基于应用型课程原子物理学的教学改革与实践思考

【摘要】基于大学物理中应用型课程原子物理学的教学及实际应用，针对该课程教学中出现的问题，提出该课程教学改革与实践的几点建议和思考，通过利用交互式网络、现代化教学手段和实验创新理念，发展学生独立学习和思考的能力，协作实验的能力，提出原子物理课程与综合性、开放性、创新性实验相结合，树立研究型教学思想，培养本科生的学习能力和创新水平，体现先进的课程理念。

【关键词】应用型课程 原子物理学 教学改革 研究型教学

【中图分类号】G643 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0164-02

1.引言

原子物理学是物理学专业的一门应用型很强的基础课，它是物理学发展史上承上启下的一门学科，成为经典物理和量子力学知识的桥梁和纽带，原子物理在物理学发展中起到非常重要的作用[1-3]，从宏观到微观尺度的过渡，原子物理学所涉及的知识、理论和实验，是学习理论物理和从事材料科学、化学、 生命科学、 能源科学、量子物理、 信息科学、 光学、 激光技术、环境科学以及空间科学研究的基础[4-6]。在内容体系上，原子物理学在普通物理知识的基础上，给出了原子尺度范围的粒子的量子特性及粒子运动和变化的基本规律，研究和讨论物质结构在原子、电子、原子核及基本粒子等层次的性质、结构、特点和运动规律[6-8]，很多基本理论及实验仍然是材料科学、化学、生命科学等一些高技术应用领域的基础。所以，针对社会的实际需求，相应的在课堂教学与实验中，需要对课程内容、教学手段、教学方法、实验技能等方面进行改革和创新，以适应当代大学生综合素质的培养和社会发展的实际需要。

自我院成立至今，原子物理学这门课程一直是物理学专业学生的必修课。为了进一步改善原子物理学课程的教学效果，2000年先后分几次组织物理系的老师重新编写了课堂教学纲要和实验教学大纲，并设置了如原子核物理、物理学史、近物实验研究等选修课，以辅助对原子物理课程的教学改革。在2010-2015年，学校和学院对人才培养方案和课程设置进行了四次修订，这也加大了我院课程教学改革的力度，原子物理学的教学及实验改革也多次在教研室活动中开展讨论。结合学校的质量工程项目和人才培养方案，原子物理学的课程改革势在必行。

2.现存主要问题

随着高新科技的发展和前沿相关知识的应用，许多旧理论和知识没有得到更新，相应的实验设备、实验技术也停留在很多年前，部分课程的内容显得很无新意。目前学院一直使用的原子物理学教材是禇圣麟先生编写，由于编写时间较早，在与时俱进、科技同步发展的内容上缺少对前沿领域新知识、新技术、新实验、新功能、新应用的介绍和更新[9-10]，导致原子物理的教学内容与现代物理、现代科技的迅猛发展实际相脱离，这就要求我们对原子物理的教学纲要及教学内容进行重新审定，同时改善现有的教学方法和教学手段。如何把原子物理里的量子理论及实验和现代高科技技术应用恰当的结合，让学生容易接受，便于吸收消化，并能用于创新实验和实践，成了原子物理学课程教学改革的一个急需解决的问题。

3.课程教学改革与实践的具体实施

本着加强基础知识，结合前沿领域，促进实验与实践创新，提出关于原子物理课程教学改革与实践的一些办法。

3.1对教学纲要的完善和修订

针对当下该门学科的实际应用，根据我校的培养方案，对原子物理学的教学纲要进行调整，修订教学纲要及实验课程大纲，加强科学前沿和高新技术知识、新成果知识的引进，对旧量子论及近代物理理论进行精简和整合，如教学内容上增加纳米功能材料、新粒子的探索、电子自旋共振、隧道扫描显微镜技术，激光技术，X射线造影技术，核磁共振原理，核技术发展、太阳能应用，同步介绍近些年诺贝尔物理学奖获得者的学术成就等，最新的科技发展始终贯穿到整个教学环节，可引入教师的相关科研项目，组织本科生参与项目课题，提高教学的应用效果。其次，对近代物理实验设置进行整合，除了经典实验外，应另外开放一些研究生科研平台，让本科生参与到学习本学科领域最新科技成果和研究方向，对促进学生的独立研究、创新意识、实践能力起到积极的作用。

3.2对教学内容的改革

根据修订后的教学纲要，对原子物理学教学内容进行改革，以传统知识和现代科技交叉作为契合点，把前沿知识渗透进去，增加现代科技内容。新增加：原子物理学的最新成就；原子物理学在新科技中的应用；原子物理学创新实验等。在光谱的实验规律、 弗兰克-赫兹实验、史特恩-盖拉赫实验、黑体辐射实验、康普顿效应等的基础上，将原子的能级、光谱、电子自旋等理论融入课题研究，参与硕士生导师相关项目，来加深知识点的理解和应用，这能够使学生的知识体系更加完善和全面，使学生方便地接触到科技前沿，激发学习兴趣，培养学生的学习能力和科学研究能力。

3.3在教学方法和手段上改革

在教学中，树立以学生为中心的现代教育理念，通过研究型教学思路，培养综合素质高的大学生，来满足学生个人发展及社会需要。在教学方法上，须改掉教师满堂灌的注入式知识教育方式，采用精讲式、启发式、讨论式、研究式、探索式等多种互动教学方式；在教学手段上利用现代化的网络技术和多媒体辅助教学，同时把知识点、实验创新及老师的相关课题和项目结合起来，以多种形式开展互动交流，激发学生的学习兴趣。

3.4把教学改革与本科生论文及科技创新项目有机结合

为了激发学生的学习兴趣，把原子物理学的教学与学生的毕业论文、学生的科技创新项目、本科生导师、硕士生导师的课题和专利申请等有机结合，提高知识成果的转化率。几届学生的毕业论文，如题目太阳能及利用、核电及其应用、塞曼效应及应用、电子自旋对原子光谱的影响、稀土原子能级跃迁和光谱等，都是以原子物理知识为基础，学生在学习理论、开展实验、申请创新项目及和导师做课题的同时，有效掌握和应用了原子物理学的知识点，为他们今后的工作打开了思路，为今后的继续深造奠定了基础。

3.5把原子物理学课程和创新实验相结合

原子物理学课程和近代物理实验通常开课是同一学期，以前由于受到设备的限制，大部分实验是由实验老师操作指导为主，学生观察操作为辅完成，实验结束后，大部分学生对原子物理学中相应的知识点还是很模糊，物理规律理解不透彻，相应的科技应用知识也无从知晓，理论和实验知识的一知半解导致教学效果很不好。所以，相关的实验也必须进行改革，除了能验证原子物理学里的一些理论和实验规律外，应定期开放综合实验室和相关重点实验室，对实行导师制的学生，方便他们积极开展创新性实验，如我院本科生参与国家和自治区课题组，参与稀土功能材料的制备和发光的研究，这对他们理解原子能级、电子跃迁、晶格结构、激发光谱、发射光谱、红外光谱、吸收光谱等概念非常有帮助，且实验操作水平和动手能力都得到了大大的提高，实现了原子物理学的理论教学和实验应用的同步化，既深化了学生对原子物理理论知识点的理解，又提高了他们的实验创新能力和科研思维，课程教学效果的改善很明显。

4.结论

本文对原子物理课程的教学内容、教学手段、教学方法、教学实验改革提出了几点想法，通过该课程的教学和实践改革，能培养学生的实践能力、创新能力和科学研究的综合素质。利用现代化教学手段、开放实验室、参与实验创新理念和课题项目，发展学生独立学习和思考、协作实验的综合能力，树立以课题创新实验研究带动课程教学的思想，培养学生的创新能力和实践能力。

参考文献：

[1]禇圣麟.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（第三版）[M].北京： 高等教育出版社，2000.

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作者简介：

王林香（1979-），女，博士，副教授。