量子力學(xué)與量子教育學(xué)

　　量子力學(xué)與量子教育學(xué)【1】

　　摘 要 在物理學(xué)中，量子力學(xué)并不是一個陌生的概念，它與哲學(xué)思想也有著密切的聯(lián)系，如波粒二象性等原理都是因果的重要體現(xiàn)，量子教育學(xué)卻是科學(xué)主義的產(chǎn)物，沒有正確地找到量子力學(xué)的原理，認(rèn)為主觀性決定一切。

　　簡單闡述兩者的聯(lián)系，為后期的量子學(xué)研究提供參考。

　　關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 量子教育學(xué) 主觀性

　　量子力學(xué)所涵蓋的一些思想，在哲學(xué)的研究中體現(xiàn)比較廣泛，也對教學(xué)理論方面起了重要的作用，可以說量子力學(xué)對哲學(xué)思想的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。

　　量子力學(xué)著重利用圖景等表象來認(rèn)識周圍的世界，強(qiáng)調(diào)因果關(guān)系的認(rèn)識，對后期形成的教育學(xué)理論具有參考性。

　　但是，借助量子力學(xué)所形成的“量子教育學(xué)”則有很大的不同，這一教育學(xué)對原來的量子理論認(rèn)識存在較大的偏差，充分強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)。

　　1量子力學(xué)的緣起

　　1900年，量子假說出現(xiàn)在眾人的認(rèn)知里，現(xiàn)在的量子力學(xué)仍在不斷完善，為后期的科學(xué)發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)，可以說量子力學(xué)是量子理論的中心，它促進(jìn)了原子能等一些先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，為社會的重大發(fā)明打下基礎(chǔ)，使人們更加清晰地認(rèn)識到微觀世界，并利用微觀運(yùn)動來更好地服務(wù)社會，是人類的重要發(fā)現(xiàn)，也是社會的偉大進(jìn)步。

　　2量子力學(xué)的宇宙觀

　　在宇宙世界中，對量子理論有較多的探討，從已經(jīng)存在的氫原子中，找到了量子級別的狀態(tài)。

　　對于電子而言，比原子更為復(fù)雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來解出，并且要求其 場剛好環(huán)繞原子核產(chǎn)生駐波而求得。

　　此外，量子態(tài)與別的駐波不一樣，都有自己特定的頻率，并與所蘊(yùn)含的能量有關(guān)，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。

　　這就是說，預(yù)期任何一個態(tài)的能量都是一個具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據(jù)，就可以科學(xué)地估測態(tài)的能量多少。

　　由于質(zhì)子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動一個電子就必須要克服引力做功。

　　3量子的思維方式

　　人類思想總是處于不斷發(fā)展中，當(dāng)兩種思想發(fā)生交集時，就會形成一個比較完整的、令人驚嘆的思想成果，正如牛頓的世界觀與量子理論產(chǎn)生彼此彌合的交集，才會讓思想發(fā)展得如此迅速，才會讓社會發(fā)展如此的快。

　　量子思維方式給人類一個重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。

　　隨著時代的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，信息技術(shù)逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見的，沒有確定的形狀，但彼此交匯起來以后，就成了一種可以量化的物質(zhì)，這是由于物質(zhì)性比較弱。

　　其實(shí)，量子物理學(xué)所產(chǎn)生相關(guān)的科學(xué)智慧，是人類社會發(fā)展的重要因素，也是文明進(jìn)步的重要保障，可以說，量子物理學(xué)是計算機(jī)重要的組成部分，所形成的計算機(jī)芯片是重要的思維體現(xiàn)，量子物理學(xué)不僅是科學(xué)進(jìn)步的前提，更是信息發(fā)展的重要保障，量子思維更是現(xiàn)代社會發(fā)展的必要方式。

　　4“量子教育學(xué)”的唯心主義

　　從產(chǎn)生量子力學(xué)后，“量子教育學(xué)”也隨之不斷發(fā)展，雖然也涉及到一些教育學(xué)方面的觀點(diǎn)，但這些觀點(diǎn)都是被眾人早就接受了。

　　如：學(xué)習(xí)是一個整體的過程，在這個過程中各知識點(diǎn)是相互聯(lián)系、彼此交錯的，以及還談到了關(guān)鍵詞：服務(wù)、個性化、互補(bǔ)等，但是，這些所謂的觀點(diǎn)及結(jié)論不是原汁原味的，也不是從量子力學(xué)中演變而來，而是與它的原理相悖，從本質(zhì)上講，“量子教育學(xué)”就是一種唯心主義的表現(xiàn)。

　　貝克萊比較重視經(jīng)驗，認(rèn)為所學(xué)的知識來源于經(jīng)驗，但是他卻犯了一個致命的錯誤，認(rèn)為感覺是世界真正存在的東西，其他的都是看不見的。

　　他認(rèn)為，知識是一切力量之源，但感覺是我們?nèi)ヌ剿魑粗�世界，追求至高真理的唯一手段，只有能感覺到，才能被發(fā)現(xiàn)。

　　也就是說：我們的主觀性決定了我們所看見的世界，這也是量子教育學(xué)詮釋的觀點(diǎn)。

　　他認(rèn)為，只要消除了事物與觀念的差異，認(rèn)同事物等同于所謂的觀念，并且觀念可以感知任何世界上存在的事物，這樣才會讓我們的知識更加具有生命力。

　　5“量子教育學(xué)”的曲解

　　正所周知，量子力學(xué)不可能�槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍�論創(chuàng)造理論基礎(chǔ)，而“量子教育學(xué)”卻是唯心主義的重要思想來源，這是“量子教育學(xué)”對量子力學(xué)核心思維的歪曲，或者說對量子力學(xué)沒有正確的認(rèn)識，造成思想上出現(xiàn)截然不同的主張，另外，“量子教育學(xué)”過分強(qiáng)調(diào)感覺和經(jīng)驗，導(dǎo)致偏向于不可知論，與量子力學(xué)的思想相悖而馳。

　　“量子教育學(xué)”對量子力學(xué)概念和方法認(rèn)識的偏差表現(xiàn)有。

　　為了進(jìn)一步認(rèn)識光的本質(zhì)特性，提出了波粒二象性的觀念。

　　此后，玻爾提出了“氣補(bǔ)原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質(zhì)。

　　“測不準(zhǔn)”原理而是在某一個方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說明不能單一地應(yīng)用某一個方面，只有同時應(yīng)用時才能為物理現(xiàn)象提高全面的解釋。

　　玻爾認(rèn)為，波粒二象性在整個量子力學(xué)中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現(xiàn)象的原理，也可以說是解釋因果關(guān)系的一種原理，它可以相互促進(jìn)、相互排斥，這種互斥的關(guān)系不可或缺，這種互補(bǔ)關(guān)系后來被廣大學(xué)者所接受。

　　6結(jié)語

　　近年來，量子力學(xué)逐漸被廣大研究者重視起來，探討量子力學(xué)的基本原理以及與量子教育學(xué)的重要關(guān)系，在量子理論的發(fā)展過程中，這已經(jīng)留下了較多的論爭。

　　可以肯定的是量子力學(xué)對于科學(xué)的進(jìn)步貢獻(xiàn)了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來，而量子教育學(xué)并不是量子力學(xué)的正確認(rèn)識，就本身的發(fā)展情況來看，量子教育學(xué)認(rèn)同了后現(xiàn)代主義，成為了唯心主義的重要依據(jù)。

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　　“量子力學(xué)”教學(xué)淺談【2】

　　【摘 要】“量子力學(xué)”本身是一門非常抽象的課程，一方面需要學(xué)生摒棄在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中形成的固有觀念和認(rèn)識，另一方面在學(xué)習(xí)某些基本概念和基本理論時又要求學(xué)生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時困惑不堪。

　　需要認(rèn)真思考教學(xué)活動的開展方式。

　　【關(guān)鍵詞】量子力學(xué);教學(xué)方法;物理思想

　　“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對人類科學(xué)研究兩大標(biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為理工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問題和解決問題的能力。

　　對提高學(xué)生科學(xué)素，養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識及亦具有十分重要的意義。

　　但是，量子力學(xué)理論與學(xué)生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。

　　思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時困惑不堪。

　　此外，這門課程理論性較強(qiáng)，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。

　　針對這些教學(xué)中的問題，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。

　　對“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)作一些合理的調(diào)整。

　　1 合理安排教學(xué)內(nèi)容

　　1.1 理清脈絡(luò)，強(qiáng)化知識背景

　　從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行細(xì)致的、實(shí)事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發(fā)展有一個準(zhǔn)確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認(rèn)的，還存在哪些不完善的地方。

　　這樣一方面可使學(xué)生對量子力學(xué)中基本概念和基本理論的形成和建立的科學(xué)歷史背景有一深刻了解，有助于學(xué)生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解;另一方面，可使學(xué)生對蘊(yùn)藏在這一歷程中的智慧火花和科學(xué)思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及科學(xué)素養(yǎng)。

　　比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來解釋，學(xué)生往往會覺得不可思議，難以理解。

　　為此，在講解這部分內(nèi)容時，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學(xué)生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實(shí)驗數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實(shí)驗事實(shí)存在嚴(yán)重背離。

　　為了解決這些問題，玻爾理論才應(yīng)運(yùn)而生。

　　在用量子力學(xué)求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時，還可以通過定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實(shí)存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。

　　通過這樣講述，學(xué)生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學(xué)中的概念混為一談。

　　1.2 重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)

　　在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。

　　因此，在教學(xué)過程中，教師要著重于加強(qiáng)基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊(yùn)含的物理實(shí)質(zhì)。

　　對一些涉及繁難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的內(nèi)容，在教學(xué)中刻意忽略具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，著重于使學(xué)生掌握其中的思想方法。

　　例如：在一維線性諧振子問題的教學(xué)中，對于數(shù)學(xué)方面的問題，只要求學(xué)生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類問題所蘊(yùn)含的物理意義及對現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。

　　這樣，學(xué)生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。

　　2 改進(jìn)教學(xué)方法

　　“量子力學(xué)”這門課程本身實(shí)驗基礎(chǔ)薄弱、理論性較強(qiáng)，物理圖像不夠直觀，一味采取傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢必感到枯燥，甚至厭煩。

　　學(xué)習(xí)效果自然大打折扣。

　　為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，在教學(xué)方法上應(yīng)進(jìn)行積極的探索。

　　2.1 發(fā)揮學(xué)生主體作用

　　在必要的教學(xué)內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動時間。

　　教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究討論，或者針對已講授內(nèi)容，使學(xué)生對已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、總結(jié)、辨析，以加深理解;或者針對未講授內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣(比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態(tài)問題后就可引導(dǎo)學(xué)生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”)，這樣學(xué)生就會積極地預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容;或者選擇一些有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

　　對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學(xué)生利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源等尋求解決，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。

　　此外，還可使學(xué)生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進(jìn)行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，另一方面使其接受初步的科研訓(xùn)練，一舉兩得。

　　2.2 注重構(gòu)建物理圖像

　　在實(shí)際教學(xué)中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學(xué)生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。

　　例如：借助電子束衍射實(shí)驗，通過三個不同的實(shí)驗過程(強(qiáng)電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光)，即可為實(shí)物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像;借助電子束衍射實(shí)驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計解釋;借助電子雙縫衍射實(shí)驗圖像，可使學(xué)生更易接受和理解態(tài)疊加原理;借助解析幾何中的坐標(biāo)系，可很好地為學(xué)生建立起表象的物理圖像。