光学与原子物理学课程论文

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光学与原子物理学课程论文

【摘要】从培养学生的创新能力出发，基于课程的学术特色，结合工科院校应用物理类专业的客观实际，研究光学和原子物理学的课程体系及教学内容的优化，确立课程的核心概念、体系的理论架构和教学内容的具体组织思路。

【关键词】课程体系教学内容优化研究

光学与原子物理学是物理类专业的重要的基础课，其前与力学、电磁学、热学课程相衔接，其后承载着理论物理以及专业方向课程。

由于这两门课程在课程设置中具体的位置，再考虑课程本身的学术特色，这两门课程的教学对学生创新能力和理论应用能力的培养有其特殊的作用。

工科院校有注重实践、技术培养的传统及其较完备的设施，客观上为这两门课程的能力培养提供了条件。

我们要充分认识工科院校的这种客观优势和课程的学术特色，优化课程体系和教学内容，将课程的学术特色、学校的客观优势转化为能力培养的特色和优势。

一、光学的课程体系及教学内容的设计

光学既是一门重要的基础性学科，又是一门应用性十分活跃、交叉渗透极其广泛的物理课程。

在长期的发展过程中，光学形成了一套行之有效的特殊方法和仪器设备【1】，即数理解析与几何图形相结合的理论研究方法、精密测量的设计与应用特征。

光学的这种学术特色对学生素质能力的培养有其独到之处。

因此，通过对光学课程体系和教学内容的优化，突出课程的理论研究方法及其实践性、渗透性【2】，有利于培养学生的交叉综合性分析能力和依据理论的实验设计、精密检测能力，提高学生的创新性思维意识。

1.课程体系的架构

以折射率和位相为核心概念，以费马原理和惠更斯-菲涅尔原理为基本原理，按照几何光学、波动光学和量子光学的顺序，研究光的传播特性(波动性)及其粒子性，展示其数理解析与几何图像相结合的理论研究方法，突出课程在工程技术中的应用以及与现代光学的渗透【1，3】。

体系框图：

2.教学内容的组织思路

以体现课程体系为原则，按48课时选取并组织、安排教学内容思路如下【1，2】。

第一章绪论：突出光学与其他学科的交叉渗透与应用。

(2学时)

第二章几何光学：以费马原理为基础，以常见的光学仪器(单球面、薄透镜、放大镜等)成像为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、突出光学仪器的设计思。

(10学时)

第三章光的干涉：以波的相干叠加为理论基础，以等倾和等厚干涉为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、突出相干理论在精密测量技术领域的应用。

(12学时)

第四章光的衍射：以惠更斯-菲涅尔原理为基础，以菲涅尔衍射、夫琅和费衍射、光栅衍射为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、突出其分光特性在现代科学技术中的应用。

(10学时)

第五章光的偏振：以光的偏振理论为基础，以偏振器件为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、注重向磁至旋光及磁光盘渗透。

(10学时)

第六章量子光学：以光的量子论为基础，以光的辐射和激光为载体，注重向量子光学以及非线性光学渗透。

(4学时)

二、原子物理学的课程体系和教学内容的设计

原子物理学是用近似的、不完整的量子力学理论和方法研究原子的运动及其构成的课程。

其学术特色是完全以实验(观察)事实为依据建立或选取理论模型，对问题做出恰当的解释。

该课程研究对象抽象，理论的系统性、完整性不强。

但原子物理学是基础物理课程中蕴含了创新性思维最多的课程，其研究手段和方法为其它相关领域所通用【4】。

因此，通过原子物理课程的教学，主要是培养学生依据研究客体进行理论建模的能力，提高学生创新理论框架、简化理论处理、取舍运算结果的意识和水平。

1.课程体系的架构

以光谱和德布罗意波为核心概念，采用近似的量子力学方法(经典理论+量子力学)研究原子(氢原子、碱金属、多电子原子、外场中的原子)与原子核的结构及其运动规律，展示课程的理论创新特色以及在现代科学技术、工程实践中的多层次应用。

体系框图：

2.教学内容的组织思路

以体现课程体系为原则，按48课时选取并组织教学内容，思路如下。

序论：突出课程特点与学习中应注意的问题。

(2学时)

第一章原子的结构：以粒子散射实验和原子核式结构为载体，突出卢瑟福散射技术在材料分析中的应用。

(5学时)

第二章量子力学基础：以三个实验为基础，依托量子力学的基本原理，突出理论创新的特色、思路和方法。

(8学时)

第三章氢原子：以半经典半量子论为理论基础，以氢原子为载体，突出理论建模以及光谱分析在科学研究、工程实践中的应用。

(8学时)

第四章碱金属原子：以电子的轨道贯穿、极化理论为基础，以碱金属原子为载体，展示理论修正方法以及光谱分析在科学研究和精密检测中的应用。

(8学时)

第五章多电子原子：以泡利不相容原理及Hunt定则为理论基础，以多电子原子为载体，突出量子规律以及光谱分析在科学研究中的应用。

(6学时)

第六章外场中的原子：以磁场和原子的相互作用为基础，以Zeeman效应为载体，展示磁效应在材料磁性，磁共振技术中的应用。

(5学时)

第七章原子核物理学：以核结合能为基础，以核裂变和聚变为载体，突出原子能、核技术的利用以及放射线的探测、防护。

(6学时)

参考文献：

[1]赵凯华.新概念物理教程光学[M].北京：高等教育出版社，2004：6

[2]吴寿煜，吴大炜.试论21世纪物理专业《光学》之教学改革[J].黑龙江高教研究，2004(6)：101-103

[3]陈万金，董连政，华中.构建高师光学课程内容新体系的思考与实践[J]. 吉林师范大学学报(自然版)，2006，27(4)：88-89

[4]甘永超，李卓英，陈贻汉，成元发，郁春潮，易先华，邓鹏. 原子物理学的学术战略地位与素质教育中的作用[J].国际物理教育通讯，2003，(32)：20-23