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原子物理學教學論文
原子物理學教學論文
【摘 要】本文分析了原子物理學教學現狀，在教學內容、教學方法上對原子物理學教學進行了研究和實踐。
【關鍵詞】原子物理學教學;教學內容;教學方法
0 引言
原子物理學是物理學專業的一門重要的專業基礎必修課，是繼力學、熱學、光學和電磁學之后的最后一門普通物理課程。
原子物理學是普通物理的重要組成部分，它屬于近代物理[1]。
原子物理學包括原子物理、原子核物理和粒子物理[2]。
原子物理學是20世紀隨著量子力學的發展而發展起來的，至今，原子物理學的許多問題仍然是科學研究的前沿問題。
原子物理學是現代科學技術的基礎，是連接經典物理與現代物理的橋梁。
學好原子物理學能為后繼的量子力學、固體物理等課程打下堅實的理論基礎。
因此，學好原子物理學具有十分重要的意義。
本文根據近幾年原子物理學教學實踐，分析了教學現狀，在教學內容、教學方法上對原子物理學教學進行了研究和實踐。
1 原子物理學教學現狀
首先，原子物理學知識抽象、難懂，沒有清晰的物理圖像。
原子物理學是研究原子的結構、運動規律及相互作用的一門科學。
其研究的物質結構介于分子和原子核之間，線度約為10-10米，用肉眼是根本無法直接觀察的，只能在頭腦中想象。
學生在學習的過程中普遍反映知識很抽象，摸不著頭腦，不像學習力學知識那樣，對物體運動有清晰的物理圖像。
其次，教材內容過于老化。
20世紀30年代M.Born寫了一本《原子物理學》，H.E.White寫了一本《原子光譜導論》，這兩本書是原子物理學方面的經典之作。
現在的原子物理學教材體系一般遵循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際應用的介紹，將會使知識僵化，知識面狹窄，難以激起學生的學習興趣。
2 原子物理學教學內容的研究與實踐
2.1 恰當處理好玻爾理論與量子力學的關系
大部分的教材內容一般都是按照原子物理學的發展歷史進行編寫的。
從原子的光譜實驗到玻爾提出的量子化假設理論(基于經典物理基礎上的量子化，半經典半量子，稱為舊量子理論)，再由玻爾理論講授原子的能級、精細結構、超精細結構等。
對于微觀領域，正確描述電子運動的是量子力學理論，玻爾理論是有其局限性的。
最突出的問題是電子的軌道運動，根據玻爾理論，電子在庫侖力的作用下沿著一些特定的軌道繞原子核運動。
在量子力學中，電子運動是由波函數來描述的，滿足薛定諤方程，電子的運動具有不確定性，只能用概率來表示，沒有軌道運動的概念，量子力學中是用“電子云”來形象說明電子的運動。
教學中若處理不好玻爾理論與量子力學的關系，會讓學生覺得知識有點混亂，莫衷一是。
筆者認為在原子物理學教學過程中，能用玻爾理論解決的問題就盡量不要用量子力學，如玻爾理論不能解決，則可定性地用量子力學知識來解釋，避免復雜的量子力學推導過程。
原子物理學雖屬近代物理，但仍是普通物理學的重要組成部分，應該具有普通物理學的特點，要注重基本的物理實驗、物理圖像、物理思想和物理模型[3]。
若用量子力學進行詳細的解釋，則要涉及波函數、算符、力學量、薛定諤方程、微擾理論等復雜的量子力學知識，會淡化和掩蓋了原子物理學的基本的物理實驗、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的關系，既能使學生易于接受原子物理學知識，又能為后繼的量子力學等課程打下基礎，使原子物理學成為連接經典物理和現代物理的橋梁。
2.2 緊密結合現代科學技術知識
原子物理學是現代科學技術的基礎，隨著原子物理學的發展，新思想，新知識不斷被發現，在此基礎上產生了大量的現代科學技術。
如與原子受激輻射有關的激光技術;與原子的內層電子激發有關系的X射線的熒光分析技術、計算層析技術;與物質波有關的電子顯微鏡;與原子能級分裂有關的電子順磁共振和核磁共振等等，其中X射線影像、核磁共振成像已應用到醫學領域[4]。
將這些科學技術知識引入到原子物理學教學中，不僅可以加深學生對所學知識的印象，還可以開闊他們的視野，激發學習興趣，培養創新意識，取得良好的學習效果。
2.3 適當引入物理學史
原子物理學的發展產生了許多重要的創造成果，包括1999年在內共有96項諾貝爾物理學獎，其中就有66項是與原子物理學有關的，占到總獲獎數的2/3。
這些諾貝爾物理學獎的成果不僅是原子物理學發展的重要里程碑，而且是前輩物理學家創造性研究的典范[5]。
在教學過程中，適當地講解一些有代表性物理學家的工作背景、研究思路、研究方法以及他們在面對困難時的科學創新精神、非凡的膽識，都會對學生留下深刻的印象，引起長久的思考。
例如，電子自旋假說是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發展歷史中具有里程碑的意義。
1925年，荷蘭的兩位在讀大學生烏倫貝克和古德斯密特，在地球運動規律的啟發下，經過深入研究，大膽提出了電子自旋假設。
但誰能想到這樣重要的理論是由兩個還沒畢業的大學生提出的。
對于兩個年輕人來說，提出這樣的理論不僅需要創造精神，更需要非凡的勇氣和膽識。
我們在課堂教學中引入這樣的事例，在學生中激起了強烈的反響，引發了熱烈的討論，極大地提高了他們的學習熱情和學習興趣，同時也培養了學生的創新意識和創新能力。
3 教學方法的研究與實踐
3.1 明確重難點，有的放矢
原子物理學的知識面較廣，知識點松散，各知識點間的邏輯性、系統性不強，再加上學時少，一般只有54學時左右，教學任務重。
因此，教學方法就顯得尤為重要。
按照原子物理學教學大綱，明確教學中的重難點。
每堂課都要向學生明確哪些知識需要重點掌握，哪些需要理解，哪些需要了解。
重難點知識要精講、細講，從物理實驗、物理圖像、物理思想、物理模型到具體的推導過程都要講清楚，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，不必過多涉及細節性內容。
了解性的內容可讓學生課下自行學習，給出一些參考資料，讓學生以讀書報告的形式提交作業。
明確教學中的重難點，學生明確了學習目標，提高了學習的積極性，促進了學生的自主學習。
3.2 傳統板書與多媒體教學的有機結合
傳統板書具有講課思路清晰，留給學生較多的思考時間，易于跟上講課思路等優點。
對重要公式理論的推導，系統知識的梳理具有良好的教學效果。
多媒體教學可演示圖片、動畫、影像資料，具有形象直觀的特點，而且幻燈片記載的信息量大，放映時間少。
在原子物理學教學中，將傳統板書與多媒體教學的有機結合起來，能收到良好的教學效果。
例如講電子的自旋―軌道相互作用時，先用多媒體演示電子自旋運動和軌道運動的動畫，學生頭腦中有了清晰的物理圖像，然后再采用板書的形式詳細推導其作用規律，就比較容易理解。
一些著名的物理實驗現象，現代科學技術應用，著名物理學家生平簡介等都可以通過多媒體展示給學生。
既能拓寬學生的知識面，還能活躍課程氣氛，激發學習興趣，提高學習積極性。
4 小結
原子物理學雖已有一百多年的歷史，但仍是具有生命力的，不斷向前發展的科學，原子物理學教學也應不斷地向前發展進步。
本文根據近幾年原子物理學教學實踐，在教學內容、教學方法上對原子物理學教學進行了研究和實踐。
以期能與同行進行討論，共同提高原子物理學教學水平。
【參考文獻】
[1]喀興林.關于原子物理學課程現代化問題[J].大學物理，1992，11(11)：6-8.
[2]褚圣麟.原子物理學[M].北京：高等教育出版社，2012.
[3]高政祥.原子物理學教學改革的幾點探索[J].大學物理，2001(4)：34.
[4]張澤寶.醫學影像物理學[M].北京：人民衛生出版社，2004.
[5]崔金玉.關于物理學史恰當地引入到原子物理學教學中的思考[J].長春師范學院學報：自然科學版，2009，28(1)：99.
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