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摘 要:由于原子物理学课与其它几门普通物理课程有较大不同, 本文深入研究原子物理学的学科特点。 通过对原子物理学教学方法的研究,加强原子物理学研究方法的教学, 恰当使用经典语言和量子语言, 联系本学科的新进展,达到提高教学质量的目的。
关键词:原子物理学 教学方法
【中图分类号】 G644.4 【文献标识码】 A 【文章编号】1671-8437(2010)03-00150-02
原子物理学是物理学专业的一门专业基础课,它架起了经典物理与量子力学的桥梁。但是这门课却得不到足够的认识,较之其他有关物理学专业的课程常常处于次要位置。不少学生在学习这门课时感到: 原子物理学内容繁杂, 没有主线; 经典理论与量子理论混杂, 不成体系; 没有什么内容, 全是些介绍性的东西; 日常生活、工程技术等总是同力学、电磁学等经典物理打交道, 原子物理学知识在实际中用处不大,等等。因此, 如何提高原子物理学课的教学质量并培养学生的科学素质对物理学专业基础课程学习有重要意义。在近几年的教学实践中, 我们以先进的教育教学理念为指导, 深入研究原子物理学的特点, 探讨其教育价值, 以此改进原子物理学课的教学, 引导学生自觉、主动、能动地学习, 把传授知识同培养学生智能、创造力, 全面提高学生素质结合起来, 因材施教, 教学相长, 取得了一定的效果。
一 原子物理学研究方法的教学
物理学专业的原子物理学以力学、电磁学、热学、光学等普通物理课程为基础, 原子物理学与力、热、光、电这些学科相差很大。因此, 原子物理学课的教学不能延续力学、电磁学等经典物理课程的模式, 要符合原子物理学的特点, 加强原子物理学研究方法的教学, 给学生提供丰富的实验现象和视频图片资料, 创设物理环境, 展示新理论建立的思维过程, 使学生深刻理解原子物理学的许多重要概念和规律建立和发现过程中所包含的丰富的物理内容, 使之成为他们自己的知识, 真正学会原子物理学的研究方法。原子物理学是原子内部结构、性质和运动规律的理论, 同物理学的其它理论一样, 也是来自于对原子现象的观察和实验, 而原子现象在日常生活中是不易观察到的, 需要借助较为精密、复杂的仪器设备。因此,在教学中对一些有条件能够做的原子物理实验尽力引导学生独立思考独立完成。对观察实验所得的感性材料进行逻辑分析、探究, 找出结论, 是培养学生创新能力的重要途径。原子物理学的建立和发展是众多物理学家创造性思维、创造能力的荟萃, 其研究方法突出于创新, 许多典型的事例都是引导与培养学生的创新意识、创新思维不可多得的范例。在原子物理教学中, 结合知识的传授, 展示知识形成的过程, 有目的、有意识地引导学生深入思考, 从中受到有益的启示, 学到研究问题的方法, 培养他们的创新意识和创新思维。
二 恰当处理经典理论与量子理论的关系
原子物理学研究的是原子的内部结构及其运动规律, 原子物理课程就是要使学生认识和理解原子内部电子与原子核之间、 电子和电子之间、以及它们与辐射场、电磁场之间的相互作用, 还有电子与原子之间、原子与原子之间的碰撞作用, 原子核的结构和性质、核力作用与原子核转变以及相应的能量问题等, 涉及原子物理、原子核物理和粒子物理三部分内容。原子物理学的研究对象为微观领域, 微观领域遵从的规律应为量子力学, 但原子物理不同于量子力学。因此, 在原子物理教学中如何处理好原子物理与量子力学的关系, 恰当使用经典语言与量子语言是较难解决的问题。从原子物理学与量子力学的关系来看, 原子物理学是经典物理连接量子理论的桥梁, 它为量子力学基本原理建立实验基础, 提供实验证据, 而量子力学理论又是研究原子现象及其运动规律的理论依据。可以考虑原子物理学对原子问题的研究是从有关的实验事实出发, 考察已有概念、原理是否适用, 如果相违背, 经典理论就要被放弃, 必须建立新的或引用已有的量子理论, 这也为后面的量子力学课的学习, 认识理解量子力学概念和原理打下基础。此外,许多经典物理理论应用于原子给出了相当精确的结论。例如,α粒子散射, 应用能量守恒、角动量守恒定律, 在一级近似下从经典理论能较好地导出符合实验结果的卢瑟福散射公式; 谱线的多普勒增宽, 也可按经典物理进行讨论; 在玻尔氢原子理论中, 引入量子化条件后, 利用经典理论得到氢原子的定态电子轨道半径和原子能量, 对氢原子光谱给出了合理解释等等。
三 介绍原子物理学的应用和新进展
原子物理学使人们对物质世界有了更深入而且比较统一的认识, 对经典物理中力、热、光、电的规律有了更深刻的理解, 它影响到了物理学的全部领域。原子物理学也同化学、生物学、结晶学、矿物学、冶金学、天文学等学科有着密切的联系。 例如, 从原子结构可以说明元素的性质、化学键、分子结构等; 通过对天体光谱的分析来研究天体的运动规律等等。原子物理学在生产、技术上的应用, 影响是深刻而广泛的。例如, 发光材料的研究, 光谱分析方法在冶金技术上的应用, x 射线在材料检验上的应用, 光电管在自动控制上的应用等; 多种金属材料、磁性材料、半导体材料的研究需要原子物理学知识; 多种电子器件材料的研究也需要原子物理知识; 放射性的应用, 原子能的开发和利用更是原子物理学的内容。因此,原子物理教学应使学生尽量多的了解它的应用, 充分认识它的地位和作用, 认识到原子物理课的重要性, 激发学生的学习兴趣和学习动机。在教学中,对教材上的相关内容如激光、x 射线、磁共振、放射性的应用等做适当补充; 介绍目前原子物理研究领域内还需做进一步研究的难题, 如Χ射线激光器, 可控热核反应, 中子星与黑洞, 室温超导体, 中微子有无质量等等。通过这些介绍,可以培养学生对原子物理课程学习的热情[3]。从教学的实际出发, 根据原子物理学的特点, 鼓励学生课外阅读、写小论文、讨论,提高原子物理课教学质量。
参考文献:
1 褚圣麟. 原子物理学 [M]. 北京: 高等教育出版社. 1979
2 杨福家. 原子物理学 [M] . 北京: 高等教育出版社, 1985
3 孔令民 熊良翠 林秀华 创造力的培养与研究 [J] 现代物理知识,2006(1)
关键词:原子物理学 教学方法
【中图分类号】 G644.4 【文献标识码】 A 【文章编号】1671-8437(2010)03-00150-02
原子物理学是物理学专业的一门专业基础课,它架起了经典物理与量子力学的桥梁。但是这门课却得不到足够的认识,较之其他有关物理学专业的课程常常处于次要位置。不少学生在学习这门课时感到: 原子物理学内容繁杂, 没有主线; 经典理论与量子理论混杂, 不成体系; 没有什么内容, 全是些介绍性的东西; 日常生活、工程技术等总是同力学、电磁学等经典物理打交道, 原子物理学知识在实际中用处不大,等等。因此, 如何提高原子物理学课的教学质量并培养学生的科学素质对物理学专业基础课程学习有重要意义。在近几年的教学实践中, 我们以先进的教育教学理念为指导, 深入研究原子物理学的特点, 探讨其教育价值, 以此改进原子物理学课的教学, 引导学生自觉、主动、能动地学习, 把传授知识同培养学生智能、创造力, 全面提高学生素质结合起来, 因材施教, 教学相长, 取得了一定的效果。
一 原子物理学研究方法的教学
物理学专业的原子物理学以力学、电磁学、热学、光学等普通物理课程为基础, 原子物理学与力、热、光、电这些学科相差很大。因此, 原子物理学课的教学不能延续力学、电磁学等经典物理课程的模式, 要符合原子物理学的特点, 加强原子物理学研究方法的教学, 给学生提供丰富的实验现象和视频图片资料, 创设物理环境, 展示新理论建立的思维过程, 使学生深刻理解原子物理学的许多重要概念和规律建立和发现过程中所包含的丰富的物理内容, 使之成为他们自己的知识, 真正学会原子物理学的研究方法。原子物理学是原子内部结构、性质和运动规律的理论, 同物理学的其它理论一样, 也是来自于对原子现象的观察和实验, 而原子现象在日常生活中是不易观察到的, 需要借助较为精密、复杂的仪器设备。因此,在教学中对一些有条件能够做的原子物理实验尽力引导学生独立思考独立完成。对观察实验所得的感性材料进行逻辑分析、探究, 找出结论, 是培养学生创新能力的重要途径。原子物理学的建立和发展是众多物理学家创造性思维、创造能力的荟萃, 其研究方法突出于创新, 许多典型的事例都是引导与培养学生的创新意识、创新思维不可多得的范例。在原子物理教学中, 结合知识的传授, 展示知识形成的过程, 有目的、有意识地引导学生深入思考, 从中受到有益的启示, 学到研究问题的方法, 培养他们的创新意识和创新思维。
二 恰当处理经典理论与量子理论的关系
原子物理学研究的是原子的内部结构及其运动规律, 原子物理课程就是要使学生认识和理解原子内部电子与原子核之间、 电子和电子之间、以及它们与辐射场、电磁场之间的相互作用, 还有电子与原子之间、原子与原子之间的碰撞作用, 原子核的结构和性质、核力作用与原子核转变以及相应的能量问题等, 涉及原子物理、原子核物理和粒子物理三部分内容。原子物理学的研究对象为微观领域, 微观领域遵从的规律应为量子力学, 但原子物理不同于量子力学。因此, 在原子物理教学中如何处理好原子物理与量子力学的关系, 恰当使用经典语言与量子语言是较难解决的问题。从原子物理学与量子力学的关系来看, 原子物理学是经典物理连接量子理论的桥梁, 它为量子力学基本原理建立实验基础, 提供实验证据, 而量子力学理论又是研究原子现象及其运动规律的理论依据。可以考虑原子物理学对原子问题的研究是从有关的实验事实出发, 考察已有概念、原理是否适用, 如果相违背, 经典理论就要被放弃, 必须建立新的或引用已有的量子理论, 这也为后面的量子力学课的学习, 认识理解量子力学概念和原理打下基础。此外,许多经典物理理论应用于原子给出了相当精确的结论。例如,α粒子散射, 应用能量守恒、角动量守恒定律, 在一级近似下从经典理论能较好地导出符合实验结果的卢瑟福散射公式; 谱线的多普勒增宽, 也可按经典物理进行讨论; 在玻尔氢原子理论中, 引入量子化条件后, 利用经典理论得到氢原子的定态电子轨道半径和原子能量, 对氢原子光谱给出了合理解释等等。
三 介绍原子物理学的应用和新进展
原子物理学使人们对物质世界有了更深入而且比较统一的认识, 对经典物理中力、热、光、电的规律有了更深刻的理解, 它影响到了物理学的全部领域。原子物理学也同化学、生物学、结晶学、矿物学、冶金学、天文学等学科有着密切的联系。 例如, 从原子结构可以说明元素的性质、化学键、分子结构等; 通过对天体光谱的分析来研究天体的运动规律等等。原子物理学在生产、技术上的应用, 影响是深刻而广泛的。例如, 发光材料的研究, 光谱分析方法在冶金技术上的应用, x 射线在材料检验上的应用, 光电管在自动控制上的应用等; 多种金属材料、磁性材料、半导体材料的研究需要原子物理学知识; 多种电子器件材料的研究也需要原子物理知识; 放射性的应用, 原子能的开发和利用更是原子物理学的内容。因此,原子物理教学应使学生尽量多的了解它的应用, 充分认识它的地位和作用, 认识到原子物理课的重要性, 激发学生的学习兴趣和学习动机。在教学中,对教材上的相关内容如激光、x 射线、磁共振、放射性的应用等做适当补充; 介绍目前原子物理研究领域内还需做进一步研究的难题, 如Χ射线激光器, 可控热核反应, 中子星与黑洞, 室温超导体, 中微子有无质量等等。通过这些介绍,可以培养学生对原子物理课程学习的热情[3]。从教学的实际出发, 根据原子物理学的特点, 鼓励学生课外阅读、写小论文、讨论,提高原子物理课教学质量。
参考文献:
1 褚圣麟. 原子物理学 [M]. 北京: 高等教育出版社. 1979
2 杨福家. 原子物理学 [M] . 北京: 高等教育出版社, 1985
3 孔令民 熊良翠 林秀华 创造力的培养与研究 [J] 现代物理知识,2006(1)