趣講理論 巧育人才

在探尋微觀世界的奧秘時，量子力學憑借獨特的魅力吸引著無數求知者。然而，其本質上是一套以物理實驗結果為基礎的完備的抽象代數體系，理論性強，理解難度大，常常讓初學者望而卻步。但在深圳大學電子與信息工程學院，副教授孫磊的《量子力學》課程卻以“旁征博引，循序善誘”的教學方式方法，讓這門高深的學科變得生動有趣，易于理解。

趣味講授促理解

    “《量子力學》主要是理論推導，告訴學生如今科學家是如何透過這一理論審視世界的，為學生構建一個認識框架?！闭劶啊读孔恿W》的特色，電子與信息工程學院（以下簡稱電信學院）的孫磊老師介紹道。
    《量子力學》作為電信學院的高階基礎理論課程，其理論精準度令人驚嘆，如電子反常磁矩的測量，量子電動力學理論計算值與實驗值僅在小數點后第12位有差異，精度遠超其他自然科學。孫磊說，《量子力學》的建立史和其對實驗科學、數學和物理理論的高度綜合，以及在高新技術上的貢獻，為課程思政提供了豐富的素材。《量子力學》在高新技術上的應用，尤其是我國在量子通訊、量子計算中取得的成績，更有助于激發學生的國家認同感和民族自豪感。
    孫磊主講的《量子力學》課程在2017年初次與物理系本科生邂逅。如今，他帶著這門課開啟了全新的教學旅程，主要面向電子與信息工程學院的本科生授課。
    “不同于物理系，這門課對工程專業學生的要求有所不同，對物理系學生來說是必修課，而對于大部分工程專業學生來說是選修課，且與側重應用的工程專業的課程相比，《量子力學》有大量的理論推導?！睂O磊介紹，也正因此，工程專業的學生對量子力學中的理論學習難度更大?；诖?，孫磊采用了更具有針對性的教學方法，將抽象的基本原理以更加通俗易懂的方式傳授給通常以應用為導向的工程專業學生。他希望學生能掌握基本原理，將量子力學理論與實際工程問題相結合。
    課程的前兩周，孫磊沒有一上來就按部就班地傳授薛定諤方程，而是先講述了量子力學發展史。對此，電子科學與技術專業2023屆本科畢業生李樸昂印象深刻：“老師在第一節課的時候講序論，穿插了一些特別有意思的物理學背景和物理學人物的趣事?！边@些物理學故事成了那兩周課堂上的亮點，其中愛因斯坦和波爾有關量子力學的“世紀之爭”，學生們對此的激烈討論常常持續到課下。從量子力學學科是如何發展壯大的，到量子力學涉及到一個怎樣的微觀層面，孫磊通過循序漸進的講述，引出如何運用量子力學去處理生活中習以為常的問題。為了便于學生理解課程內容，孫磊還會在課前播放與課堂內容相關的素材、視頻和紀錄片，既令學生們拓展視野，提高學習興趣，更讓原本高度概括、抽象的物理理論以“看得懂、說得出”的方式呈現在學生面前。李樸昂表示，這種教學方式對他掌握量子力學理論“幫助挺大”。
    除了通過視覺傳媒豐富教學方法，孫磊還以數學工具為出發點，如小學的加減乘除四則混合運算、中學的代數體系、大學的微積分，將理科與工科的課程聯系起來，從學生最熟悉的地方講起，盡可能將他們從小到大所學的知識一塊一塊地拼接起來，這種“搭橋式”的授課方法極大程度上幫助了學生更好地理解課程。原本深奧晦澀的量子力學變得生動明了，既有趣味十足的數學原理，又有易于整合的數學結構，同學們對知識的理解和掌握也更加深入且記憶深刻。

教學創新增興趣

    孫磊的辦公室內，陳列著各式規格的天文望遠鏡，它們不僅是觀賞宇宙的窗口，也是他教學的一部分。近年來，他創立了一項特別的課后活動傳統——于中秋佳節夜晚，帶領同學們一同進行天文觀測，共賞星河之美。
    “很多量子力學實驗在現有的本科學習期間是難以實現的。”因此，孫磊希望通過一場學生能“親自動手、親眼所見”的天文觀測活動，激發學生的學習熱情。2023年的中秋之夜，孫磊在深圳大學致騰樓四樓的天臺上舉辦了持續4.5小時的天文觀測活動，微電子科學與工程專業2024屆本科畢業生郭黃羚回憶起這次天文觀測活動依然印象深刻。在天文望遠鏡的鏡頭下，郭黃羚能夠清晰地看到木星展現在眼前，即使看過再多的科幻電影和科幻小說，也很難有如此真實的感觸——星辰近在咫尺?！拔彝蝗痪兔靼琢藢O磊老師為什么那么喜歡天文學。人類在浩瀚宇宙中固然渺小，可人類的求知欲卻無限大，保持對宇宙規律的好奇，會讓我們一直進步?！惫S羚在這次活動后重新思考了人與自然宇宙的關系，也重新理解了一些必修學科，“我們學習這些課程的目的并非一定要精通物理學，而是了解宇宙秩序，更好地生存在世界上?！?br/>    孫磊對課堂設計的巧思還體現在教材與作業模式的創新中。在備課中，孫磊發現舊有的中文教材厚重且數學公式推導較為繁瑣，不太符合工科類本科生現有的接受水平。結合自己在香港和美國時的留學經驗，他選取了由淺入深、邏輯更為清晰的英文教材，與中譯版教材搭配使用。面對中譯版教材中常見的翻譯錯誤，孫磊還增加了“中譯版教材找錯”的考核方式來調動學生積極性?！安簧賹W生課下會跑來問我，某個地方是不是錯誤的，雖然他不能確定，但這說明他認真讀了教材并進行了思考。”孫磊欣慰地說。此外，在課后布置的例題作業中，孫磊會將題目與答案一同發給同學思考，再對作業本回收批改?！坝械耐瑢W會在作業旁邊畫畫，比如他們做出來的結果與答案不同，就會畫一個吊在樹上暈掉的小人?！睂O磊十分樂于見到這樣的“互動”。他認為，這樣能培養學生的自主意識，提高他們的思考能力，對于較為吃力的學生來說，“哪怕抄一遍也能有所收獲。”每次收到學生們的作業本后，孫磊都會認真地批改并用紅筆寫下鼓勵的話語。在紅色與黑色筆跡的隔空對話中，學生們也感受到來自老師的一次次激勵。

亦師亦友助成長

    一份黃色橫格紙，手寫英文字體從初等公式一步步推導到復雜公式，李樸昂課后向老師提問時，孫磊把這一沓英文筆記遞給了他，筆記上面詳細地標注了疑難點。這份筆記透露的理論研究上的嚴謹和用心，令李樸昂印象深刻，“孫磊老師是個非常嚴謹的人，仿佛生來就適于做理論物理研究?！?。
    孫磊教導學生的用心之處，還體現在解疑答惑時的諄諄教誨當中。不只是應答課堂提問，每一節課后被學生們簇擁著提問，他都會花上十幾二十分鐘和學生們進行交流。從本課程問題到其他專業課程問題，從課程疑惑到生活煩惱，他都“有問必答”。
    除了思路點撥之外，孫磊還以言傳身教啟發學生們明晰學業方向和人生規劃。李樸昂說，孫磊以物理學歷史為脈絡、以邏輯推導過程為重點的教學方式，令自己改變了原先以應用為導向的學術觀念，他發現：“原來‘理論’才是可以去改變世界的‘基底’。”受到孫磊的熏陶，李樸昂發掘了自己的學術研究興趣，在電信學院攻讀碩士研究生，選擇孫磊作為導師，在電磁超材料的能帶分析專業方向繼續鉆研深造。李樸昂認為，寫在草稿紙上的大量運算和數學、物理符號看似毫無意義，但是由此延展的結果將會帶來理論突破的可能性，這些由熱愛驅動的、對未知領域的理論的開拓，將成為贈與后人最珍貴的寶藏。
    “和孫磊老師的交流對我的未來規劃有很大影響，我非常感謝他的鼓勵和指導?！彪娮涌茖W與技術專業2021屆本科畢業生林雅珊回憶，課堂上，孫磊的教學熱情讓原本枯燥的理論變得“活”起來，引發了她的學科興趣，而參與孫磊課題研究組的學習機會和每周一次的討論指導，則讓她的學術興趣由朦朧轉向具體，也為她打開了一扇通往學術研究的大門。如今，林雅珊已在香港理工大學攻讀博士學位，繼續她的學術研究之路。“孫磊老師的《量子力學》課程幫助我構建了認知世界的框架?！崩顦惆焊袊@道，通過這門課并不僅僅能學到量子力學相關的知識，“你還會認識一位風趣幽默的老師，他會告訴你一套在不熟悉的領域處理問題的方法論。這套方法論有利于我們在未來搭建學習架構，快速掌握知識，在全新領域里有所建樹。”

（本報記者 翟曉陽 馮子殷 王儷璇）