改革量子力学教学-培养研究型人才PPT课件

中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 1 改革量子力学教学 培养研究型人才庄鹏飞清华大学物理系 1 为什么要改革2 大班上课3 小班讨论4 专题研究 教学是责任 科研是兴趣 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 2 清华大学量子系列课程1 量子物理 本科生 48学时 必修 到初步引入薛定谔方程止 2 量子力学I 本科生 64学时 必修 量子力学基本概念与结构 3 量子力学专题研究 本科生 32学时 选修 相关科研小课题 4 量子力学II 本科生 48学时 必修 量子动力论 含时微扰等 5 量子统计力学 本科生 48学时 必修 量子多体物理等 6 高等量子力学 研究生 本科生 64学时 必修 7 量子场论 研究生 本科生 64学时 必修 8 有限温度量子场论 研究生 64学时 选修 以下讨论量子力学I和量子力学专题研究 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 3 为什么要改革量子力学教学 量子力学课程 物理系与科研联系最广泛最紧密的课程 工程科学研究源头创新的基础 清华大学数学 电子 材料 工物 精仪等系专开量子力学 64学时 第一门微观物理课程 困难 难于发现日常生活对应 Bohr 任何能思考量子力学而没有被弄得头昏脑胀的人都没有真正理解量子力学 曾谨言 不少人在学过 高等量子力学 课程之后 仍对某些很简单的量子力学问题束手无策 本身发展快 例如波的相位 强相互作用的运动方程 单纯的知识传授型教学很困难 学生 糊涂 将错误当成正确接受 放弃 没有正确理解 谈不上应用于科学研究 量子力学有什么用 糊涂清楚再糊涂 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 4 借鉴德国Heidelberg大学 美国UCLA MIT的经验 结合我校实际 提出以下方案 传授传授 讨论 应用 更加合理的传授知识 内容的增减 秩序的变化 讲法的不同 逻辑性 生动性 透彻的理解 存在的问题 解决的方向 深刻的掌握 开阔眼界 了解科学研究 重点 新的量子力学教学模式 新的教学模式 2000年开始 大班上课 L 小班讨论 D 专题研究 S 大班上课 强调基础 讲授联系科研 必修 48学时 小班讨论 师生互动 正确理解 必修 16学时 D L 1 3 专题研究 深刻理解 学习科研 选修 32学时 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 5 物理学类 物理 基科 强调基础 联系科研 态叠加原理 测量理论 粒子数表象 格林函数方法 总量减少 内容更新 过于专深的划去 例如跃迁理论放在量子力学II 最新基本进展 例如波函数相位 强相互作用展开 大班上课 教学参考书 1 Griffiths IntroductiontoQuantumMechanics 2 Sakurai ModernQuantumMechanics 3 曾谨言 量子力学教程 4 苏汝铿 量子力学 5 张永德 量子力学 6 关洪 量子力学基础 工科类 电子 材料 工物 精仪 等 强调基础 联系实际 Schroedinger方程的求解和应用 扫描隧道显微镜 基础是量子力学的隧道效应 自旋电子学 基础是量子力学的角动量理论和电子自旋 晶体的能带结构 基础是量子力学中的电子周期性运动 玻色 爱因斯坦凝聚 基础是全同玻色子体系的量子统计 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 6 量子力学教学网站 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 7 小班讨论 内容 1 联系授课内容 教师提示问题或学生提问题 讨论 2 难题解答 规模 每小班约15人 TA 以高年级博士生为主 特点 1 师生共同正确 深刻理解 2 学生有机会对问题提出自己的看法 L被动 D主动 3 理论联系实际 解答困难习题 4 规范 开放的讨论氛围 有利于今后科研合作 难点 对TA要求较高 课前准备25 30hours 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 8 小班讨论 认真研究大课内容确定本堂课要讨论的核心概念 2 3个 围绕核心概念 精心设计讨论题材为学生准备讨论提纲 1 围绕一个基本概念设计多角度 多层次 物理情景简明而有意义的问题 使学生通过体验这些物理情景达到自己的理解 2 尽可能用实验或形象的实例来讨论 3 尽可能地将讨论引向真实的物理研究 讨论是教师与学生双方面的参与 教师如何组织好讨论 营造活跃的讨论气氛 让学生积极地参与讨论 是决定讨论课效果的一个重要因素 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 9 专题研究 目的 开阔学生思路 提高学习兴趣 有可能在以后的专业学习或研究中引发创新思想的火花 方式 教师出题 学生选题 最好是学生自己找题 教师指导 学生调研 解决问题 最后报告 内容 与量子力学相关的小课题 复势与粒子衰变 强耦合Schrodinger方程的近似解析解法 有限温度时的Schrodinger方程 Nambu力学的量子化 几何相位 中微子振荡 变分法与超对称体系的激发态 中国物理学会教学委员会会议 北京大学November9 2008 10 效果 1 讨论气氛非常活跃 师生之间毫无拘束 常常出现激烈的争论 2 学习了科研的方法 经历了科研的训练 培养了科学的精神 3 通过加强与科研的结合 有利于发现培养少数特别优秀的学生 学生的总体评价是相当好的 能把一些最基本的概念和解决问题的方法理清 对掌握量子力学的精髓是大有裨益的 使我们形成了讨论的习惯 新思想和灵感是能够从讨论中获得的 最大的好