光學與原子物理學課程論文

　　光學與原子物理學課程論文

　　【摘要】從培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力出發(fā)，基于課程的學術特色，結合工科院校應用物理類專業(yè)的客觀實際，研究光學和原子物理學的課程體系及教學內容的優(yōu)化，確立課程的核心概念、體系的理論架構和教學內容的具體組織思路。

　　【關鍵詞】課程體系 教學內容 優(yōu)化研究

　　光學與原子物理學是物理類專業(yè)的重要的基礎課，其前與力學、電磁學、熱學課程相銜接，其后承載著理論物理以及專業(yè)方向課程。

　　由于這兩門課程在課程設置中具體的位置，再考慮課程本身的學術特色，這兩門課程的教學對學生創(chuàng)新能力和理論應用能力的培養(yǎng)有其特殊的作用。

　　工科院校有注重實踐、技術培養(yǎng)的傳統(tǒng)及其較完備的設施，客觀上為這兩門課程的能力培養(yǎng)提供了條件。

　　我們要充分認識工科院校的這種客觀優(yōu)勢和課程的學術特色，優(yōu)化課程體系和教學內容，將課程的學術特色、學校的客觀優(yōu)勢轉化為能力培養(yǎng)的特色和優(yōu)勢。

　　一、光學的課程體系及教學內容的設計

　　光學既是一門重要的基礎性學科，又是一門應用性十分活躍、交叉滲透極其廣泛的物理課程。

　　“在長期的發(fā)展過程中，光學形成了一套行之有效的特殊方法和儀器設備”【1】，即數理解析與幾何圖形相結合的理論研究方法、精密測量的設計與應用特征。

　　光學的這種學術特色對學生素質能力的培養(yǎng)有其獨到之處。

　　因此，通過對光學課程體系和教學內容的優(yōu)化，突出課程的理論研究方法及其實踐性、滲透性【2】，有利于培養(yǎng)學生的交叉綜合性分析能力和依據理論的實驗設計、精密檢測能力，提高學生的創(chuàng)新性思維意識。

　　1.課程體系的架構

　　以折射率和位相為核心概念，以費馬原理和惠更斯-菲涅爾原理為基本原理，按照幾何光學、波動光學和量子光學的順序，研究光的傳播特性(波動性)及其粒子性，展示其數理解析與幾何圖像相結合的理論研究方法，突出課程在工程技術中的應用以及與現代光學的滲透【1，3】。

　　體系框圖：

　　2.教學內容的組織思路

　　以體現課程體系為原則，按48課時選取并組織、安排教學內容思路如下【1，2】。

　　第一章 緒論：突出光學與其他學科的交叉滲透與應用。

　　(2學時)

　　第二章 幾何光學：以費馬原理為基礎，以常見的光學儀器(單球面、薄透鏡、放大鏡等)成像為載體，展示數理解析與幾何圖像相結合的研究方法、突出光學儀器的設計思。

　　(10學時)

　　第三章 光的干涉：以波的相干疊加為理論基礎，以等傾和等厚干涉為載體，展示數理解析與幾何圖像相結合的研究方法、突出相干理論在精密測量技術領域的應用。

　　(12學時)

　　第四章 光的衍射：以惠更斯-菲涅爾原理為基礎，以菲涅爾衍射、夫瑯和費衍射、光柵衍射為載體，展示數理解析與幾何圖像相結合的研究方法、突出其分光特性在現代科學技術中的應用。

　　(10學時)

　　第五章 光的偏振：以光的偏振理論為基礎，以偏振器件為載體，展示數理解析與幾何圖像相結合的研究方法、注重向磁至旋光及磁光盤滲透。

　　(10學時)

　　第六章 量子光學：以光的量子論為基礎，以光的輻射和激光為載體，注重向量子光學以及非線性光學滲透。

　　(4學時) 二、原子物理學的課程體系和教學內容的設計

　　原子物理學是用近似的、不完整的量子力學理論和方法研究原子的運動及其構成的課程。

　　其學術特色是完全以實驗(觀察)事實為依據建立或選取理論模型，對問題做出恰當的解釋。

　　該課程研究對象抽象，理論的系統(tǒng)性、完整性不強。

　　但原子物理學是基礎物理課程中蘊含了創(chuàng)新性思維最多的課程，其研究手段和方法為其它相關領域所通用【4】。

　　因此，通過原子物理課程的教學，主要是培養(yǎng)學生依據研究客體進行理論建模的能力，提高學生創(chuàng)新理論框架、簡化理論處理、取舍運算結果的意識和水平。

　　1.課程體系的架構

　　以光譜和德布羅意波為核心概念，采用近似的量子力學方法(經典理論+量子力學)研究原子(氫原子、堿金屬、多電子原子、外場中的原子)與原子核的結構及其運動規(guī)律，展示課程的理論創(chuàng)新特色以及在現代科學技術、工程實踐中的多層次應用。

　　體系框圖：

　　2.教學內容的組織思路

　　以體現課程體系為原則，按48課時選取并組織教學內容，思路如下。

　　序論：突出課程特點與學習中應注意的問題。

　　(2學時)

　　第一章 原子的結構：以α粒子散射實驗和原子核式結構為載體，突出盧瑟福散射技術在材料分析中的應用。

　　(5學時)

　　第二章 量子力學基礎：以三個實驗為基礎，依托量子力學的基本原理，突出理論創(chuàng)新的特色、思路和方法。

　　(8學時)

　　第三章 氫原子：以半經典半量子論為理論基礎，以氫原子為載體，突出理論建模以及光譜分析在科學研究、工程實踐中的應用。

　　(8學時)

　　第四章 堿金屬原子：以電子的軌道貫穿、極化理論為基礎，以堿金屬原子為載體，展示理論修正方法以及光譜分析在科學研究和精密檢測中的應用。

　　(8學時)

　　第五章 多電子原子：以泡利不相容原理及Hunt定則為理論基礎，以多電子原子為載體，突出量子規(guī)律以及光譜分析在科學研究中的應用。

　　(6學時)

　　第六章 外場中的原子：以磁場和原子的相互作用為基礎，以Zeeman效應為載體，展示磁效應在材料磁性，磁共振技術中的應用。

　　(5學時)

　　第七章 原子核物理學：以核結合能為基礎，以核裂變和聚變?yōu)檩d體，突出原子能、核技術的利用以及放射線的探測、防護。

　　(6學時)

　　參考文獻：

　　[1]趙凱華.新概念物理教程——光學[M].北京：高等教育出版社，2004：6

　　[2]吳壽煜，吳大煒.試論21世紀物理專業(yè)《光學》之教學改革[J].黑龍江高教研究，2004(6)：101-103

　　[3]陳萬金，董連政，華中.構建高師光學課程內容新體系的思考與實踐[J]. 吉林師范大學學報(自然版)，2006，27(4)：88-89

　　[4]甘永超，李卓英，陳貽漢，成元發(fā)，郁春潮，易先華，鄧鵬. 原子物理學的學術戰(zhàn)略地位與素質教育中的作用[J].國際物理教育通訊，2003，(32)：20-23

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