以学生为中心的量子力学教学模式设计和探索

• 摘要：在高校量子力学课程教学中，需要以学生为中心，构建精品课程教学设计，以此推动高效人才培养模式的创新。在高校量子力学教学过程中，关注学生综合能力的培养与发展，需要从量子力学的教学准备、课堂教学以及课外辅导等模块进行优化建设，同时进一步优化课堂教学方法，以此提升学生的科学素养。基于此，本文主要对以学生为中心的量子力学教学模式设计与探索进行研究分析，旨在对量子力学精品课堂建设进行详细阐述，并提出相应的教学设计策略，为以后类似的研究提供一些参考建议。
  关键词：学生中心；量子力学；教学模式；设计与探索
  中图分类号： G642;O413.1-4  文献标识码：A
  引言：
  在全面落实立德树人教育改革的背景下，高校量子力学教学需要加强学生的科学核心素养，围绕量子力学课堂进行教学改革，以学生为中心优化课程教学模式设计，以实现量子力学课程的精品课程建设。同样，在量子力学教学中，以学生为中心，通过依托精品课程建设，从课前、课堂以及课后等三个环节进行优化，构建量子力学特色教学模式，以期推动人才培养模式的更新。同时，对教学模式的设计进行实践探索，以此找到以学生为中心的教学途径，为良好的教学质量提供保障。因此，在高校人才培养战略下，对量子力学教学模式的设计和探索进行研究分析显得尤为重要。
  一、量子力学教学改革的急迫性
  量子力学，作为现代物理教学中重要的理论之一，通过研究微粒运动和基本规律的变化，可以对多种自然现象进行科学解释。同时，量子力学是科学和工程相关专业的重要基础课程之一，在能源、化学、材料等相关学科和许多现代技术得到了广泛应用。量子力学也是学习固体物理、材料科学、材料物理、化学、激光原理、激光物理和技术等专业课程的基础。在现阶段的量子力学教学过程中，以学生为教学中心，加强学生的综合能力，有助于学生科学思维的发展，同时有助于学生的创新能力的提升。通过实际的量子力学教学改革下，重视课程教学的设计优化，加强学生的量子力学的学习质量，促进学生量子力学思维与科学素养的培养，推动高校学生的全面发展。同时，量子力学的教学改革，不仅使学生掌握量子力学的基本理论，运用量子力学的基本理论进行分析和解决问题，而且使学生理解丰富的量子力学基本哲学，培养学生的辩证思维能力。对于科学和工程专业的学生而言，以学生为中心的课程教学设计，有助于提升课堂教学质量，帮助学生理解客观世界，为学生的全面发展提供保障^[1]。
  二、基于学生为中心的量子力学教学模式设计要点
  在量子力学课程教学模式的设计上，以学生为中心需要注重以下几点。其一，教风建设。优秀的教学风格是取得良好教学效果的重要保证。影响教学质量的三个核心因素是教师、学生和课程设置。课程是教育的纽带，是师生互动的平台。为了保证教学效果，量子力学教学团队始终保持着良好的教学风格，推动着良好的学习风格的形成，并严格实施集体准备课制度和教学小组讨论制度，以提高量子力学课程的教学质量^[2]；其二，备课优化。在课程教学的预备过程中，认真研究教材，努力准确掌握重点和难点，参阅各种量子力学参考书，注意弱化难点，强调重点。为了提高教学质量，在原教学大纲的基础上制定量子力学教学大纲规则，认真撰写教学计划，不断总结，根据实际学生适当增加新的内容，如在量子力学讲义的第一版基础上，修改到第二版，有效促进了教学水平和教学质量的提高。其三，课堂教学。在多年的教学过程中，根据量子力学概念相对抽象和难以理解的特点，以学生为主、以教师为主导的教学模式，实现了从灌输向启发式教学的转变。注重激发学生对知识的渴望，开展研究性教学，形成一种师生共同互动、探索真理的教学氛围。其四，课后交流。在量子力学以学生为主的教学设计上，课后交流的辅导，有助于倡导学生的研究式学习模式，让学生能够自主地参与到量子力学的学习上，同时借助师生之间的交流，来调动学生的学习积极性，以此创新量子力学人才培养体系^[3]。
  三、以学为主的量子力学教学设计优化策略
  1.以“学”为主，合理运用现代化教学手段，让教学更加直观
  在量子力学的教学设计上，构建特色的教学模式，突出学生的主体地位，需要合理运用现代化教学手段，让课堂教学内容更加直观与形象。现代的教学方法可以使教学内容直观。量子力学描述了微观粒子的运动行为，它不能列出一些更直观的现实例子，以便学生能够接受学习经典现实的知识。为了方便学生理解抽象概念，我们在日常教学中充分利用现代的教学方法，并在课堂上采用多媒体课件和黑板书写相结合的方法。例如，在教授氢原子的光谱时，我们向学生展示了从高到低的水平；在氢原子的斯塔克效应中，我们展示了氢原子在外部电场中的分裂光谱。
  同样，在以学为主合理运用现代化教学方法来优化教学内容上，可以充分利用学校和物理系的网络教学平台。我们积极参与了教务办公室的建设，并开展了量子力学的网络辅助教学。同时，在物理系的论坛上，有物理前沿与进展，大学物理学习和讨论，在网络上与学生交流，回答他们学习中的难题。我们在互联网上发布了多媒体课件、教学大纲、参考书目、本课程的难点、量子力学学习方法等内容，让学生可以在业余时间学习。这些措施受到了学生的欢迎，他们对学习的兴趣和热情得到了显著提高^[5]。
  2.以“学”为主，加强启发与互动教学方法的运用，提升学生知识获取情感体验
  在量子力学的教学设计上，构建特色的教学模式，突出学生的主体地位，需要加强启发与互动教学方法，以此优化学生的学习情感体验。量子力学课程的教学上，可以从实验事实和观察到的现象出发，建立物理模型和物理图片，努力让学生通过简单的模型理解复杂现象的本质，通过具体的例子理解一般的物理规律，培养他们的物理直觉。在解释一些问题时，不要只是进行教材的阅读，而是解释问题的根源，解决问题的过程和方法，以培养学生思考和解决问题的能力。例如，在教授玻尔量子理论时，首先介绍了无法解释的经典物理中的原子稳定性、大小和氢原子的光谱，然后介绍了玻尔如何解决这些困难，特别是三个基本的假设的成功和局限性。根据教学内容和学生现有的知识，准备一系列的问题和从一个问题到另一个问题的过渡的细节。当问题被提出时，我们应该善于激励学生利用现有的知识和经验来分析、思考和研究问题中的矛盾，同时引导学生逐步获取新的知识。对于积极回答问题的学生，让全班学生鼓励和表扬，活跃课堂气氛，也调动学生提问的热情。最后，教师对课堂知识体系进行总结和归纳，纠正学生的一些错误理解，帮助学生系统、准确地掌握知识^[6]。
  3.以“生”为主，引导学生进行自主学习，加强学生的科学能力与认知
  在量子力学的教学设计上，构建特色的教学模式，突出学生的主体地位，需要逐步加强学生的自主学习能力，让学生能够对量子学习有着一个良好的把握。例如，当谈论微观粒子的波粒二象性，首先介绍经典粒子的基本特征和经典的波动，然后介绍粒子在量子概念和量子概念下的波，强调它们的相似性和不同之处，加强学生对这些抽象概念的理解。另一个例子是，在研究一维谐振子的过程中，比较了经典谐振子与量子力学中给出的结果，并讨论了它们之间的差异，使学生能够很好地理解量子力学的本质。在传统教学设计上，教师“满堂灌”地将知识传授给学生，而学生做笔记后就死记硬背地消化知识，更多是处于被动状态。出于考试成绩和对未来发展压力的考虑，学生只能被迫选择这种机械的学习方式，导致学生应用能力缺乏的情况并不在少数，严重影响了后续的学习。但是，以学生为中心的教学设计上，让学生自由掌握学习时间，不再有靠着教师监督学习的依赖心理，开始为自己的学习负责任。知识往往是在场景中出现，又被反映在具体场景中，以学生为中心的教学设计，能够给每个学生独立思考的空间，又能使学生一起讨论互动，碰撞出新的知识火花，涌出新的思泉，让学生能够发挥着自身的创造性，从而为学生的健康发展保驾护航^[7]。
  4.以“生”为主，结合课内课外，构建双师教学
  在量子力学的教学设计上，构建特色的教学模式，突出学生的主体地位，需要结合课内与课外教学，营造一个双师教学模式。即构建双师课堂，以此降低量子力学课程教学设计难度。双师课堂中的双师指的是一位顶级教师外加一名课堂教师，即针对互联网上的顶级教师的教学资源进行运用，教师在课堂进行针对性的教学补充，以此提升课堂教学效果。该上课的模式为，顶级教师通过投影仪实现人像与现实的一比一比例进行线上教学，课堂教师在真实课堂中实现答疑，监督学生的巩固练习，对学生学习进行查缺补漏，并做出更具针对性的辅导，学生也可以参与到课堂讨论和课堂活动中去。例如，超星平台的精品课程运用到量子力学教学上，在混合式课程设计中，超星平台能够实现良好的课后练习与课程考核。在课程教学后，教师通过超星平台布置课外作业，让学生能够运用时间进行提交，从而优化课后作业的布置与完成环节，通过提升课程教学后的时间利用效率，方便教师掌握学生在混合式课程教学中的学习情况，从而针对性地进行复习与调整，为更好地进行课程教学提供保障。同样，在课程考核中，借助超星平台能够设置相应的考核形式，通过将考核进行细化，提升课堂教学互动中考核所占比例，以此提升学生课堂学习的积极性，让学生能够主动参与课堂教学讨论当中，从而提升线上线下混合式课程教学设计的科学合理性。基于超星平台在线上线下混合式课程教学设计上的合理运用，能够有效结合传统课堂教学与在线课程教学两者之间的优势，通过将教师的引导启发作用得到进一步提升，从而帮助教师能够解决更多课程学习上的问题，实现课程教学的有效延伸^[8]。
  5.以学生为主，开展竞赛活动，提升学生综合能力
  在量子力学的教学设计上，构建特色的教学模式，突出学生的主体地位，需要开展相应的竞赛活动，帮助学生提升综合能力。我们处理课后练习的方式是鼓励学生在平台上发言，鼓励其他学生提问和讨论，让学生和学生之间的互动，最后老师进行总结。这可以锻炼学生的表达能力，加深对知识的理解，有效地提高学生分析和解决问题的能力。同时，教师还要听取学生的意见，及时了解学生的学习情况，有目的地地指导学生。鼓励学生阅读大量文献，积极了解物理前沿知识，鼓励学生参加挑战杯、数学建模竞赛等课外科技学术竞赛以提高他们的综合能力^[9]。
  结语
  由此可见，在高校综合性人才的培养上，借助量子力学教学模式的优化设计，围绕学生建立相应的教学体系，提升学生的学习积极性，促进师生共同进步发展，以此提升学生的科学素养。同样，在以学生为中心的教学设计上，需要基于量子力学课程的课前、课中、课后进行逐一优化，以此保障教学质量的落实，为学生的全面发展提供保障。
   
发布日期：2023-02-21 09:16:50 浏览：