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原子物理学教学论文 原子物理学教学论文 【摘要】本文分析了原子物理学教学现状在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践 【关键词】原子物理学教学;教学内容;教学方法 0引言 原子物理学是物理学专业的一门重要的专业基础必修课是继力学、热学、光学和电磁学之后的最后一门普通物理课程 原子物理学是普通物理的重要组成部分它属于近代物理1 原子物理学包括原子物理、原子核物理和粒子物理2 原子物理学是20世纪随着量子力学的发展而发展起来的至今原子物理学的许多问题仍然是科学研究的前沿问题 原子物理学是现代科学技术的基础是连接经典物理与现代物理的桥梁 学好原子物理学能为后继的量子力学、固体物理等课程打下坚实的理论基础 因此学好原子物理学具有十分重要的意义 本文根据近几年原子物理学教学实践分析了教学现状在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践 1原子物理学教学现状 首先原子物理学知识抽象、难懂没有清晰的物理图像 原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的一门科学 其研究的物质结构介于分子和原子核之间线度约为1010米用肉眼是根本无法直接观察的只能在头脑中想象 学生在学习的过程中普遍反映知识很抽象摸不着头脑不像学习力学知识那样对物体运动有清晰的物理图像 其次教材内容过于老化 20世纪30年代M.Born写了一本原子物理学H.E.White写了一本原子光谱导论这两本书是原子物理学方面的经典之作 现在的原子物理学教材体系一般遵循Born和White模式大部分的教材内容都是反映20世纪30年代前后的知识现代科技知识涉及太少 讲授理论知识若缺乏实际应用的介绍将会使知识僵化知识面狭窄难以激起学生的学习兴趣 2原子物理学教学内容的研究与实践 2.1恰当处理好玻尔理论与量子力学的关系 大部分的教材内容一般都是按照原子物理学的发展历史进行编写的 从原子的光谱实验到玻尔提出的量子化假设理论(基于经典物理基础上的量子化半经典半量子称为旧量子理论)再由玻尔理论讲授原子的能级、精细结构、超精细结构等 对于微观领域正确描述电子运动的是量子力学理论玻尔理论是有其局限性的 最突出的问题是电子的轨道运动根据玻尔理论电子在库仑力的作用下沿着一些特定的轨道绕原子核运动 在量子力学中电子运动是由波函数来描述的满足薛定谔方程电子的运动具有不确定性只能用概率来表示没有轨道运动的概念量子力学中是用“电子云”来形象说明电子的运动 教学中若处理不好玻尔理论与量子力学的关系会让学生觉得知识有点混乱莫衷一是 笔者认为在原子物理学教学过程中能用玻尔理论解决的问题就尽量不要用量子力学如玻尔理论不能解决则可定性地用量子力学知识来解释避免复杂的量子力学推导过程 原子物理学虽属近代物理但仍是普通物理学的重要组成部分应该具有普通物理学的特点要注重基本的物理实验、物理图像、物理思想和物理模型3 若用量子力学进行详细的解释则要涉及波函数、算符、力学量、薛定谔方程、微扰理论等复杂的量子力学知识会淡化和掩盖了原子物理学的基本的物理实验、物理图像、物理思想和物理模型 恰当处理好玻尔理论与量子力学的关系既能使学生易于接受原子物理学知识又能为后继的量子力学等课程打下基础使原子物理学成为连接经典物理和现代物理的桥梁 2.2紧密结合现代科学技术知识 原子物理学是现代科学技术的基础随着原子物理学的发展新思想新知识不断被发现在此基础上产生了大量的现代科学技术 如与原子受激辐射有关的激光技术;与原子的内层电子激发有关系的X射线的荧光分析技术、计算层析技术;与物质波有关的电子显微镜;与原子能级分裂有关的电子顺磁共振和核磁共振等等其中X射线影像、核磁共振成像已应用到医学领域4 将这些科学技术知识引入到原子物理学教学中不仅可以加深学生对所学知识的印象还可以开阔他们的视野激发学习兴趣培养创新意识取得良好的学习效果 2.3适当引入物理学史 原子物理学的发展产生了许多重要的创造成果包括1999年在内共有96项诺贝尔物理学奖其中就有66项是与原子物理学有关的占到总获奖数的2/3 这些诺贝尔物理学奖的成果不仅是原子物理学发展的重要里程碑而且是前辈物理学家创造性研究的典范5 在教学过程中适当地讲解一些有代表性物理学家的工作背景、研究思路、研究方法以及他们在面对困难时的科学创新精神、非凡的胆识都会对学生留下深刻的印象引起长久的思考 例如电子自旋假说是20世纪初最重要的假设之一电子自旋的提出在原子物理学发展历史中具有里程碑的意义 1925年荷兰的两位在读大学生乌伦贝克和古德斯密特在地球运动规律的启发下经过深入研究大胆提出了电子自旋假设 但谁能想到这样重要的理论是由两个还没毕业的大学生提出的 对于两个年轻人来说提出这样的理论不仅需要创造精神更需要非凡的勇气和胆识 我们在课堂教学中引入这样的事例在学生中激起了强烈的反响引发了热烈的讨论极大地提高了他们的学习热情和学习兴趣同时也培养了学生的创新意识和创新能力 3教学方法的研究与实践 3.1明确重难点有的放矢 原子物理学的知识面较广知识点松散各知识点间的逻辑性、系统性不强再加上学时少一般只有54学时左右教学任务重 因此教学方法就显得尤为重要 按照原子物理学教学大纲明确教学中的重难点 每堂课都要向学生明确些知识需要重点掌握些需要理解些需要了解 重难点知识要精讲、细讲从物理实验、物理图像、物理思想、物理模型到具体的推导过程都要讲清楚不惜面面俱到 理解性的内容可讲清楚物理思想和物理图像不必过多涉及细节性内容 了解性的内容可让学生课下自行学习给出一些参考资料让学生以读书报告的形式提交作业 明确教学中的重难点学生明确了学习目标提高了学习的积极性促进了学生的自主学习 3.2传统板书与多媒体教学的有机结合 传统板书具有讲课思路清晰留给学生较多的思考时间易于跟上讲课思路等优点 对重要公式理论的推导系统知识的梳理具有良好的教学效果 多媒体教学可演示图片、动画、影像资料具有形象直观的特点而且幻灯片记载的信息量大放映时间少 在原子物理学教学中将传统板书与多媒体教学的有机结合起来能收到良好的教学效果 例如讲电子的自旋轨道相互作用时先用多媒体演示电子自旋运动和轨道运动的动画学生头脑中有了清晰的物理图像然后再采用板书的形式详细推导其作用规律就比较容易理解 一些著名的物理实验现象现代科学技术应用著名物理学家生平简介等都可以通过多媒体展示给学生 既能拓宽学生的知识面还能活跃课程气氛激发学习兴趣提高学习积极性 4小结 原子物理学虽已有一百多年的历史但仍是具有生命力的不断向前发展的科学原子物理学教学也应不断地向前发展进步 本文根据近几年原子物理学教学实践在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践 以期能与同行进行讨论共同提高原子物理学教学水平 【参考文献】 1喀兴林.关于原子物理学课程现代化问题J.大学物理1992