物理学原子论文3000字_物理学原子毕业论文范文模板

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  物理学原子论文3000字(一):《原子物理学》教学过程中的问题及应对措施探究论文
 
  【摘要】《原子物理学》是大学物理学专业学生必修的一门课程,也是衔接经典物理与近代物理的重要学习内容。本文结合课程设置内容,针对该课程在授课及学生学习方面的特点和问题,提出了若干应对措施,有目的地尝试解决相应问题。这些探究对其它相关课程的教学也是一个很有价值的参考。
 
  【关键词】原子物理学;教学;兴趣引导
 
  中图分类号:G642;O562-4文献标识码:A文章编号:2095-2457(2018)25-0185-002
 
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.085
 
  0引言
 
  《原子物理学》是大学阶段物理学专业学生必修的一门基础课程,属于近代物理的范畴,也是经典物理和近代物理的连接纽带[1]。一方面,它沿袭了普通物理的经典描述风格,介绍量子物理的基本性质和物理图像,并探究支配物质运动和变化的基本相互作用;另一方面,它采用量子力学的思想,寻找物质结构在原子及原子核结构层次的性质、特点和运动规律,是关于物质微观结构的一门科学。从研究方法来看,这门学科主要从光谱及实验资料入手,首先提出假设,随后建立模型,然后再进行实验科学验证,最后形成相关理论,这有别于普通物理学发展思路,即不是从基本概念和规律出发进行严密的理论运算推导得到更普遍的基础规律。所以,总体上来看,《原子物理学》教学内容具有抽象、枯燥、难以形成直观感等系列特点,而纵观其教材(以《原子物理学》杨福家版[2]为例),有些章节知识点前后交叉并且较为分散,如第四章“原子态的符号表示”,其详细讲解在第五章中涉及,而此概念在第四章的突然出现会让学生感到茫然,总的效果是导致部分学生由于没有及时预习功课等原因造成学习上的困难或脱节,甚至会导致他们后期对该课程的学习失去兴趣和信心。而从课堂整体上看,对于一些经验不足的教师,可能会出现课堂教学气氛沉闷,学生听讲不知所云等现象,对这门课的实施出现教与学的思路脱节。
 
  从另一个角度来说,不同层次学校的学生在个人智力、前期物理基础、对知识的渴求程度、自主学习的习惯等有着较大的差异。如对于一些985/211院校的学生而言,对于知识的自主学习可能比教师的讲授更有学习兴趣和效果,于是哪怕课本不同章节知识点有所交叉,也会通过自身的主动学习予以克服;然而对于一些二本院校学生则不然,教师的课堂讲授占据了他们获取知识的绝大部分渠道,有些知识若上课当场未能解决则可能会成为永久的疑问,这也是这类院校学生对知识总体结构框架把握不清、学习兴趣淡薄的重要原因。针对以上客观现象,本论文以《原子物理学》这门课程作为载体,结合该课程的特点,介绍了一些相应的应对措施和方法,对其它学科的教学也有一定的借鉴作用。
 
  1应对措施
 
  1.1优化授课脉络和思路
 
  纵观《原子物理学》全书内容可知,其理论知识的发展具有一个主线,简单地说,一个实验现象的出现,会有后续一个假设的提出,为了完善或发展这个假设,随后会有新的关键内容被提出,最终实现较为完善的知识网络框架。关于这种思路,《原子物理学》中有一典型的教学内容可以在此进行分析:当盖革-马斯顿实验中采用α粒子轰击原子时,发现α粒子在此过程中大约有八千分之一的概率被反射回来,对于此实验现象,汤姆孙提出的“葡萄干面包模型”假设显然不适用,经过分析,卢瑟福提出了“核式结构”模型,成功地解释了这一现象,并推导出著名的卢瑟福散射公式。既然“核式结构”模型已经被认可,那么模型中电子如何绕原子核运动,是否有其相应轨道等问题必然会被思考。随后科学家玻尔基于卢瑟福原子模型,并结合相关的原子光谱实验规律和普朗克的量子化概念,提出了新的原子模型即玻尔模型,并成功建立了氢原子理论。尽管如此,人们发现,当用波尔理论应用于一些较复杂的原子时,就与实验结果产生了较大的出入,这表明,该模型还比较粗略,还需要新的理论或假设进行完善。而在另一方面,当用更高分辨率的仪器仔细观察光谱线时,发现还存在精细结构,于是玻尔理论中只考虑原子核和电子的静电作用就已经不足以解释此现象了,磁相互作用的引入以及電子自旋假设的提出很好的解释了这一结果。若根据上述这一理论发展主线进行讲解,基本可涵盖教材一半的内容,而且还可形成清晰的脉络和思路,让学生学习起来游刃有余。
 
  1.2穿插故事作为兴趣引导
 
  针对《原子物理学》涉及知识的抽象化,在每讲一个章节内容时,可穿插几个背景故事作为课程的开始,在此期间也可适当讲一下故事主角的生平,逐渐将学生的情绪和思路带入到后续具体的理论知识中来。例如,在讲汤姆孙“葡萄干面包模型”到卢瑟福“核式结构”模型的理论发展时,首先介绍一下汤姆孙如何通过阴极射线管中电子核质比的测量预言了电子的存在,随后汤姆孙提出原子中带正电部分均匀分布在原子体内,电子镶嵌在其中,即所谓的“葡萄干面包模型”。然而,为了检验该模型是否正确,卢瑟福设计了α粒子散射实验,实验中观察到大多数粒子穿过金箔后发生约1度的偏转,但有少数α粒子的偏转角度很大,超过90度以上,甚至高达180度,对于此实验事实,汤姆孙说“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反弹回来一样”,所以无法用汤姆孙模型加以解释,除非原子中正电荷集中在很小的体积内时,排斥力才会大到使α粒子发生大角度散射。正是在此基础上,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。故事讲完了,问题也来了,到底在α粒子轰击金箔时遵循什么样的力学规律?能够在某一角度散射的α粒子数目或几率到底多大?带着一个一个的疑问,就可开始后续的理论推导课程讲解,学生的思路和注意力也会顺理成章地被带入到教师的讲课中来。
 
  1.3定期考核,温故知新
 
  针对《原子物理学》知识点散乱不够系统,并且不同章节存在知识点交叉的问题,可尝试在整个学期的授课过程中,定期对前面讲过的内容进行小的考核。一方面可以加深学生对学过知识的印象,另一方面可以思考以前对该知识点的理解是否正确,现在是否有新的想法,做到温故而知新。重要的是,复习并考核以往的知识内容,有助于理解和学习正在授课章节的知识,帮助学生完成新旧知识的衔接。例如,在讲杨福家第四版《原子物理学》第五章中“原子态”内容时,温习并考核第四章中“电子自旋的假设”及“碱金属双线”的相关内容,不仅可以帮助学生理解原子态的形成过程,还可以对电子自旋导致的碱金属双线结构以及相关联的朗德因子的计算形成更为深刻的理解和认识。
 
  1.4联系相关科研,做到理论和实践相结合
 
  《原子物理学》所设内容全部都是通过课堂理论讲解来完成,尤其对于一些抽象的概念,单纯地从头脑中形成理论理解还显得不够,更重要的是,能否将学到的理论在实践中有所体现,做到理论和实践相结合,并且互相印证,进而牢固所学知识。本论文针对此问题,尝试提出将课堂部分概念或理论,有效地和教师科研内容联系起来,甚至可以带动学生亲自操作相关科研实验,这不仅可以辅助学生理解课本内容,还可以以此为契机培养学生的科研素养和基础,对以后的发展大为有力。
 
  2结论
 
  综上所述,本文针对目前《原子物理学》教学过程中遇到的常见问题,结合大学生尤其是二本院校学生的学习习惯和特点,一方面,分析了所见问题的形成原因及特征,另一方面,提出可以通过优化授课脉络和思路、穿插故事作为兴趣引导、定期考核及联系相关科研等措施,有针对性地解决上述问题。这些探讨可以对教师在此课程或其它具有类似特点的课程讲解中引发一些思考或提供一些指导,具有一定的参考价值。
 
  物理学原子毕业论文范文模板(二):原子物理学教学改革和学生创新能力培养的研究论文
 
  【摘要】为了提高原子物理学的教学效果、提高学生的学习主动性和培养学生的创新能力,本文分析了原子物理学课程的教学现状,结合笔者多年的教学经验,探讨了原子物理学课程的教学内容、教学方法和考核方式,提出了笔者的一些看法和实践经验。
 
  【关键词】原子物理学;教学改革;考核方式;创新能力
 
  原子物理学是各高校物理专业的一门必修的专业核心基础课,同时也是其他理工科专业必修的基础课程之一,因为它不仅是学习量子力学和固体物理课程的基础,也是学习激光原理、粒子物理、核物理、材料物理等课程和现代测试分析技术的基础,而且随着现代科技的飞速发展,它的基础地位和重要作用在光谱学、纳米科学、材料科学、激光技术、能源科学、磁共振技术等相关学科和高新技术中也日益显现。另外,原子物理学是以大量实验为基础发展起来的由经典物理向量子物理过渡的一门课程,它的建立和发展体现了求真唯实的科学精髓,表现在每一阶段的发展或理论的建立都源于实验事实,又要接受新的实验事实的检验,促使理论的确立、完善或新理论的提出,再不断接受新的客观事实的考验……。所以原子物理学的讲授过程中,必定渗透了一些物理学家们的物理思想和科学思维方法,能使学生受到启发,使他们的科学思维和创新思维得到训练。因此,原子物理学的教学不仅是使学生获得知识,为学习后续课程和从事相关工作或科研打基础的过程,也是培养学生创新精神、创新能力和科学素养的良好途径。然而,实际教学情况如何呢?下面笔者对原子物理学课程的教学现状、改革与实践进行了分析与探讨。
 
  1教学现状
 
  原子物理学的教学多半没有发挥出这门课程的特点和优势。经分析,主要存在以下几个问题:首先,教材内容陈旧,跟不上现代科技的发展。目前大部分的教材内容都是反映20世纪30年代前后的知识,现代科技知识和科学前沿涉及太少或几乎没有。讲授理论知识若缺乏实际应用的介绍,将会使知识僵化、知识面狭窄、难以激起学生的学习兴趣。其次,原子物理学教学学时不断减少(目前笔者所在院系原子物理学只有40学时),这将束缚教师的教学方法的施展。学时少了而内容不减,要讲完基本理论内容已很紧张,根本没时间进行内容引申和相关应用介绍,要么也只能泛泛而谈,多半不能起到引人入胜的目的。当然更谈不上课堂上进行探究式和小组讨论式教学了,这些方式是需要给予学生和教师足够的时间的。为了赶进度,只能采取一贯的“教师讲授,学生听”的“满堂灌”的注入式教学模式,这种模式在授课量上最高效,但是这种一成不变的教学方法很容易使学生在学习中产生倦怠。并且,这种模式会抑制学生动脑,使学生接受知识上变得机械,从而压抑学生的创新思维,阻滞学生创新能力的培养。第三,目前普遍采取的“平时成绩(考勤和作业)+期末考试”的考核方式太单一,不能调动学生的学习动力和热情。不少学生潜意识里觉得学习就是为了考试,而这种考核方式,正好迎合了他们“平时不用学,考前好好奋斗几天即可”的心理。并且容易滋养抄袭作业的不良风气,因为对于平时不努力学习的学生来说,自己根本不会做或也不想做,显然自己写的作业没有抄的等级高。第四,学生普遍存在厌学情绪(不仅原子物理课程教学中存在)。这归结于大多数学生的中学阶段都是在学校和家长的双重高压下完成的,一旦进入高校这种相对自由的环境,便犹如脱缰之马,再加上电脑、手机、游戏等的诱惑,自制力差一点的学生很容易失去自我,更不说中学时就有老师和家长为了激励学生好好学习,给学生灌输“现在抓紧时间好好学习,等上大学了就可以好好玩一玩”这样及其不正确的观念了。厌学情绪的另一原因是专业所学与最终工作所需出现的差异,甚至完全不相关,导致部分学生产生了“学习无用论”,“考及格即好,多一分浪费,学习的时间还不如拿来多参加一些社团活动、做做兼职等来增强自己的社会实践能力和表达能力,从而找个好工作”。
 
  面对如此多的教和学的问题,实际上这些问题也并不是独立的,它们之间有些是相互造就的,因此,要培养出高水平、具有创新意识和科学素养的、适应社会发展和所需的高素质人才,原子物理学的教学改革势在必行。
 
  2优化和调整教学内容
 
  1)把握原子物理学的知识点主线;去除繁杂的、晦涩难懂的理论推导,突出基本实验、基本物理图像、物理思想和物理模型;补充相关物理学家简介和轶闻趣事,激励学生努力学习、活跃课堂。
 
  首先,授课中要把握知识点主线。目前各大高校使用主要是褚圣麟和杨家福的教材,这两个教材的编排都按照人们对原子的认识过程进行编写的,先核外电子后原子核的顺序进行的。我们以杨家福的教材为例,第一章从电子的发现和散射实验引出原子的结构---卢瑟福核式模型;然后第二章、第四章、第五章介绍核外电子的运动,遵循由简单到复杂的介绍方式,其中第二章先介绍核外只有一个电子的氢原子和类氢原子,接下来第四章介绍只有一个价电子的碱金属原子,最后第五章介绍核外两个电子的氦原子和两个价电子的原子,最后推广到多电子原子,总结出整个元素周期表的情况;之后第六章介绍内层电子跃迁导致的X射线;接下来第七章介绍原子核物理概论;最后第八章介绍原子核能级分裂导致的超精细结构。这一主线符合人们对原子的认识过程。并且对每一章的介绍,都是以先介绍相关实验、再提出理论、后又实验验证理论的顺序进行的,这充分体现了求真唯实的科学精髓,易于培养学生的创新思维和科学素养。
 
  其次,还要注意知识点之间的联系和过渡,而授课中主线知识点之间的细枝末叶过于繁杂的话,对初次学习的学生来说,很容易淡化或转移对知识点主线和知识点之间的联系与过渡的理解和把握,而切实感受到就是知识点难、杂、乱,从而理不清头绪,丧失学习兴趣。比如在介绍第一章时,对库伦公式和卢瑟福散射公式的推导可略讲或不讲,因为这部分推导涉及数学知识多且复杂,尤其是在第一章一开始就遇到如此复杂的理论推导,很容易让学生产生厌学情绪。对于这一部分,授课中重点介绍清楚散射实验的装置、过程和结果即可,当然为了突出散射实验的重要性和引起学生的重视和兴趣,可补充卢瑟福散射在材料表征等方面的作用。再比如第二章的重点是玻尔模型,围绕玻尔模型的提出和验证所涉及到的光电效应实验、光谱实验和弗兰克-赫兹实验应当被重点介绍,而被量子力学所否定的且对后续知识体系的理解无影响的索末菲的椭圆轨道理论等内容可不讲或提一提即可。等等。
 
  再者,量子力学本身抽象、晦涩难懂、推导计算复杂,若用量子力学进行详细的解释问题,则要涉及波函数、算符、力学量、薛定谔方程、微扰理论等复杂的量子力学知识,这会淡化和掩盖了原子物理学的基本物理实验、物理图像、物理思想和物理模型,并且会打乱学生对原子物理学的知识体系和结构的掌握,以至于会使学生觉得这门课程抽象、难懂、摸不着头脑,从而丧失学习兴趣和动力。因此,在教学中一定要处理好二者的关系。笔者在教学中的做法是只讲清楚量子力学的基本的概念、量子力学处理问题的基本思路和结论,能为后续学习量子力学埋下伏笔即可,因为更具体的知识后续课程量子力学会详细讲解,这样做的目的是既不让学生重复学习,提高学习效率,又能使学生对量子力学有个基本的感性了解,增强后续学习量子力学的动力,并且使学生易于接受原子物理学知识,在用到相关结论时不会觉得突兀。
 
  为了激励学生努力学习,同时也为了活跃课堂,很有必要补充一些物理学家简介及其轶闻趣事。原子物理学是一门以大量实验为基础的课程,涉及大量的知名的、有影响力的物理学家,且他们大多是诺贝尔物理学奖获得者,显然他们的事迹是很有说服力的,能给学生以启发和激励,而且课堂上对他们做介绍又顺利成章,一点不会显得为了活跃课堂而活跃课堂。比如在介绍光电效应实验时,显然会讲到爱因斯坦,不可避免地提到他的著名的相对论,此时可引入他对“什么是相对论?”的俏皮解释:“你坐在一个漂亮的姑娘旁边,坐了两个小时,觉得只过了一分钟。如果你紧挨着一个火炉,只坐了一分钟,就觉得过了两小时。这就是‘相对论’!”。这样的素材很多,也很容易收集到,在此不在赘述。
 
  2)紧密结合科技前沿及应用,吸引学生对该课程的重视,增强学生的学习兴趣和动力,培养学生的创新能力和科学素养。
 
  随着科学技术的高速发展,许多新的高新技术和科学前沿都用到了原子物理学的基本理论,而目前现有的原子物理学教材内容大都比较陈旧,对科技前沿介绍的很少或者基本没有,这就使理论和实践脱节,学生不能切实体会到原子物理学在今后学习和工作中的重要性,结果便是学习就是为了考试。若把一些相关的高新科技和科学前沿引入到教学中,不仅使教学内容变得鲜活,而且使学生懂得学能致用,学习兴趣自然而来,学习主动性自然提高,创新能力也能得以培养和锻炼。那如何在教学中引入科学前沿和高新技术呢?笔者在教学中讲到原子物理学的某个知识点时,便把与此密切相关的应用引入课堂。比如第一章讲卢瑟福散射时,引入卢瑟福散射在材料表征上应用;讲光谱的激发与发射时,引入光谱分析在目前一些热门研究课题(如荧光粉材料、上转换、下转换材料等各种发光材料)中的应用,介绍进行光谱分析的一种重要测试技术—荧光光谱分析技术,具体给出某些荧光粉的荧光光谱图,并讲解如何分析谱图,还可给出多种稀土离子的激发谱和发射谱图,让学生试图分析若在同一基质中掺杂两种稀土离子,用何种光激发,哪两种离子配对时会在这两种离子间产生能量传递?如何传递?如此讲授,不仅加强了学生对激发谱和发射谱的理解,而且使学生切实体会到了学习光谱的重要性,还培养了学生的科研素养和创新能力,为以后做该方面的毕业设计打下了基础。
 
  3)整合原子物理学课程和近代物理实验为一门课程,增强学生对理论的感性认识,提高教学效率。
 
  原子物理学是以大量实验为基础的一门课程,很多与原子物理学密切相关的实验(光电效应、弗兰克-赫兹实验、塞曼效应实验等)在讲授原子物理学都会作为重点进行介绍,然而在学习原子物理学时学生不能亲自动手感受一下,只能听老师课堂上用文字对试验装置、原理、过程和结果进行描述,因为包含这些实验的近代物理实验课程往往在学完原子物理学后一学期或后面第二学期才开设。这两门课程不同时段讲授的结果必然是:原子物理学课堂上学生不能感同身受,理解上必定存在一定困难,而等到做近代物理实验时,课堂上学的那点理论知识也遗忘的差不多了,实验时又需重新温故,实验效果也不佳。如果把两门课程整合为一门课程的话,则原子物理学知识点教授可与近代物理实验同步进行,不仅使理论知识和实验紧密结合,增强学生对理论部分的感性认识,而且还节约学时,提高授课效率。比如在引入玻尔理论时往往要在课堂上先介绍三个背景实验:黑体辐射实验、光电效应实验和光谱实验,若实验课和原子物理学整合的话,原子物理学讲到这一部分时,可恰当的安排相关的近代物理实验课,则原子物理学课堂上就不需重复介绍了。再比如在讲授原子物理学中塞曼效应部分内容时,可在塞曼效应实验中同时完成理论和实验的学习。这样显然不仅使学生易于接受知识,而且还节约了学时,可留有足够的时间课堂上开展讨论课和小组讲述课。在原子物理学课程学时越来越少的情况下,为了提高教学质量和效率,目前笔者已向所在院系申请极力促成这一建议。
 
  3改革教学方法和手段
 
  在教学方法上,需打破老师动嘴学生听的“满堂灌”的教学方式,课堂上要适时开展启发式、探究式、汇报式、讨论式等多种互动方式;在内容讲授方式上,要注意分层次教学,杜绝所有内容“千篇一律”的讲课方式,授课中要明确重难点、有的放矢,重点掌握内容要精讲细讲;理解性的内容可讲清楚物理思想和物理图像;了解性的内容以学生自主学习为主,老师可不讲或只介绍知识点前后的关联和授课的大概思路,为了督促学生养成自学和独立思考的习惯,老师可设置几个相关的问题,课下让学生以分小组的形式查找、阅读相关资料和讨论,然后以作业的形式提交老师;在教学手段上,采用传统板书和多媒体教学的有机结合,充分发挥二者各自的优势。另外,结合教师研究项目,鼓励学生参加到具体科研中来,提高学生的学习兴趣和创新能力,加深对原子物理学课程的理解。
 
  4考核方式改
 
  为了调动学生的学习积极性,督促学生“学习贵在平时”,要改变“一考定成败”的学习评价模式,制定合理有效的考核评价方式是十分必要的。笔者建议提高平时成绩比重到60%,当然不仅仅是提高分数,也要增加平时成绩考核的项目。平时对出勤(5%)、作业(10%)和听课状态(5%)(有无玩手机、睡觉等)的考核总分值占总成绩的20%(传统的平时成绩一般为对这几项的考核),其中考核出勤的必要性在于督促学生回到课堂,但有些学生是“人在曹营,心在汉”,所以对听课状态进行考核也十分必要。有必要的话还需强制要求,毕竟有古训“严师出高徒”,所以笔者所在院校严格规定:无故缺课三次及以上、作业拖欠课程要求作业次数三分之一及以上者不允许参加课程结业考试,在此规定下,在加上出勤及做作业上的分数鼓励,大部分学生在该方面的考核极佳。笔者引进了对小组作业讲解的考核(10%),即对于作业的评讲,老师当听众,让学生分小组进行作业讲述。为了杜绝有个别小组的成员偷懒、不积极准备,可采取老师随机从该次讲述作业的小组中随机抽点讲解人的方式,然后该次讲解成绩作为整个小组每人的作业讲解考核成绩,这样每个人都会有一定的压力。该方面的考核在笔者近两年的实践中取得了良好的效果,学生的积极性也非常高,不仅成功地“强迫”学生进行了有效学习,也使学生的表达能力和登台发言的胆量得到了锻炼。另外,平时考核增加对小论文写作(15%)及分小组对某些与原子物理学密切相关的前沿问题的进展、应用及理解的课堂讲述(15%)的考核,该方面的考核不仅加强了学生对课本知识及应用的理解,也培养了他们初步进行科学研究的能力,提高了创新能力,个别同学在小论文写作及课堂讲述前沿问题中就表现出了极其活跃的思维和相当有见地的表达,也有个别同学以极大的兴趣参与笔者的科研课题(发光材料的制备及发光性能研究等),并发表了高水平的科研论文。最后对该门课程所学知识点进行一个总结性的结业考核即考试,主要考察学生对该课程的基本概念,基本思想、基本物理图像及应用的理解和掌握情况。
 
  总的来讲,这种考核体系贯穿了到了整个教学过程,不仅考察了学生的学习状态和对知识体系的理解与掌握情况,也起到了有效督促学生在教学过程中自主进行学习的作用,培养了学生的创新能力和科学素养。
 
  5结论
 
  以上简单介绍了笔者讲授原子物理学课程的几点探索和实践,通过原子物理学的教学和实践改革,能调动学生的学习积极性,培养学生的实践能力、创新能力和科学研究的能力。然而,原子物理学的教学改革是个不断深化和改进的过程,更深刻更有效的教学改革需要我们在教学实践中进一步探讨。

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