《量子力学》课程“问题导向型教学模式”探讨

摘要：掌握《量子力学》课程的基本理论和基本方法，是学生进入物理学前言问题研究和高新科学技术探索不可或缺的基础。文章结合这门课的特点以及人才培养的需求，在教学过程以“问题导向”作为切入口，将案例教学、视频、科研成果等融入教学过程，强化课堂小组讨论，推进实验教学，改进考核办法，从而为培养创新型物理电子应用人才打下良好基础。

关键词：量子力学；教学探讨；能力提高

1 引言

生产力的发展客观需要，推动人们探索微观世界的奥妙，掐指算来，量子概念的诞生已经超过整整100年。但随着科技日新月异的发展，可以毫不夸张地说，没有量子物理，就没有人们今天的生活方式。量子物理的应用已经渗透到现代化生产的许多方面，如半导体材料与器件，磁性材料与器件，原子能技术、激光技术等等。《量子力学》课程的学习已成为国内高等理工科院校“应用物理”“电子科学与技术”“光信息科学与技术”等专业的必修学科基础课。通过该课程的学习，培养学生辩证唯物主义世界观，独立分析问题和解决问题的科学素养，并为“固体电子导论”“光电子学”等后续课程的学习打下良好的基础。

2 对《量子力学》课程的探讨

《量子力学》涵盖了基础物理、数学物理方法、概率论、线性代数、矩阵等多个学科领域的内容，特别是基本概念、规律与方法与经典物理截然不同，不能凭借我们所熟悉的经典概念去证明。这些现状导致学生在该课程学习中感觉到难度更大。传统的课堂教学容易陷入纯粹的数学推导而忽略物理情景的建立。

种种现象表明，现存的“单纯授课式”教学方式不符合本课程的教学规律，无法实现其预定的教学目标，必须在各方面加以充分改进。目前，国内外对《量子力学》课程的教学方法已经作了大量的尝试和研究，提出了多种教学方法，如开发生动的多媒体课件、课堂分组讨论、模块化教学等。如何让学生在偏微分方程为主线的教学体系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激发和保持学生的学习兴趣，是任课教师需要探索和实践的重要课题，值得花力气去研究。此外，随着时代的发展，量子物理所带来的新技术又层出不穷，大量前言研究成果脱颖而出，如量子通信，量子纠缠，量子密码等。如何将这些最近量子应用技术融入到日常课堂教学中，无疑对教师的教学能力、教学方法和综合素质以及学生的课程学习方式等都提出了更高要求。

问题既是学习的起源，也是选择知识的依据，又是掌握知识的手段，因此在教学实践的基础上，可以尝试以“问题导向”作为切入口，将案例教学、视频教学、科研成果等融入《量子力学》的教学过程，克服抽象的物理图景给学生带来的困扰，增强学生利用所学知识解释现实、分析问题、解决问题的能力，培养学生主动思考和实践创新能力，进而提高教学效果。鼓励学生根据自己的兴趣与基础，在教师的指导下进行专题研究，用现有的专业实验室条件，针对课程理论知识带着问题和专业的实践应用问题，在科研实践中加深知识的理解和运用，逐步提高其创新能力。

3 《量子力学》课程问题导向型教学实施建议

3.1 学习状态的调查与分析

量子力学可谓无处不数学，因此需要以无记名答卷调查和课间交谈方式，对学生的之前数学物理知识基础，学习兴趣等进行统计和分析，从而为制定合适的教学计划、选取恰当的教学内容和教学方式打下基础。如果没有对具体问题进行严格的数学推导，就无法真正深刻理解基本原理，量子物理的实际应用也就更无从谈起。课程系统学习之前，教师应该把知识点中可能运用到的数学知识梳理后作为参考资料发给学生，便于学生在平时练习中使用。

3.2 建立“问题为导向的交互式教学模式”

《量子力学》建立在众多假设基础上，抽象难懂，研究的是微观世界物质粒子的运动规律，与现实宏观世界差距较大，特别是一些规律与日常经验完全不同。不少同学甚至认为这门课程与今后自己的工作联系不大，毫无用武之地，因而在学习上没有积极性。这一情况的解决很大程度上取得于教师的问题引导设置是否有新意，是否足够吸引学生。教师需要精心设计，注重理论联系实际，强化知识的渗透和迁移。如从大家所熟悉的歌星周杰伦的成名曲《爱在西元前》改编版过渡到量子物理的发展，从太阳能电池过渡到知识点“光电效应”，从量子计算机过渡到知识点“态叠加原理”，从氢原子的斯塔克效应过渡到“微扰理论”等等。这些课堂问题的精心设计和引导从理性的角度让学生接受量子物理的基本思想，激发对课程的学习兴趣，在无形中培养他们理性思维、逻辑思维、创新意识和推理能力，也势必会加深学生对知识模块的理解。

采用提示启发与组织学生小组讨论相结合的方法，对本课程中重要的概念和有争议的问题进行研讨，多为学生提供自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，有利于学生知识框架的自我构建。教师在讲解过程中需要注重物理思想的阐述

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