作者在讲授“⾼等量⼦⼒学”课程的过程中,结合⾃⼰关于量⼦⼒学基础、应⽤和科学史的研究,对量⼦⼒学研究性教学进⾏了⻓期的实践探索。
最近作者编著出版了《量⼦⼒学现代教程》⼀书,旨在反映这种研究性教学的基本精神:在课程内容和教学⽅式上,博采众⻓、学习国内外优秀教材;遵循学科发展的逻辑脉络,对基本知识集的选择和⽅法技巧的讲解没有⾛书书相传的捷径,⽽是在仔细消化理解经典论著后,通过当代语⾔讲透、补全重要观念阐述所必须逻辑链的各个环节,把学⽣必须掌握的专业知识变成学⽣宜于接受的特⾊教学内容。
特⾊部分包括矩阵⼒学和波动⼒学的创⽴及其⼆者等价性证明、海森伯表象的时变内涵、全同多体系统的对称性⾃发破缺 (超导与玻⾊—爱因斯坦凝聚)与能量泛函变分的关系、⼆次量⼦化表象变换的显式表达,以及远场散射波包演化和定态描述的⼀致性等。
作者通过《量⼦⼒学现代教程》及其相关的研究⽣教学,践⾏研究性教学的基本理念,尽可能为物理学相关专业⾼年级本科⽣、研究⽣和其他读者提供直达量⼦⼒学研究前沿的“最⼩”且简洁⾃洽的基础知识集合,同时也为⼤学⽼师量⼦⼒学课程教学的⽔平提升提供参考。
1987年前后,我在东北师范⼤学开始了量⼦绝热近似和⼏何相位因⼦等量⼦⼒学前沿问题的科学研究,同时也给⾼年级本科⽣和研究⽣开设了叫做“⾼等量⼦⼒学”的量⼦⼒学⾼级课程。
之后35年⾥,我在探索和研究量⼦物理前沿问题的同时,在不同的地⽅ (如清华⼤学、北京⼤学、北京师范⼤学等),断断续续地进⾏不同程度的量⼦⼒学教学,特别是最近⼗年,在建设、升级中国⼯程物理研究院研究⽣教育的实践中,我给研究⽣⽐较系统地讲授了量⼦⼒学研究⽣课程,并在线上向全国开放,取得了⼀些预期的效果。
在尽⼒博采众⻓、学习国内外经典教材的优秀教学思想的同时,我在⾼等量⼦⼒学教学实践中进⾏研究性教学的探索和尝试。研究性教学1),通常被笼统地理解为培养学⽣科学精神和知识创新能⼒的教学理念和⽅法,并在教学过程中融⼊⼀定的科学研究训练或完成⼩型的科研项⽬。
⽽本⽂强调的研究性教学主要是指对教学内容本身进⾏研究,其中教学内容的知识点及其逻辑链是研究⽬标,并⽤教学的语⾔讲清楚知识点从起源到应⽤的逻辑链条,由此可以消除“知识点从天上掉下来”的不⾃然性。因此,很多时候我们需要从经典论⽂和著作⼊⼿,遵循学科发展的逻辑脉络、搞清楚知识点的来⻰去脉,这样才能将教学过程转化为启发学⽣为科学研究积累基础知识、培育思想⽅法的过程。
量⼦⼒学的知识点及其逻辑链恰好需要进⼀步研究来理顺,研究性教学在此恰好有⽤武之地。本⽂阐述的量⼦⼒学研究性教学具体体现在以下三个⽅⾯:(1)遵循量⼦⼒学发展脉络,回溯量⼦⼒学原始⽂献、深⼊消化理解经典论⽂所展现的思想理念及其逻辑关系,⽤“当代语⾔”把它们变成学⽣宜接受和掌握的教学内容。
补充了传统教科书由于书书相传、⼈云亦云忽视了的知识演进的逻辑,让量⼦⼒学教学变得⽐较“讲道理”;(2)在教学中,传递⾃⼰多年基于量⼦物理前沿的科学研究、对量⼦⼒学整体框架的理解,细致阐述知识点背后的物理图像,讲清楚⾃⼰以什么样的逻辑把不同的知识点联系起来,并如何应⽤到实际问题中,等等;(3)强调科学精神的培育、把量⼦物理科学史的研究成果有选择地结合到教学中去,展现不同的⼈对同⼀学科的理解有不同的⻆度、不同的组织⽅式和不同的价值观,通过真实历史的呈现帮助学⽣正确理解量⼦⼒学的观念演进过程。
北京⼤学出版社最近出版的《量⼦⼒学现代教程》(以下简称“现代教程”)(图1),是作者多年来量⼦⼒学研究性教学实践探索的结果。本⽂也将通过介绍“现代教程”的写作动机以及写作指导原则等,通过对具体问题分析、讨论,展现量⼦⼒学研究性教学的基本思想,如全⾯反思量⼦⼒学教学中的问题(如,传统表述对于“海森伯”对易关系和玻恩⼏率诠释的误读),以及如何从现实重构历史的逻辑视⻆系统地阐述量⼦⼒学的思想体系。