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1、本科生量子力学教学改革探索 摘 要：量子力学推动了近一百零一年来的科技发展，量子力学课程是物理学类本科生的重要基础课程，也是公认比较难的一门学科，也极大影响了学生对物理学的爱好，以及今后的探讨方向和从事的工作。该文将从提升老师的自身修养和提高学生的学习主观能动性两方面来探究如何提高本科生量子力学课程的教学效果。 关键词：量子力学 教学改革 物理学 本科生 中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-0101X09-0141-02 随着科学技术的快速发展，使得与物理类相关的交叉学科异军突起，和量子力学亲密相关的量子通信1，量子计算2量子调控3等前沿探讨方向深刻影响着人们的日常生活，
2、也成为将来物理学走向应用的重要方向。因此，为了培育的本科生能够更好服务社会，为时代供应科技人才支撑，提高本科生量子力学4的教学效果变得尤为重要。 1 老师应当引导学生主动思索 要培育出紧跟时代步伐的优秀学生，量子力学的老师必需紧跟时代步伐。在20世纪上半叶，量子力学的基础理论及整体框架已经成熟，但物理类专业本科生量子力学的教学大纲也仅仅要求学生能够建立薛定谔方程，在动量和位置表象求解薛定谔方程，引入算符以及电子的自旋这些量子力学所特有的物理量5。假如仅仅照本宣科地讲，而不去引导学生思索问题，培育的学生也就仅仅会求解量子力学课程最基本的薛定谔方程，更不会把量子力学和其他的课程内容联系起来，串成一
3、条主线。作为老师，应当能够启发学生去思索，如讲到波尔定态假设的时候要求电子在固定的轨道运动系统的能量不削减这一基本假定的时候，就可以引导学生思索，为什么电子加速运动能量肯定会削减，这就要用到电动力学的学问，改变的电场产生磁场，改变的磁场产生电子，形成了电磁波，电场波就会携带能量，这样也可以引导学生回忆起来其他的课程，把全部的物理学问串联起来，提升对物理图像和物理本质的相识。 2 通过量子力学的前沿进展激发学生的学习爱好 量子力学的基础理论虽然已经基本完成，它的理论应用却还有待开发，学生学习时候的普遍思想是现在所学的内容都得到了解决。但是量子力学则不然，要告知学生，现在的课程内容虽然已经形成固定
4、的教材，而且国内外教材有许多，但许多问题不同的教材可能有不同的表述方式，激励学生多阅读各种不同的教材和专著，同时要告知学生量子力学的应用方向和延长现在仍旧在持续更新，要广泛阅读网络资源，特殊是外文文献，比如发表在Arxiv，Nature，Science，Reviews of Modern Physics，Physical Review Letters等期刊上的文献。在教学中假如涉及到现在科学探讨应用很广泛的学问点，要引导学生去学会应用，如：波函数可以用无穷多的平面波进行绽开这一基本原理，而这一简洁的原理正是现在凝合态物理中KP理论6的精髓，现在最新的科研成果中仍旧可以发觉其解决问题的强大实力；
5、而讲到用波函数来描述量子力学的波粒二象性后，介绍了有意义是波函数的模平方，即粒子在某一位置出现的几率，通过密度泛函理论7，可以通过波函数得到几乎全部的物理性质，这正是第一性原理计算的精髓所在。当然，还有许多类似的最新探讨成果，如：通过量子力学的纠缠光子对实现量子通信，波函数的叠加原理实现量子计算等。因此，这对量子力学老师的要求更高，要能够紧跟科技前沿，做好一个引路人，从事量子力学的老师肯定要扎根在科学探讨的一线，而且要求探讨方向和量子力学亲密相关，如：凝合态物理、量子信息等。 3 教学方式的改革 量子力学的基本理论比较抽象，难以理解，理论本身一些内容不能干脆用试验验证，如：薛定谔方程等。量子力
6、学目前的理论形式多样：如包含薛定谔波动力学、海森堡矩阵力学、路径积分理论等。假如单纯的是老师讲，学生被动的接受效果不会太好，特殊是讲了一些学问点后，加上例题讲解，学生都能够听懂，但是自己独立完成的时候仍旧是一头雾水。为此，我摸索着给学生们分组，45个人一个小组，小组采纳自由组合的方式，每次同一小组的同学坐在一起，当讲完一个学问点或者几个学问点后，提出问题，让学生以小组的形式进行探讨，老师轮番进入到每一个小组中去参加学生的探讨。这样可以共享彼此的理解，从而加深对量子力学问题的理解。 4 注意课后的阅读和沟通 上课时间必定受到学时数目的影响，正如推出量子力学的正统诠释的哥本哈根学派的领袖人物玻尔曾
7、说：“假如谁没被量子力学搞得头晕，那他就肯定是不理解量子力学。”因此，要更加充分激发学生的爱好，使得学生主动花更多的时间进行学习和探讨，为此，我建立了一个QQ群，通过加平常成果的方式激励学生在群里面探讨。此外，还可以把我看到的最新物理内的相关新闻，量子力学的一些探讨前沿共享到QQ群里面，使得学生在玩手机的时候即可以了解到量子力学的前沿方向，此外还把课件共享到群里供同学们下载，并把课件通过美化大师转为长图片，这样学生可以把学问点保存在手机中，可以充分调动学生的零星时间来学习。同时也激励同学们参与校内外的学术沟通，也可以观看网络上的视频讲座。通过多渠道，多媒体等各种方式拓展视野，开拓眼界，提升学生
8、的学术水平。 5 结语 综上所述，使得本科生能够学习好量子力学这一门重要的基础课程是一个系统工程，须要老师和学生的共同努力。该文从上述4個方面提出了一种使得学生能够学习好量子力学的思路，假如上述4个方面能够得到完备解决，不仅可以提高学生的学习主动性，调动学生的主观能动性，也可以激发他们对科学探讨的探究，同时将推动物理方向的人才培育。 参考文献 1吴华，王向斌，潘建伟.量子通信现状与展望J.中国科学：信息科学，2022，44：296-311. 2周正威，涂涛，龚明，等.量子计算的进展和展望J.物理学进展，2022，29：522. 3张季，姚洪斌.双色脉冲场量子调控H2+的光电离动力学J.科技导报，2022，34：90. 4田光善.关于本科生量子力学教学的一些体会J.高校物理，2022，20：52. 5曾谨言.量子力学：卷M.4版.北京：科学出版社，2022. 6靳钊，乔丽萍，郭晨，等.单轴应变Si随意晶向电子电导有效质量模型J.物理学报，2022，62：515-521. 7黄美纯.密度泛函理论的若干进展J.物理学进展，2000， 20：1101. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页