量子力学创新教法

量子力学创新教法（精选3篇）

量子力学创新教法 第1篇

量子力学的研究内容属于微观尺度, 与人们的日常生活相去甚远, 因此量子力学的学习不如经典力学那样可以借助于日常生活经验与直觉帮助。

一、将探究式教学应用于在波函数的概率诠释的讲解

探究式教学指的是在讲授理论知识之前说明其历史发展情况, 引导学生得到正确理论。量子力学中, 玻恩对波函数的统计诠释特别适合这种教学模式。事实上, 大多数教材对此采取的措施正是研究式教学。从普朗克及爱因斯坦的光量子, 到德布罗意的波粒二象性, 再到戴维逊-革末实验, 最后得出波函数的概率诠释, 这过程基本遵循了历史的发展顺序, 理论进展与实验发现相辅相成。

这里需要提到的是, 大部分教材并没有明确展示出玻恩规则的内容。波恩规则指的是:如果体系一开始处于由态矢量表示的状态, 那么观测之后发现它处于由表示的状态的概率, 实际上波恩规则是玻恩对波函数的统计诠释的一般性推广, 其重要性无容置疑。正如温伯格在其著作《Lectures on Quantum Mechanics》中所提到的, 可以把波恩规则作为量子力学的基本原理之一。尽管大部分教材没有明确提出波恩规则这一专有词, 但是其都会有所提及。这一方面反映出教材没有展示出玻恩规则在量子力学中的重要地位, 另外一方面, 对玻恩规则与玻恩对波函数的统计诠释间的紧密联系也强调的不够多。

二、类比法在量子力学教学中的应用

量子力学学习的困难在于很难进行直观想象。正因如此, 要求教师在量子力学的讲解过程注意运用类比法增强学生对相关知识的理解。

事实上, 很多量子力学的问题在经典物理中是有可以类比的对象的。由于波函数的波动属性, 很多量子力学问题可以类比电动力学中电磁波的问题。如可以类比光波的杨氏双缝干涉实验与电子的双缝干涉实验。通过类比, 学生就会意识到干涉现象的出现意味着需要一个“振幅”。这种类比将使学生比较容易接受概率振幅 (或者说波函数) 这一概念。需要提到的是, 类比法运用中常见的问题是会使学生只注意到二者相似的地方, 而忽略二者的不同。因此, 二者之间的“不同”需要着重点出, 对于电子来说, 振幅的概率属性将通过单电子干涉实验确定无疑地展现出来。

三、物理结果的图像展示在量子力学的重要性

很多量子力学教材都会讨论一些具体问题的结果, 如无限深方势阱、势垒贯穿、氢原子的解等。大部分教材也会对结果进行一些图像展示。如画出氢原子一些定态波函数的大体图像, 以帮助学生理解。但是, 对图像展示, 很多教材都是不够丰富的。这意味着, 在讲解过程中要着重注意尽可能多地给学生展示一些相关图像。在这方面, 一本很好的参考资料是《The Picture Book of Quantum Mechanics》。该书通过一些具体例子, 展示了一些过程波函数的演化过程, 这些对于初学者来说非常有益于增进其对相应知识的理解。

为了帮助学生理解, 一些波函数随时间演化的动态展示也非常有必要。如一维势垒贯穿问题, 首先需要先讲解清楚定态解是如何求解出来的, 然后对结果进行物理分析。这些都是通常的做法。如果能够给学生展示一个动画:一个波包从很远的地方向势垒过来, 然后经过势垒的散射, 波包分成两部分, 一部分是反射波, 另一部分是投射波。这个波包当然是定态解的线性叠加, 采用任何一种数学编程语言都很容易实现。这个动画对学生的知识理解的作用是简单的物理分析所无法替代的。

四、结语

《量子力学》是物理学相关专业的重要基础课, 其在专业的知识结构中起着举足轻重的作用。更重要的是, 量子力学的学习过程是对学生的思维方式转变的锻炼, 这对学生的未来发展非常重要。因此, 对该课程的教学方法和教学内容等方面的创新尝试都非常有必要。

参考文献

[1]S.Weinberg.Lectures on Quantum Mechanics[M].Cambridge:Cambridge University Press, 2012.

[2]S.Brandt, H.D.Dahmen.The Picture Book of Quantum Mechanics[M].Berlin:Springer, 2012.

[3]曾谨言.量子力学导论[M].北京:北京大学出版社, 1998.

谈初中田径教学教法的创新论文 第2篇

我们认为：田径教学中的分解法和启发式教学法应当肯定，而在教法创新上应围绕确立学生的主体地位做文章，归纳起来，应采用以下教学方法。

一、分解法

分解法就是把复杂的动作合理分成几个部分，分别进行学习，最后使学生完整掌握动作的方法。

田径教学内容大多数是由多个技术环节组成的完整技术动作，都有重难点，将此类教材剖析，分环节、按步骤实施教学，是完成教学目标的必经之路。可以采取多种手段、多种形式剖析教材环节，实施教学。以急行跳远教学为例，“起跳”这一重点环节的教学，采取由浅入深、多种形式、多种手段，教学容易收到好的效果。具体方法是：A.练习原地单脚起跳，注意摆动腿和手臂的配合。B.上几步踏跳动作练习，注意摆动腿和手臂的配合。C.用踏跳板增加起跳高度，以便学生充分体会蹬地等起跳动作。D.上几步“腾空步”的练习，加强对起跳动作的巩固。E.短程助跑起跳后，跃过一定高度的腾空步练习。这些方法以起跳为核心，手段多样，逐步加深。如果在组织教法上运用合作练习、自主练习等不拘一格的形式，学生兴趣会更浓，学习劲头会更足，便于掌握动作。

二、启发式

启发式教学是十大教学法之一，也是田径教学中常用的方法，主要有以下三种：

1.提问启发。根据教学内容，设计一些富有启发性的问题，能集中学生注意力，让学生积极思考，提高学习兴趣。如跳远教学中，教师提问，怎样才能跳得远，学生回答，靠水平速度和垂直速度的结合，教师又问，结合的关键是什么，学生便会联想到踏跳，于是，学生便明白了踏跳是教学的重点。

2.对比启发。通过对动作的难易、美丑、对错、好坏以及动作质量的高低进行分析比较，动作正反对比讲解动作要领，使学生很快就知道什么是正确的、好的，什么是错误的、不好的，促使学生通过观察分析，做出正确的选择，能提高学生的鉴别能力。在一般情况下，教师应根据学生在练习中可能出现的问题，在讲解正确动作之后，指出容易出现错误的动作及其原因，防止学生错误动作的产生。学生在练习过程中，也可就某一动作进行比较，找出差距，分析原因，如就跑的后蹬动作、摆臂动作，找两个学生做动作后，通过动作的正误对比，容易使学生一目了然，加深对正确动作的印象。

3.比喻启发。形象的比喻，既能给学生丰富的联想，又能给学生以深刻的印象，而且还能沟通多个孤立的表象，建立起相互的联系，从而借助联想加深理解某些动作的技术要领，如用离弦之箭来比喻短跑，讲解蹲踞式起跑动作原理时，用压紧的弹簧作比喻，能起到加深印象、明白原理的作用。又如，在标枪教学中，把标枪出手前的身体姿势比喻为一张绷紧待发的弓，说明满弓的道理，能使学生尽快掌握正确动作。

三、选择法

深化田径教学改革，确立学生的主体地位十分重要，在田径教学中，设计多种练习内容，让学生自主选择、自主学练是教法创新的关键。其方法有以下四种：

1.兴趣练习导入法。田径教学比较单调、枯燥，致使课堂气氛沉闷。因此，改进教法，提高兴趣，不仅能调动学生的情趣，而且有利于加速课的进程，特别是课的开始部分，采用兴趣练习导入法，选择一些适合学生的练习，如各种队列变换、集中注意力练习、素质练习小游戏和音乐舞蹈、韵律操，或者让学生自己选择一些项目进行练习，让学生自己做准备活动，能使课堂气氛热烈、学生情绪高涨，在活动中学生充分表现自己，使创新能力和个性特长得到发展。

2.指定练习选择法。为了完成某个技术动作的教学，教师有计划、有步骤地安排几个具有不同功能的练习，让学生根据自己动作的薄弱环节自行选择练习，在练习过程中，教师实施个别指导，同学之间相互帮助。如在跨栏跑教学中，尝试同时安排四个练习：A.高抬腿走中通过低栏(解决改栏问题)；B.跑动中跨过边栏(解决摆动腿过栏问题)；C.快跑中跨过活动栏架(克服害怕心理)；D.跨过正式低栏架(提高动作质量)。让学生对照学习目标，自己有选择地进行练习，既提高了自我评价能力，又提高了主动练习的积极性，效果很好。

3.自选动作练习法。在完成主教材任务的基础上，有组织地增加自选动作练习的主动权，教师实行个别指导，如在完成蹲踞式跳远的教学任务后，有目的地让学生选择喜欢做的挺身式跳远，体验走步式跳远，学生兴趣倍增，三五成群，互相切磋。教师则教会学生利用踏跳板，帮助学生掌握起跳高度，便于体会挺身式跳远和起步式跳远的技术动作，每个学生都尽量去发挥自己的能力和特长，积极性很高。教师根据学生的不同情况进行个别指导，讲解练习方法，对发展学生的个性能起到好的作用。

量子力学创新教法 第3篇

量子力学不同于以往力、热、光、电这些经典物理, 它有自己独特而全新的理论框架体系, 初次接触该课程的学生很难接受, 量子力学的创建者之一波尔就曾说过“如果谁在第一次学习量子概念时不觉得糊涂, 他就一点也没有懂”。本人从2011年开始讲授《量子力学》课程, 先后教过5届学生, 对于如何教好普通地方工科院校的学生, 有一些体会。

1 讲授量子力学建立背景很重要

对于任何一门课程, 只掌握书本里相关的公式、定律, 能熟练地做课后题是不够的, 这些只能让学生知其然而不知所以然。更何况正如波尔所说, 初次接触量子力学的人本身就很困惑, 如果刚开学直接讲授物质波、波函数的统计解释、不确定性原理, 用薛定谔方程计算能级和波函数, 学生会一头雾水, 不知道这些知识是什么, 有什么用?如果我们回顾一下量子力学产生过程:开尔文的“两朵乌云”、普朗克解释“黑体辐射”、爱因斯坦解释“光电效应” (包括康普顿散射实验的验证) 、波尔的氢原子理论, 物理学的发展还是有规可循的, 有这些前期成果作铺垫, 德布罗意物质波理论、薛定谔方程、波函数的统计解释容易被接受, 再告诉学生势阱看做简化的原子模型, 得到的能级与原子发光机理相联系, 学生学起来就会明白一些。这样适当增加量子力学建立背景, 使学生明白它不是凭空产生的, 是人类认识世界到了微观层次, 由实验和理论相互促进的必然结果, 教学效果会好很多。

2 讲授数学知识储备和课本的组织框架很重要

量子力学中微观体系的状态用波函数来描述, 每一个状态可以看成数学中的希尔伯特空间的一个矢量, 线性代数中所学的矢量运算法则 (如矢量的加法、数乘、内积等) 成了量子力学中基本运算。在矩阵力学中, 态和力学量又可以用一个矩阵来表示, 矩阵的运算法则及相关概念也是掌握量子力学所必须的。薛定谔方程本身就是一个偏微分方程, 量子力学中的期望值也需要与概率相关的知识。《量子力学》课程一般开设在本科大三年级, 所有数学知识都已学过, 同时学生也有所遗忘, 如果在正式授课前带领学生复习一下相关数学知识, 不仅使学生学习更轻松, 也有助于一些考研同学的复习, 起到事半功倍的效果。

学生在接触一门新课时, 随着学习的深入很容易陷入“只见树木不见森林”的困境, 所以讲授一些书本的理论框架也比较重要。我们使用的是周世勋的《量子力学教程》, 该书浅显易懂, 逻辑清晰, 适合普通地方工科院校的学生作为量子力学的入门课本。如果学生明白课本的安排, 包括这么几部分:描述一个状态及状态随时空的演化法则、状态中物理量的获取、微扰理论、自旋及多体, 外加一独立成章的矩阵力学, 学习起来会清晰许多, 明白自己的学习进度, 前后章节的联系, 教学效果自然会得到提升。

3 讲授名人轶事, 联系学科最新进展

和其他理论课程一样, 《量子力学》抽象难懂、推导过程复杂, 讲授会枯燥乏味。所幸量子力学建立的年代是上世界物理学发展的黄金时代, 英雄辈出, 群星璀璨。量子力学的缔造者如普朗克、爱因斯坦、波尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、狄拉克、泡利等人身上都充满了传奇, 从他们身上不仅可以学到知识、启迪智慧, 每一个物理规律发现背后的故事、名人之间的师承门派还可以作为调节课堂氛围的资料, 让学生感受到量子力学也是有血有肉的活生生的诞生在现实社会中, 而不是如天外飞仙那般突然现世。学生有了这种亲近感, 学习起来也会有动力。

尽管量子力学理论框架于20世纪30年代已经基本建立, 成功的解释了很多实验现象, 也影响了诸如化学、生物、材料等诸多学科的发展, 但围绕量子力学基本概念、原理、物理图像的理解一直争论不断, 随着实验手段的进步, 诸如量子通讯、量子计算、拓扑绝缘体、量子霍尔效应、外尔半金属等许多新成果不断涌现, 成为当今世界一个又一个的研究热点, 不断提升人类认识物质世界的高度和深度。课堂上介绍这些学科的前沿进展, 让学生感受量子力学的魅力和生命力, 能极大的促进学生学习的兴趣。

4 合理实用多媒体课件教学

随着网络和计算机应用的发展, 多媒体课件丰富了教学手段和内容, 为教学带来了诸多便利。在讲授氢原子的量子理论时, 公式繁琐、推导冗长, 如果一一板书讲授, 学生很容易听到后面忘了前面, 如果提前做好课件, 推导过程以幻灯片的形式播放, 重点讲授推导逻辑和几个关键点, 这样学生学习起来会省力很多。还有如果把电子衍射图像形成过程用动画演示的方式播放, 学生对波函数统计解释的理解会加深很多。

多媒体教学会加强课堂上教学的交流、提高学生信息获取量, 激发学生学习的积极性, 但事物都具有两面性, 多媒体课件能为教学引入很多便利, 也有一些不足。如过分的使用多媒体课件, 一张张的过幻灯片, 除了信息量太多, 学生还会被课件中动画、视频所吸引, 忽视其中公式推导, 及和老师的交流, 这样学习层次很容易流于表面, 不能深入;反之如果教授板书讲授, 物理过程仔细推导, 关键处点评交流, 学生有时间去思考和参与讨论, 能够加深对知识的理解, 有利于构建他们的知识体系。总之“尺有所短寸有所长”, 只有传统板书教学与多媒体教学有机结合, 才能达到提高教学效果这一根本目标。

《量子力学》在物理专业的课程体系中占有重要的地位, 对学生的发展更为重要, 让学生更容易的认识、接收、理解、应用相关知识, 让学生在学习过程中加深对物理学的热爱, 是我们教学的最终目标, 也是我们教师的责任。希望这些粗浅的思考能为其他地方工科院校的教学提供一些参考。

参考文献

[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理, 2000, 29 (7) .