量子力学课程的线上网络教学探索

潘桂侠 王兵 肖瑞杰

摘要：量子力学是研究微观物质世界的一门重要学科。对于学生而言，量子力学知识抽象，难以理解;对于教师教学而言，概念复杂，难以表述。如何高效地进行量子力学教学一直是值得探索的课题，尤其是在线上进行量子力学教学更是值得深思。论文探讨了量子力学线上网络教学相较于传统教学在教学组织模式上的改变，教学方法上的改变并对提升教学成效进行了有益探索。

关键词：量子力学;在线教学;教学探索

1.引言

量子力学研究的是微观粒子运动学规律，是20世界20年代新发展起来的一门学科[1]。众所周知，学生从初中就会接触物理，学习力学、热学、光学、电磁学的基础知识，到了高中、大学，这几个方面又重新学习了一遍，但难度明显提高了。例如，在讲解运动学规律时，初中讲解的是匀速直线运动，而高中讲解的就是匀变速运动，到了大学，学习利用微分求解物体在任意时刻的速度，显然大学知识更加接近现实生活。如果说初中、高中是解决“是什么”的问题，那么大学更注重的是“为什么”的问题。

总之，学生对于力学、热学、光学、电磁学的知识并不陌生，从初中到大学是一个由浅入深的过程。而量子力学对于本科生来说是一门全新的学科，研究的是微观世界的规律，看不见摸不着，物理概念非常抽象，公式推导比较复杂，同时需要扎实的数学功底。实际教学中，学生时常会出现似懂非懂的情况。2020年初，新冠疫情爆发后，我们将量子力学教学从线下课堂转换到线上，对量子力学线上网络教学进行了有益探索和实践，并取得较好成效。

2.量子力学教学组织模式的改变

由于新冠疫情的突然爆发，全面推行线上教学，量子力学教学组织模式也由线下课堂教学转变为线上网络教学。对于量子力学这门本来就很新奇而抽象的专业课程而言，更是一次全新的尝试和挑战。从线下准备、线上实施两个阶段组织实施。在开课前线下准备期间，建立了QQ学习交流群，及时将线上网络教学有关事项让学生有所了解，做到“心中有数”;线上实施教学过程中，为了充分发挥线上教学的优势，在体验了腾讯QQ分享屏幕、超星学习通、钉钉课堂、腾讯课堂等线上平台以后，结合学生反馈意见，最终确定騰讯课堂与超星学习通两个平台相互结合、互为备份的组织模式，取得很好的教学效果。线上教学不同于线下教学，为了保证出勤率，提高教学质量，在上课前一天，先在QQ群里提醒学生第二天的课，在上课前半小时会再次提醒学生进入线上教学平台[2]，做到“全程管控”。

3.量子力学教学方法的改变

根据量子力学学科的特点，内容抽象难懂，公式推导过程复杂，充分发挥线上教学的优势，PPT非常直观清晰，视觉冲击力比较强，能够大大节省公式推导的时间，可以全局把控整体概念。以量子力学发展简史以及重难点概念的讲解为例，首先让学生对量子力学课程感兴趣。当前，正是量子科学发展最好的时代，我们迎来了历史性发展机遇，紧跟时代研究前沿，结合量子力学在现代社会发展的应用，介绍量子力学发展简史。在十九世纪末期，经典物理学在发展比较完善的同时，也面临着一些无法解释的现象，如黑体辐射、光电效应、原子的线状光谱等[3]。重点讲解这些现象以及最后利用量子观念成功解释这些困难的相关人物事迹，会更加激发学生学习量子力学的兴趣。例如在1900年，普朗克首次提出了“能量子”的概念，完美地解释了黑体辐射问题[4]。而关于普朗克，搜集了很多关于他从事理论物理研究的趣事，大大激发了学生学习量子力学的兴趣。其余现象与人物也可以作类似处理。讲解完量子力学发展简史后，从整体上把握量子力学这本书，介绍量子力学的产生过程以及一些全新的概念。在量子力学中，用波函数描述微观粒子所处的状态，用算符描述坐标、动量、能量等力学量，用薛定谔方程描述粒子遵循的运动规律。讲清这些基本概念之后，介绍力学量在不同表象中的表示以及求解薛定谔方程。

4.提高量子力学教学效果

线上教学存在较大的距离障碍，如何有效确保教学效果，需要多措并举，形成合力。例如，在网络质量等客观条件容许的情况下，尽可能多地让学生参与教学活动。课堂上可以不定时随机请学生表达自己对学习内容的看法，也可以围绕某一问题，组织学生进行线上讨论，进一步激发学生对量子力学的学习兴趣，有效提高学生思考、解决问题的能力。课后要充分利用线上网络载体平台分发思考题，老师及时评阅，可以通过QQ、微信等即时交流工具随时解疑释惑。

5.结束语

新冠疫情的突然到来，我们尝试了全时段的线上网络量子力学教学。为有效组织好线上教学，激发学生学习兴趣，充分利用线上教学资源，我们采取了多种措施。这些方法措施的实践也为我们传统课堂教学丰富了形式、拓展了空间。当前，量子科技发展突飞猛进，成为新一轮科技革命和产业革命的前沿领域。量子力学以其特殊的理论地位成为量子科技发展的重要基础性学科之一。作为量子力学课程的教学工作者，我们要不断总结经验，不断丰富教学形式，努力提升教学成效。

参考文献：

[1]周世勋.量子力学教程（第二版）[M].高等教育出版社，2008.

[2]易志军，段秀铭.面向工科学生的量力力学教学探讨[J].时代教育，2016（5）.

[3]曾谨言.量子力学导论（第二版）[M].北京大学出版社，1998.

[4]张永德.量子力学[M].科学出版社，2002.

基金项目：安徽理工大学引进人才科研启动基金，安徽省大学物理教学团队（编号：2019jxtd046）支持项目，国家自然科学基金（编号：11704042）。

作者简介：潘桂侠（1979-），女，汉族，安徽萧县人，副教授，博士，主要从事量子力学教学、量子信息与量子光学研究。

（1.安徽理工大学 安徽淮南;2.渤海大学 辽宁锦州）