原子物理學(xué)教學(xué)論文
原子物理學(xué)教學(xué)論文
【摘 要】本文分析了原子物理學(xué)教學(xué)現狀，在教學(xué)內容、教學(xué)方法上對原子物理學(xué)教學(xué)進(jìn)行了研究和實(shí)踐。
【關(guān)鍵詞】原子物理學(xué)教學(xué);教學(xué)內容;教學(xué)方法
0 引言
原子物理學(xué)是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎必修課，是繼力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)之后的最后一門(mén)普通物理課程。
原子物理學(xué)是普通物理的重要組成部分，它屬于近代物理[1]。
原子物理學(xué)包括原子物理、原子核物理和粒子物理[2]。
原子物理學(xué)是20世紀隨著(zhù)量子力學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，至今，原子物理學(xué)的許多問(wèn)題仍然是科學(xué)研究的前沿問(wèn)題。
原子物理學(xué)是現代科學(xué)技術(shù)的基礎，是連接經(jīng)典物理與現代物理的橋梁。
學(xué)好原子物理學(xué)能為后繼的量子力學(xué)、固體物理等課程打下堅實(shí)的理論基礎。
因此，學(xué)好原子物理學(xué)具有十分重要的意義。
本文根據近幾年原子物理學(xué)教學(xué)實(shí)踐，分析了教學(xué)現狀，在教學(xué)內容、教學(xué)方法上對原子物理學(xué)教學(xué)進(jìn)行了研究和實(shí)踐。
1 原子物理學(xué)教學(xué)現狀
首先，原子物理學(xué)知識抽象、難懂，沒(méi)有清晰的物理圖像。
原子物理學(xué)是研究原子的結構、運動(dòng)規律及相互作用的一門(mén)科學(xué)。
其研究的物質(zhì)結構介于分子和原子核之間，線(xiàn)度約為10-10米，用肉眼是根本無(wú)法直接觀(guān)察的，只能在頭腦中想象。
學(xué)生在學(xué)習的過(guò)程中普遍反映知識很抽象，摸不著(zhù)頭腦，不像學(xué)習力學(xué)知識那樣，對物體運動(dòng)有清晰的物理圖像。
其次，教材內容過(guò)于老化。
20世紀30年代M.Born寫(xiě)了一本《原子物理學(xué)》，H.E.White寫(xiě)了一本《原子光譜導論》，這兩本書(shū)是原子物理學(xué)方面的經(jīng)典之作。
現在的原子物理學(xué)教材體系一般遵循Born和White模式，大部分的教材內容都是反映20世紀30年代前后的知識，現代科技知識涉及太少。
講授理論知識若缺乏實(shí)際應用的介紹，將會(huì )使知識僵化，知識面狹窄，難以激起學(xué)生的學(xué)習興趣。
2 原子物理學(xué)教學(xué)內容的研究與實(shí)踐
2.1 恰當處理好玻爾理論與量子力學(xué)的關(guān)系
大部分的教材內容一般都是按照原子物理學(xué)的發(fā)展歷史進(jìn)行編寫(xiě)的。
從原子的光譜實(shí)驗到玻爾提出的量子化假設理論(基于經(jīng)典物理基礎上的量子化，半經(jīng)典半量子，稱(chēng)為舊量子理論)，再由玻爾理論講授原子的能級、精細結構、超精細結構等。
對于微觀(guān)領(lǐng)域，正確描述電子運動(dòng)的是量子力學(xué)理論，玻爾理論是有其局限性的。
最突出的問(wèn)題是電子的軌道運動(dòng)，根據玻爾理論，電子在庫侖力的作用下沿著(zhù)一些特定的軌道繞原子核運動(dòng)。
在量子力學(xué)中，電子運動(dòng)是由波函數來(lái)描述的，滿(mǎn)足薛定諤方程，電子的運動(dòng)具有不確定性，只能用概率來(lái)表示，沒(méi)有軌道運動(dòng)的概念，量子力學(xué)中是用“電子云”來(lái)形象說(shuō)明電子的運動(dòng)。
教學(xué)中若處理不好玻爾理論與量子力學(xué)的關(guān)系，會(huì )讓學(xué)生覺(jué)得知識有點(diǎn)混亂，莫衷一是。
筆者認為在原子物理學(xué)教學(xué)過(guò)程中，能用玻爾理論解決的問(wèn)題就盡量不要用量子力學(xué)，如玻爾理論不能解決，則可定性地用量子力學(xué)知識來(lái)解釋?zhuān)苊鈴碗s的量子力學(xué)推導過(guò)程。
原子物理學(xué)雖屬近代物理，但仍是普通物理學(xué)的重要組成部分，應該具有普通物理學(xué)的特點(diǎn)，要注重基本的物理實(shí)驗、物理圖像、物理思想和物理模型[3]。
若用量子力學(xué)進(jìn)行詳細的解釋?zhuān)瑒t要涉及波函數、算符、力學(xué)量、薛定諤方程、微擾理論等復雜的量子力學(xué)知識，會(huì )淡化和掩蓋了原子物理學(xué)的基本的物理實(shí)驗、物理圖像、物理思想和物理模型。
恰當處理好玻爾理論與量子力學(xué)的關(guān)系，既能使學(xué)生易于接受原子物理學(xué)知識，又能為后繼的量子力學(xué)等課程打下基礎，使原子物理學(xué)成為連接經(jīng)典物理和現代物理的橋梁。
2.2 緊密結合現代科學(xué)技術(shù)知識
原子物理學(xué)是現代科學(xué)技術(shù)的基礎，隨著(zhù)原子物理學(xué)的發(fā)展，新思想，新知識不斷被發(fā)現，在此基礎上產(chǎn)生了大量的現代科學(xué)技術(shù)。
如與原子受激輻射有關(guān)的激光技術(shù);與原子的內層電子激發(fā)有關(guān)系的X射線(xiàn)的熒光分析技術(shù)、計算層析技術(shù);與物質(zhì)波有關(guān)的電子顯微鏡;與原子能級分裂有關(guān)的電子順磁共振和核磁共振等等，其中X射線(xiàn)影像、核磁共振成像已應用到醫學(xué)領(lǐng)域[4]。
將這些科學(xué)技術(shù)知識引入到原子物理學(xué)教學(xué)中，不僅可以加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象，還可以開(kāi)闊他們的視野，激發(fā)學(xué)習興趣，培養創(chuàng )新意識，取得良好的學(xué)習效果。
2.3 適當引入物理學(xué)史
原子物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了許多重要的創(chuàng )造成果，包括1999年在內共有96項諾貝爾物理學(xué)獎，其中就有66項是與原子物理學(xué)有關(guān)的，占到總獲獎數的2/3。
這些諾貝爾物理學(xué)獎的成果不僅是原子物理學(xué)發(fā)展的重要里程碑，而且是前輩物理學(xué)家創(chuàng )造性研究的典范[5]。
在教學(xué)過(guò)程中，適當地講解一些有代表性物理學(xué)家的工作背景、研究思路、研究方法以及他們在面對困難時(shí)的科學(xué)創(chuàng )新精神、非凡的膽識，都會(huì )對學(xué)生留下深刻的印象，引起長(cháng)久的思考。
例如，電子自旋假說(shuō)是20世紀初最重要的假設之一，電子自旋的提出在原子物理學(xué)發(fā)展歷史中具有里程碑的意義。
1925年，荷蘭的兩位在讀大學(xué)生烏倫貝克和古德斯密特，在地球運動(dòng)規律的啟發(fā)下，經(jīng)過(guò)深入研究，大膽提出了電子自旋假設。
但誰(shuí)能想到這樣重要的理論是由兩個(gè)還沒(méi)畢業(yè)的大學(xué)生提出的。
對于兩個(gè)年輕人來(lái)說(shuō)，提出這樣的理論不僅需要創(chuàng )造精神，更需要非凡的勇氣和膽識。
我們在課堂教學(xué)中引入這樣的事例，在學(xué)生中激起了強烈的反響，引發(fā)了熱烈的討論，極大地提高了他們的學(xué)習熱情和學(xué)習興趣，同時(shí)也培養了學(xué)生的創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力。
3 教學(xué)方法的研究與實(shí)踐
3.1 明確重難點(diǎn)，有的放矢
原子物理學(xué)的知識面較廣，知識點(diǎn)松散，各知識點(diǎn)間的邏輯性、系統性不強，再加上學(xué)時(shí)少，一般只有54學(xué)時(shí)左右，教學(xué)任務(wù)重。
因此，教學(xué)方法就顯得尤為重要。
按照原子物理學(xué)教學(xué)大綱，明確教學(xué)中的重難點(diǎn)。
每堂課都要向學(xué)生明確哪些知識需要重點(diǎn)掌握，哪些需要理解，哪些需要了解。
重難點(diǎn)知識要精講、細講，從物理實(shí)驗、物理圖像、物理思想、物理模型到具體的推導過(guò)程都要講清楚，不惜面面俱到。
理解性的內容可講清楚物理思想和物理圖像，不必過(guò)多涉及細節性?xún)热荨?/p>
了解性的內容可讓學(xué)生課下自行學(xué)習，給出一些參考資料，讓學(xué)生以讀書(shū)報告的形式提交作業(yè)。
明確教學(xué)中的重難點(diǎn)，學(xué)生明確了學(xué)習目標，提高了學(xué)習的積極性，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習。
3.2 傳統板書(shū)與多媒體教學(xué)的有機結合
傳統板書(shū)具有講課思路清晰，留給學(xué)生較多的思考時(shí)間，易于跟上講課思路等優(yōu)點(diǎn)。
對重要公式理論的推導，系統知識的梳理具有良好的教學(xué)效果。
多媒體教學(xué)可演示圖片、動(dòng)畫(huà)、影像資料，具有形象直觀(guān)的特點(diǎn)，而且幻燈片記載的信息量大，放映時(shí)間少。
在原子物理學(xué)教學(xué)中，將傳統板書(shū)與多媒體教學(xué)的有機結合起來(lái)，能收到良好的教學(xué)效果。
例如講電子的自旋―軌道相互作用時(shí)，先用多媒體演示電子自旋運動(dòng)和軌道運動(dòng)的動(dòng)畫(huà)，學(xué)生頭腦中有了清晰的物理圖像，然后再采用板書(shū)的形式詳細推導其作用規律，就比較容易理解。
一些著(zhù)名的物理實(shí)驗現象，現代科學(xué)技術(shù)應用，著(zhù)名物理學(xué)家生平簡(jiǎn)介等都可以通過(guò)多媒體展示給學(xué)生。
既能拓寬學(xué)生的知識面，還能活躍課程氣氛，激發(fā)學(xué)習興趣，提高學(xué)習積極性。
4 小結
原子物理學(xué)雖已有一百多年的歷史，但仍是具有生命力的，不斷向前發(fā)展的科學(xué)，原子物理學(xué)教學(xué)也應不斷地向前發(fā)展進(jìn)步。
本文根據近幾年原子物理學(xué)教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)內容、教學(xué)方法上對原子物理學(xué)教學(xué)進(jìn)行了研究和實(shí)踐。
以期能與同行進(jìn)行討論，共同提高原子物理學(xué)教學(xué)水平。
【參考文獻】
[1]喀興林.關(guān)于原子物理學(xué)課程現代化問(wèn)題[J].大學(xué)物理，1992，11(11)：6-8.
[2]褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012.
[3]高政祥.原子物理學(xué)教學(xué)改革的幾點(diǎn)探索[J].大學(xué)物理，2001(4)：34.
[4]張澤寶.醫學(xué)影像物理學(xué)[M].北京：人民衛生出版社，2004.
[5]崔金玉.關(guān)于物理學(xué)史恰當地引入到原子物理學(xué)教學(xué)中的思考[J].長(cháng)春師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，28(1)：99.
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