的基本教學(xué)內(nèi)容依然需要保留，但在教學(xué)內(nèi)容安排上，適當(dāng)弱化部分應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)較多的理論內(nèi)容，同時(shí)根據(jù)“以必需夠用為度”的原則減少后續(xù)課程用得少或不用的內(nèi)容。由于是傳統(tǒng)的理論課程，量子力學(xué)課程教學(xué)一直以課堂講授為主。教學(xué)中注意保留量子力學(xué)基本概念、基本原理和基本方法的內(nèi)容，以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生思維能力，及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。比如對(duì)量子力學(xué)中五個(gè)基本假定要精講細(xì)講。近年來(lái)在課程教學(xué)學(xué)時(shí)不斷減小的情況下，為達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，在課程教學(xué)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.基于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法，適當(dāng)運(yùn)用多媒體技術(shù)，注意根據(jù)授課內(nèi)容采用靈活多樣的課堂教學(xué)方式。課堂教學(xué)是千百年來(lái)流傳下來(lái)的傳統(tǒng)教學(xué)方法，有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，是其他教學(xué)方法所不能取代的。教學(xué)過(guò)程是教學(xué)和學(xué)生之間雙向的溝通交流過(guò)程。在教學(xué)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用、學(xué)生的主體地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂的積極性、主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生們參與到課堂中來(lái)。因此，在講不同章節(jié)的內(nèi)容時(shí)，可以根據(jù)章節(jié)的性質(zhì)，靈活采取多種教學(xué)方式，如互動(dòng)式、分組討論式或研究式等，以營(yíng)造學(xué)生積極參與及主動(dòng)思考的氛圍，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)中注意多媒體技術(shù)的使用，利用豐富多彩的學(xué)生易于感興趣的和課程教學(xué)內(nèi)容或德育元素相關(guān)的故事、圖片等來(lái)吸引學(xué)生的注意力。多媒體教學(xué)是教學(xué)手段創(chuàng)新的重要內(nèi)容之一。在量子力學(xué)課程中使用多媒體并結(jié)合傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)，可以同時(shí)發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)方法和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，有助于課程教學(xué)中使學(xué)生集中精力理解量子力學(xué)的物理思想，掌握好量子力學(xué)的基本概念、基本原理，同時(shí)還可增加師生之間的互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象。借助多媒體技術(shù)，可很方便地展示一些繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。同時(shí)對(duì)一些物理規(guī)律，還可借助數(shù)學(xué)軟件對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律展示， 若使用傳統(tǒng)板書(shū)手工繪制，不僅速度慢而且不準(zhǔn)確。充分利用多媒體的特殊功能來(lái)展示量子力學(xué)內(nèi)容的豐富性、抽象性、應(yīng)用性和前沿性，可以加深學(xué)生的印象，理解其物理意義，同時(shí)也容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。由于授課學(xué)時(shí)減少，為達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，把課程學(xué)習(xí)延伸到課外，就是一個(gè)必然的選擇。我們充分利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，把課程教學(xué)中所要用到的文獻(xiàn)資料、練習(xí)題和測(cè)試題發(fā)布到平臺(tái)上，對(duì)一些問(wèn)題的解答討論和階段測(cè)試也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。

2.不受教材的束縛，優(yōu)化課程知識(shí)體系，強(qiáng)化量子力學(xué)基本概念、基本原理和基本方法的教學(xué)，弱化繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。量子力學(xué)課程教學(xué)的主要內(nèi)容雖然已基本固化，但不同的教材對(duì)這些主要內(nèi)容的處理各有不同。在實(shí)際教學(xué)中，注意根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系優(yōu)化課程知識(shí)體系，根據(jù)需要調(diào)整授課內(nèi)容的前后順序，而不受教材的束縛。量子力學(xué)教學(xué)要抓住其基本特點(diǎn)，讓學(xué)生理解概念的物理實(shí)質(zhì)，只有理解了基本概念的物理實(shí)質(zhì)，學(xué)生才能掌握量子力學(xué)的規(guī)律，理解量子力學(xué)的理論結(jié)構(gòu)，正確地運(yùn)用量子力學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。量子力學(xué)從研究規(guī)律到描述方式都和經(jīng)典物理有著根本的區(qū)別。例如，在量子力學(xué)中，“態(tài)”這個(gè)概念需要特別注意。量子力學(xué)的基本假定之一：微觀體系的狀態(tài)被一個(gè)波函數(shù)完全描述，從波函數(shù)可以得出體系的所有性質(zhì)。知道態(tài)函數(shù)后，就像在經(jīng)典物理學(xué)中知道了位置和速度一樣，可以求體系的能量、動(dòng)量等。教學(xué)中我們注意這類基本概念和基本原理的講解，注意講深講透。同時(shí)對(duì)量子力學(xué)中存在的繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，在教學(xué)中，為難免大量時(shí)間被用于純粹的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而忽視了物理情景的建立，進(jìn)而使得量子力學(xué)學(xué)起來(lái)無(wú)趣，沒(méi)有魅力，在教學(xué)中盡量避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。相應(yīng)的推導(dǎo)，可利用多媒體課件來(lái)展示，相應(yīng)的課件可上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)使用。

3.課程教學(xué)過(guò)程中注意把課程思政融入到課程教學(xué)中。當(dāng)前，把課程思政教育教學(xué)理念融入到專業(yè)課程課堂教學(xué)中正逐步成為大家的一種共識(shí)。量子力學(xué)課程中的德育元素很多。授課時(shí)注意以合適的方式結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容把一些思政元素引入到教學(xué)中，這對(duì)消除或減輕學(xué)生課程學(xué)習(xí)的枯燥感，增加課程學(xué)習(xí)興趣具有非常好的作用。如何有效地把課程思政元素融入到教學(xué)中是一個(gè)值得深入研究的課題。課程教學(xué)中，我們注意把思政元素與課程教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合起來(lái)。通過(guò)介紹量子力學(xué)發(fā)展史的相關(guān)史實(shí)可極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣和熱情。量子力學(xué)建立過(guò)程中很少有中國(guó)人的身影，但今天我國(guó)在某些量子力學(xué)領(lǐng)域的研究是走在世界的前列的，據(jù)此激發(fā)學(xué)生獻(xiàn)身科學(xué)研究的熱情和作為中國(guó)人的自豪感。量子理論與經(jīng)典物理并不是水火不相容的，在一定條件下量子理論過(guò)渡到經(jīng)典理論，據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“量變”和“質(zhì)變”之間的關(guān)系的哲學(xué)思考。在講授全同粒子體系這部分內(nèi)容時(shí)，向?qū)W生講明，微觀全同粒子是不可區(qū)分的，但我們又經(jīng)常說(shuō)“這個(gè)世界上不存在兩片完全相同的葉子”，據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的哲學(xué)思考，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探尋這一矛盾的關(guān)鍵所在。把思政元素融入到課程教學(xué)要避免說(shuō)教。在學(xué)時(shí)有限的情況下，為使思政元素發(fā)揮其應(yīng)用的作用，基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的學(xué)習(xí)討論區(qū)，發(fā)起相應(yīng)的討論話題，供同學(xué)們留言討論。為促進(jìn)學(xué)生參與的積極性，可將參與情況納入到平時(shí)成績(jī)的考核中。

4.強(qiáng)化過(guò)程性考核，豐富平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定的具體內(nèi)容，使每個(gè)學(xué)生都能找到自己的興趣點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)精神。在教學(xué)學(xué)時(shí)減少的情況下，課程學(xué)習(xí)必須延伸到課堂外。在這種新教學(xué)形勢(shì)下，傳統(tǒng)平時(shí)成績(jī)的評(píng)定依據(jù)及方法，有必要做相應(yīng)的充實(shí)和調(diào)整[4]。一是在考核形式要?jiǎng)?chuàng)新，傳統(tǒng)的方法可用于激勵(lì)學(xué)生加強(qiáng)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，而根據(jù)需要添加新的考核依據(jù)，或?qū)δ承﹤鹘y(tǒng)的考核依據(jù)賦予新的內(nèi)涵，以適應(yīng)新的形勢(shì)需要。這些新的評(píng)定依據(jù)要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課外時(shí)間的利用，形式要多樣，內(nèi)容要豐富，使每個(gè)學(xué)生都找到自己的興趣點(diǎn)。二是要基于學(xué)生個(gè)體之間的差異，設(shè)定平行的成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)，不要求學(xué)生完成每一項(xiàng)作業(yè)。學(xué)生可根據(jù)自己的情況選擇完成其中自己感興趣的部分，這樣在完成作業(yè)的過(guò)程中學(xué)生會(huì)獲得一定的成就感，并能激勵(lì)其去探索新的未知領(lǐng)域。為促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，還可要求學(xué)生組成互助學(xué)習(xí)小組，同學(xué)之間相互幫助，取長(zhǎng)補(bǔ)短，來(lái)共同完成相關(guān)的作業(yè)。

三、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)在本課程的教學(xué)過(guò)程中，我們以新時(shí)期的“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，知識(shí)、素質(zhì)和能力協(xié)調(diào)發(fā)展”的現(xiàn)代教育思想為指導(dǎo)，進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)改革，教學(xué)中突出學(xué)生的中心地位，注重因材施教，使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，真正達(dá)到從學(xué)會(huì)到會(huì)學(xué)。注意采用多種教學(xué)方法，強(qiáng)化學(xué)生各種能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生較快接觸學(xué)科發(fā)展的前沿，養(yǎng)成辯證唯物主義的世界觀和方法論。同時(shí)也注意加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)課程資源的建設(shè)，為學(xué)生課外學(xué)習(xí)提供學(xué)習(xí)資源庫(kù)，以彌補(bǔ)課程教學(xué)學(xué)時(shí)不足的限制。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋光.量子力學(xué)教學(xué)的探索與改革[J].教育現(xiàn)代化，2017（41）：73-74.

[2]李曉燕，熊出華，何麗紅.面向材料類專業(yè)的量子力學(xué)教學(xué)探索[J].教育教學(xué)論壇，2017（8）：122-123.

[3]程緒信，李曉霞，趙肇雄.量子力學(xué)教學(xué)改革探討[J].課程教育研究，2018（4）：149-150.

[4]武繼江.少學(xué)時(shí)條件下高校課程平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定的思考[J].教育教學(xué)論壇，2018（32）：221-223.