原子物理学教学论文

物理学毕业论文 时间:2018-01-19 我要投稿

  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10-10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哪些知识需要重点掌握,哪些需要理解,哪些需要了解。

  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,1992,11(11):6-8.

  [2]褚圣麟.原子物理学[M].北京:高等教育出版社,2012.

  [3]高政祥.原子物理学教学改革的几点探索[J].大学物理,2001(4):34.

  [4]张泽宝.医学影像物理学[M].北京:人民卫生出版社,2004.

  [5]崔金玉.关于物理学史恰当地引入到原子物理学教学中的思考[J].长春师范学院学报:自然科学版,2009,28(1):99.

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