研究生教育課程高等量子力學(xué)教學(xué)改革

胡蘋+彭志華+郭萍+胡繼文

摘 要 研究生階段既是知識深化的學(xué)習(xí)過程，也是科研能力培養(yǎng)的過程，學(xué)習(xí)知識為科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。本文從現(xiàn)階段研究生授課模式存在的問題出發(fā)，探討了高校研究生高等量子力學(xué)教學(xué)的必要性，在教學(xué)過程中引入研究性教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在掌握量子力學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上，綜合素質(zhì)能力、科研創(chuàng)新能力得到極大的提高。

關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 教學(xué)改革 創(chuàng)新能力 研究性教學(xué)

中圖分類號：G643.0 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.07.017

Graduate Education Course Advanced Quantum Mechanics Teaching Reform

HU Ping， PENG Zhihua， GUO Ping， HU Jiwen

（College of Mathematics and Science， University of South China， Hengyang， Hu'nan 451001）

Abstract Postgraduate both the learning process to deepen the knowledge of the process is scientific ability， knowledge of scientific basis. From Graduate Teaching Mode existing problems， discusses the necessity of quantum mechanics graduate students in higher education， research teaching model introduced in the teaching process， improve the quality of teaching so that students master the basic principles of quantum mechanics， based on general ability， innovation ability has been greatly improved.

Key words Quantum Mechanics; teaching reform; innovative ability; research teaching

自上個世紀(jì)80年初期恢復(fù)研究生教育，我國的研究生教育進入了蓬勃發(fā)展的時期。①隨著我國高等教育的發(fā)展，研究生教育規(guī)模的也迅速擴大，研究生教育質(zhì)量已成為一個全社會關(guān)注的焦點問題。我國研究生的素質(zhì)關(guān)系到國家的未來發(fā)展，研究生教育是為國家培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)、發(fā)展科技培養(yǎng)高水平、高層次人才;研究生教育是我國站上世界知識經(jīng)濟高點的重要支持;同時也是高校實現(xiàn)由教學(xué)型向研究型轉(zhuǎn)變的重要基礎(chǔ)。研究生教育不同于本科生教育，研究生教育不僅包含課程教學(xué)，同時包含了社會實踐、學(xué)位論文等諸多環(huán)節(jié)。②然而作為科研能力、自主創(chuàng)新能力發(fā)展的基礎(chǔ)——課程教學(xué)不僅要傳授知識，更重要的是要指導(dǎo)研究生思考，是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的根本。

研究生教學(xué)質(zhì)量是整個研究生教育的一個重要部分，如何合理利用現(xiàn)有教學(xué)資源條件，使得研究生教學(xué)質(zhì)量能夠穩(wěn)步提高，則成為研究生管理的首要解決問題之一。自上個世紀(jì)80年代以來，高等教育改革逐漸興起，其主要目標(biāo)就是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，教育界越來越多地關(guān)注教學(xué)方法創(chuàng)新研究。首先，研究性教學(xué)，是一種能有效引導(dǎo)學(xué)生主動探究、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)方式，引起全世界各地的教育及其相關(guān)部門的關(guān)注。目前，教育部實施研究生科研創(chuàng)新項目研究計劃， 現(xiàn)在全國已有100多所大學(xué)參加這項計劃。其次，在過去的幾十年中，國內(nèi)外在總結(jié)以前高等教育成果與不足的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為教育主要目標(biāo)，對原有的傳統(tǒng)高等教育模式進行了改革。

自從20世紀(jì)50年代美國施瓦布教授首先提出學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和科學(xué)家的研究過程是一致的以來，研究性學(xué)習(xí)引起了人們的廣泛關(guān)注，提出了各種相關(guān)的理論。③④⑤ 然而，現(xiàn)在國內(nèi)的高校課堂教學(xué)大部分都是基于傳統(tǒng)教學(xué)模式：教師教學(xué)——課堂講授為主的教學(xué)模式。而研究性學(xué)習(xí)，則主要是以研究問題為基礎(chǔ)、由學(xué)生主動提出問題、并設(shè)計解決方案、解決問題，并在這一過程中獲得知識、培養(yǎng)相應(yīng)的能力，基于此中方式來展開教學(xué)與研究的教學(xué)模式在國內(nèi)現(xiàn)有的教學(xué)理念與教學(xué)資源條件下，應(yīng)用并不廣泛。尤其是在相對較為抽象難懂的理工類課程如量子力學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用更是甚少。⑥研究生教育主要是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力與素養(yǎng)，首先要在“研究”的培養(yǎng)上下功夫，而研究生課程教學(xué)正好提供了這一平臺。在本文中主要以高等量子力學(xué)課程教學(xué)為主要研究內(nèi)容，探討如何進行課堂教學(xué)改革。

自1978年國內(nèi)恢復(fù)研究生招生制度以來，高等量子力學(xué)就被列為物理系各專業(yè)研究生必修的學(xué)位課程之一，同時高等量子力學(xué)也是報考博士研究生的考試科目之一，在原來本科階段“量子力學(xué)”的基礎(chǔ)上進行深化和拓展，主要是提供學(xué)生在后學(xué)研究工作中要用的一些知識和方法。量子理論已經(jīng)成為解決物理學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)等理論問題的關(guān)鍵。

量子力學(xué)作為一門微觀物理課程，與經(jīng)典物理學(xué)相比，有一個很明顯的差異：其中很多理論很難與日常生活和經(jīng)驗對應(yīng)，涉及的理論、概念非常抽象，同時涉及非常多的數(shù)學(xué)知識，如（線性代數(shù)、Hilbert 空間、群論、數(shù)學(xué)物理方法和復(fù)變函數(shù)等），內(nèi)容繁多，知識結(jié)構(gòu)廣泛，使得學(xué)生理解起來有非常大的困難，同時容易誘使學(xué)生陷入復(fù)雜繁瑣的計算，而失去對量子力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。目前，從我校物理系碩士研究生的實際情況來看，學(xué)生的量子力學(xué)知識水平參差不齊，有的學(xué)生以前沒有學(xué)習(xí)過量子力學(xué)，有的學(xué)生學(xué)量子力學(xué)學(xué)時非常短，同時每個研究方向?qū)α孔恿W(xué)的需求也不盡相同。 因此，量子力學(xué)成為教師公認(rèn)難教的課程、學(xué)生公認(rèn)難學(xué)的課程。 高等量子力學(xué)的教學(xué)效果將直接影響學(xué)生以后的科學(xué)研究創(chuàng)新能力與論文水平。為了培養(yǎng)研究生日后的科研能力，我們主要從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進行了改革探討。

在教學(xué)內(nèi)容上，結(jié)合本校教學(xué)時限（48學(xué)時）和本校學(xué)生的特點、學(xué)生的研究方向，主要目標(biāo)是將量子力學(xué)的知識應(yīng)用到其它領(lǐng)域，避免冗長的理論計算，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。重點學(xué)習(xí)量子力學(xué)的形式理論、微擾理論、對稱性和守恒定律、量子散射理論等。

在教學(xué)方法上，根據(jù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)和教學(xué)內(nèi)容的特點，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，采用學(xué)生為主的教學(xué)方式。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是以教師講授為主的灌輸式、填充式，由于量子力學(xué)本身的特點，這些教學(xué)方法對量子力學(xué)的教學(xué)實效非常有限。一方面，一個主角的表演使得本身比較枯燥的量子力學(xué)課堂毫無生氣，學(xué)生面對復(fù)雜繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，思維跟不上教師的節(jié)奏，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情下降。另一方面，學(xué)生本身的角色沒有改變，自主學(xué)習(xí)、自主思考沒有可鍛煉的平臺。教師考慮到自然科學(xué)的特點，一定要從知識的傳承角度出發(fā)，這樣教師要去貫徹啟發(fā)式的教學(xué)方式。學(xué)生學(xué)一門課，學(xué)的是前人從實踐中總結(jié)出來的間接知識。一個好的教師，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)身處地去思考，自己是否也能根據(jù)一定的實驗現(xiàn)象，通過分析和推理去得出前人已認(rèn)識到的規(guī)律？自然科學(xué)中任何一個新的概念和原理，總是在舊概念和原理與新的實驗現(xiàn)象的矛盾中誕生的。⑦作為教師，要充分利用新舊理論的矛盾提出問題，讓學(xué)生思考問題，并設(shè)計一套完成的解決方案。在量子力學(xué)的課堂教學(xué)中，筆者結(jié)合實際情況，主要采取的是學(xué)生講授為主、教師輔導(dǎo)的方式。盡管學(xué)生對量子力學(xué)知識的理解有限，但是一方面可以促使學(xué)生在課前預(yù)習(xí);另一方面學(xué)生為了準(zhǔn)備一堂課，要查閱相關(guān)資料，這樣就可以極大地提高學(xué)生查找資料的能力，拓展學(xué)生知識面。作為教師，從學(xué)生講授中也可以得到一些啟發(fā)，諸如學(xué)生對一個問題理解的切入點與教師理解的不同，從而教師可以調(diào)整日后的課堂教學(xué)，使得課堂教學(xué)的內(nèi)容從抽象化為通俗。

將科學(xué)研究融入到課堂教學(xué)，也是實現(xiàn)課堂教學(xué)改革的有效方式之一。研究生不僅要學(xué)習(xí)知識，更要的是做科學(xué)研究，寓教于研同樣可以提高教學(xué)效果。在課題教學(xué)中，針對一個主題，在講授基本知識的同時，更多的引入與之相關(guān)的前沿知識，并要求學(xué)生設(shè)計相關(guān)的問題，展開調(diào)查研究，以論文、學(xué)術(shù)報告的方式提交研究成果。通過此種方式，研究生的科學(xué)研究能力得到鍛煉，創(chuàng)新思維能力得到培養(yǎng)，符合我們培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

本文結(jié)合本校研究生的實際情況以及量子力學(xué)學(xué)科特色，我們主要從從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法兩方面探討高等量子力學(xué)課程的教學(xué)改革。隨著我國高等教育的發(fā)展，研究生課程教學(xué)改革還有待進一步地深化，這樣才能提升我國研究生教育的整體水平，為祖國的發(fā)展培養(yǎng)更多的人才，日益增強國家的綜合國力。

本文得到南華大學(xué)教學(xué)改革研究課題，2014XJG49;南華大學(xué)研究生教學(xué)改革研究項目 資助

注釋

① 周萍.量子力學(xué)研究性教學(xué)[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)， 2011（17）： 89-90

② 高芬.美國高校研究生教學(xué)中的“教”與“學(xué)”——以美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校教育學(xué)院為例[J].學(xué)位與研究生教育，2011（3）：73-77.

③ 沈元華.設(shè)計性、研究性物理實驗介紹[J].物理實驗，2004（2）：33-37.

④ 顧沛.把握研究性教學(xué)、推進課堂教學(xué)方法改革[J].中國高等教育研究，2009， （7） ：3 1-33 .

⑤ 陳興文，白日霞，李敏.開展研究性教學(xué)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2009（1）：123-125.

⑥ 別敦榮.大學(xué)教學(xué)方法創(chuàng)新與提高高等教育質(zhì)量[J].清華大學(xué)教育研究，2009（30）：95- 101.

⑦ 曾謹(jǐn)言. 量子力學(xué)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].物理，2000（29）：436-438.