量子力學與量子教育學

　　量子力學與量子教育學【1】

　　摘 要 在物理學中，量子力學并不是一個陌生的概念，它與哲學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)，量子教育學卻是科學主義的產(chǎn)物，沒有正確地找到量子力學的原理，認為主觀性決定一切。

　　簡單闡述兩者的聯(lián)系，為后期的量子學研究提供參考。

　　關鍵詞 量子力學 量子教育學 主觀性

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

　　量子力學著重利用圖景等表象來認識周圍的世界，強調(diào)因果關系的認識，對后期形成的教育學理論具有參考性。

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

　　1量子力學的緣起

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

　　2量子力學的宇宙觀

　　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，并與所蘊含的能量有關，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。

　　這就是說，預期任何一個態(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。

　　隨著時代的進步和經(jīng)濟發(fā)展，信息技術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，量子物理學所產(chǎn)生相關的科學智慧，是人類社會發(fā)展的重要因素，也是文明進步的重要保障，可以說，量子物理學是計算機重要的組成部分，所形成的計算機芯片是重要的思維體現(xiàn)，量子物理學不僅是科學進步的前提，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”的唯心主義

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

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

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

　　他認為，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，這也是量子教育學詮釋的觀點。

　　他認為，只要消除了事物與觀念的差異，認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”的曲解

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

　　“量子教育學”對量子力學概念和方法認識的偏差表現(xiàn)有。

　　為了進一步認識光的本質(zhì)特性，提出了波粒二象性的觀念。

　　此后，玻爾提出了“氣補原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質(zhì)。

　　“測不準”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用某一個方面，只有同時應用時才能為物理現(xiàn)象提高全面的解釋。

　　玻爾認為，波粒二象性在整個量子力學中的地位較高，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系的一種原理，它可以相互促進、相互排斥，這種互斥的關系不可或缺，這種互補關系后來被廣大學者所接受。

　　6結(jié)語

　　近年來，量子力學逐漸被廣大研究者重視起來，探討量子力學的基本原理以及與量子教育學的重要關系，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對于科學的進步貢獻了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來，而量子教育學并不是量子力學的正確認識，就本身的發(fā)展情況來看，量子教育學認同了后現(xiàn)代主義，成為了唯心主義的重要依據(jù)。

　　參考文獻

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　　“量子力學”教學淺談【2】

　　【摘 要】“量子力學”本身是一門非常抽象的課程，一方面需要學生摒棄在經(jīng)典物理學習中形成的固有觀念和認識，另一方面在學習某些基本概念和基本理論時又要求學生建立起與經(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致學生在學習這門課程時困惑不堪。

　　需要認真思考教學活動的開展方式。

　　【關鍵詞】量子力學;教學方法;物理思想

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

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

　　但是，量子力學理論與學生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠，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聯(lián)，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關內(nèi)容得出的。

　　思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。

　　此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數(shù)學推導之中，導致學習興趣缺失。

　　針對這些教學中的問題，如何激發(fā)學生學習本課程的熱情，充分調(diào)動學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”課程的教學內(nèi)容應作一些合理的調(diào)整。

　　1 合理安排教學內(nèi)容

　　1.1 理清脈絡，強化知識背景

　　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，對量子力學的發(fā)展脈絡進行細致的、實事求是的分析，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的，還存在哪些不完善的地方。

　　這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經(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，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)。

　　比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來解釋，學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，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數(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)典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。

　　為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。

　　在用量子力學求解氫原子定態(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中的概念混為一談。

　　1.2 重在物理思想，壓縮數(shù)學推導

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

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

　　對一些涉及繁難數(shù)學推導的內(nèi)容，在教學中刻意忽略具體數(shù)學推導過程，著重于使學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中，對于數(shù)學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現(xiàn)成結(jié)論的應用上。

　　這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。

　　2 改進教學方法

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

　　學習效果自然大打折扣。

　　為了提高學生學習興趣，激發(fā)其學習的積極性，培養(yǎng)其科學探索精神及創(chuàng)新能力，在教學方法上應進行積極的探索。

　　2.1 發(fā)揮學生主體作用

　　在必要的教學內(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)設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內(nèi)容，使學生對已學內(nèi)容進行復習、總結(jié)、辨析，以加深理解;或者針對未講授內(nèi)容，激發(fā)學生學習新知識的興趣(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)問題后就可引導學生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”)，這樣學生就會積極地預習下節(jié)內(nèi)容;或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

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

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

　　2.2 注重構(gòu)建物理圖像

　　在實際教學中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學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：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程(強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光)，即可為實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驗圖像，可使學生更易接受和理解態(tài)疊加原理;借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。