大学物理与中学物理课程量子光学部分的衔接研究

引言

大学物理课是理工科学生的一门必修的公共基础课。对于学生来说，物理不是一门全新的、陌生的课程，他们从初中开始学习物理，中学又用三年学习物理，对物理的一些基本概念、定理和定律已经熟知，并掌握了一些学习物理的方法，具备一定的物理素质。但是，由于大学物理和中学物理在教学内容、教学方法、教学模式等方面不尽相同。虽然我们的大学生是基础教育培养出来的优胜者，但事实表明，绝大多数学生对大学物理的学习不能很快适应。所以，尽量做好大学物理和中学物理的衔接教学，使学生尽快的从中学物理过渡到大学物理的学习，对大学物理教学的展开和提高教学质量有着重要的作用。

1　中学物理和大学物理量子光学部分内容对比

“量子光学”一词是在有了激光之后才提出来的，在此之前，也已从实验和理论上认识到光的量子性质，如黑体辐射、光电效应、康普顿效应等。它是以光子流为基本观点，以普朗克的能量子假设、爱因斯坦光子理论为基础的物理光学。

从教材的编写来看，中学物理教材选修3－5十七章从电子是否具有波动性来引出本章的内容，接着从黑体与黑体辐射来引导出第1节的内容——由普朗克提出来的能量量子化。第2、3、4和5节的内容分别是：光的粒子性、粒子的波动性、概率波和不确定性关系。光的粒子性主要是通过光电效应实验得出来的，然后用爱因斯坦光量子理论对光电效应进行理论解释，使学生认识光的量子性和光子的概念。康普顿效应及其理论解释，加深了学生对光的粒子性本质的认识，进而提出光的波粒二象性。玻恩指出光波是一种概率波，加深了学生对光的波粒二象性的感性认识。

对比大学物理教材和中学物理教材，可以看出在量子光学方面，中学物理与大学物理讲解的内容是一致的，但不同点在于，黑体与黑体辐射在中学物理教材中讲述的比较少，其目的是为了引出能量量子化的概念。而在大学物理教材中有详细的讲解，不但有黑体的定义，还有黑体的经典辐射定律和黑体辐射公式。对于光电效应，中学物理教材和大学物理教材几乎一致；对于康普顿散射，大学物理教材和中学物理教材仅在描述现象方面有部分重复，大学物理增加了中学教材没有的对康普顿散射的理论解释以及光电效应与康普顿散射的关系对比。

2　造成差异的原因

2.1教学目的不同

中学物理的教学目的：使学生学习比较全面的物理学基础知识及其实际应用，了解物理学与其他学科以及物理学与技术进步社会发展的关系使学生受到科学方法的训练，培养学生的观察和实验能力，科学思维能力，分析问题和解决问题的能力。

大学物理的教学目的：使学生理解物理学的基本规律，了解物理学基本理论在生产技术中的重要应用；为学生学习专业知识和参加工程实践打下必要的物理基础；使学生在思维能力方面受到一定的训练，培养学生分析问题与解决问题的能力和自学能力，使学生毕业后在实际的工程技术工作中有一定的适应能力。

由此可以发现，大学物理与中学物理教学的要求是梯度提高的。中学物理侧重于把基础物理知识与技能学习，自主探究的过程训练和方法体验，情感与价值观的培养有机地结合起来。而大学物理是大则在强调物理知识、方法的系统掌握的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。显然，大学物理教学要求是在中学物理要求的基础上加以提高。

2.2数学工具不同

中学物理主要是以中学所学几何知识为数学工具，而大学物理主要是以微积分为数学工具。所以有很多需要用微积分才能解决的物理问题(如黑体辐射)由于中学所学数学内容的限制在中学期间没办法用理论来解释，而到大学学习了高等数学之后问题就会迎刃而解。这就是为什么对于相同的内容大学物理的理论解释多与中学物理。

3　大学物理和中学物理课程量子光学部分的衔接教育

量子光学主要研究光场的量子统计性质以及光与物质相互作用的量子特征，所研究的范围包括各种光场的相干统计性质，物质与真空场的相互作用，压缩态光场的性质，光子动量的传递规律等。随着光学的发展，量子光学已经成为现代光学、激光科学和激光技术的基础。在激光领域，其理论被广泛应用。基于中学物理教材和大学物理教材的特点，为做好量子光学部分中学课程和大学课程的衔接，我们给出以下建议：

(1)重视引入教学。良好的开端是成功的一半，在引言中使学生了解量子光学内容，发展历程，以及和其他在现代科技中的应用，是学生对以后的学习有个纵观的了解，这样可以激发学生的学习兴趣，从开始学习就做到心中有数；(2)注意了解学生的数学基础。中学量子光学与大学量子光学最重要的的差别是利用微积分所做的理论解释。所以在讲授大学量子光学部分内容时，要首先了解学生对微积分的掌握程度课程，为后面用微积分解决黑体辐射问题打下基础。(3)在讲解光电效应的时候，可由光照射到金属表面后光电子逸出金属表面的外光电效应拓展到光照射到半导体材料表面形成的内光电效应、现在广泛应用的太阳电池和各种光电探测器都是在内光电效应的基础上研制、开发出来的，可以让学生调研太阳电池的基本原理、基本结构。

4　结语

通过中学物理课程和大学物理课程在量子光学内容上的对比，我们发现中学物理对这些知识只是作了初步的介绍，使学生对此有个感性的认识，而大学物理是在中学物理已有知识基础上的提高和扩展。然后，通过比较大学物理教材和中学物理教材的异同点，发现加强二者之间的衔接是很有必要的。我们寻找和探索了一些加强和改进中学课程和大学课程衔接的措施，希望为实现从中学向大学的顺利过渡提供参考。