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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】從培養學生的創新能力出發，基于課程的學術特色，結合工科院校應用物理類專業的客觀實際，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 優化研究
光學與原子物理學是物理類專業的重要的基礎課，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新能力和理論應用能力的培養有其特殊的作用。
工科院校有注重實踐、技術培養的傳統及其較完備的設施，客觀上為這兩門課程的能力培養提供了條件。
我們要充分認識工科院校的這種客觀優勢和課程的學術特色，優化課程體系和教學內容，將課程的學術特色、學校的客觀優勢轉化為能力培養的特色和優勢。
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有其獨到之處。
因此，通過對光學課程體系和教學內容的優化，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，理論的系統性、完整性不強。
但原子物理學是基礎物理課程中蘊含了創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，主要是培養學生依據研究客體進行理論建模的能力，提高學生創新理論框架、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律，展示課程的理論創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，以核裂變和聚變為載體，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《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，郁春潮，易先華，鄧鵬. 原子物理學的學術戰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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