導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)基礎(chǔ)理論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

量子力學(xué)是在20世紀(jì)初由馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛定諤、沃爾夫?qū)づ堇⒙芬住さ虏剂_意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克、阿爾伯特·愛因斯坦、康普頓等一大批物理學(xué)家共同創(chuàng)立的。

量子力學(xué)是研究微觀粒子的運動規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。許多物理學(xué)理論和科學(xué)如原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)以及其它相關(guān)的學(xué)科都是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)所進行的。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇2

[關(guān)鍵詞]量子；特性；意識；應(yīng)用

中圖分類號：O413.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識

1、量子

我們在物理學(xué)中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測的物理量都在不連續(xù)地變化。？比如，我們說一個“光量子”，是因為單個光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個光量子的能量為單位一份一份地變化的。對于量子的種種特性，連不少科學(xué)家都為之迷惑，對于我們普通人來說自然更加高深。今天我就試著走近它，來發(fā)現(xiàn)她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說量子有多個可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)，因此，對物質(zhì)的測量意味著擾動，會改變被測量物質(zhì)的狀態(tài)。好比孫悟空的分身術(shù)， 孫悟空可能同時出現(xiàn)在幾個地方，他的各個分身就像是他的疊加態(tài)。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時出現(xiàn)，但在量子世界里它卻可以同時出現(xiàn)在多個不同的地方。”

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎，不管兩個人的距離有多遠，當(dāng)哥哥的狀態(tài)發(fā)生變化時，弟弟的狀態(tài)也跟著發(fā)生一樣的變化?！叭绻@兩個光量子呈糾纏態(tài)的話，哪怕是千公里量級或者更遠的距離，還是會出現(xiàn)遙遠的點之間的詭異互動，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W(xué)家就可以利用這種效應(yīng)將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。量子糾纏的廣泛應(yīng)用將會改變我們的生活，真正地突破時空的局限，交通、物流也就不再會有時間與空間的阻礙了。我國發(fā)射的“墨子號”量子衛(wèi)星昭示著我國在量子通信領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先的地位。

二、意識是量子力學(xué)現(xiàn)象

人們的意識一直都沒有搞清楚，用經(jīng)典物理學(xué)的電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)方法去測量意識是測量不出來的，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開始認(rèn)識到了意識是種量子力學(xué)的現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學(xué)的測量。為什么這么說呢？比如我們面前出現(xiàn)了一座房子，這時有兩種可能的狀態(tài)：一個沒有任何心思的人會看房非房，他的意識處于自由的狀態(tài)，沒看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動念頭。意識也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動念頭了，動念頭實質(zhì)上就是作了測量。

客觀世界是一系列復(fù)雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識，他認(rèn)為計算機僅僅是邏輯運算，不會產(chǎn)生直覺，直覺只能是量子系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生，意識是種量子力學(xué)現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學(xué)的測量。而人的大腦有直覺，也就是說人的意識不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個地方存在著人的意識。

三、量子技術(shù)的應(yīng)用

科學(xué)家認(rèn)為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。實際上，量子糾纏還有很多奇妙的應(yīng)用，可以在許多領(lǐng)域中突破傳統(tǒng)技術(shù)的極限。量子技術(shù)已經(jīng)成為一個新興的、快速發(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域。這其中，量子通信、量子計算、量子成像、量子生物學(xué)是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過把量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，利用量子調(diào)控技術(shù)，確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度。 廣義地說，量子通信是指把量子態(tài)從一個地方傳送到另一個地方，它的內(nèi)容包含量子隱形傳態(tài)，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說，實際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計算機信息技術(shù)極易遭遇泄密的問題。

2、量子計算

量子計算是量子物理學(xué)向我們展示的又一種強大的能力，源自于對真實物理系統(tǒng)的模擬。模擬多粒子系統(tǒng)的行為時，當(dāng)需要模擬的粒子數(shù)目很多時，一個足夠精確的模擬所需的運算時間則變得相當(dāng)漫長。而如果用量子系統(tǒng)所構(gòu)成的量子計算機來模擬量子現(xiàn)象則運算時間可大幅度減少，從此量子計算機的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開始發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)，有一種比較奇妙的現(xiàn)象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個不同的光學(xué)系統(tǒng)中，在其中一個系統(tǒng)里放入待成像的物體，通過雙光子關(guān)聯(lián)測量，在另一個光學(xué)系統(tǒng)中能再現(xiàn)物體的空間分布信息。即與經(jīng)典光學(xué)成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現(xiàn)該物體的成像。

4、量子生物學(xué)

量子生物學(xué)是利用量子力學(xué)的概念、原理及方法來研究生命物質(zhì)和生命過程的學(xué)科。薛定諤在《生命是什么》一書中對這一觀點進行了詳盡的闡述，提出遺傳物質(zhì)是一種有機分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設(shè)想。這些設(shè)想由脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)模型而得到極大的發(fā)展，從而奠定了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學(xué)。因此量子生物學(xué)是分子生物學(xué)深入發(fā)展的必然趨勢，是量子力學(xué)與分子生物學(xué)發(fā)展到一定階段之后相互結(jié)合的產(chǎn)物。

愛因斯坦相對論指出：相互作用的傳播速度不會大于光速，可是對于分開很遠距離的兩個處于糾纏態(tài)中的粒子，當(dāng)對一個粒子進行測量時，另一個粒子的狀態(tài)受到關(guān)聯(lián)關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了變化，這種傳輸?shù)睦碚撍俣瓤梢赃h遠超過光速。這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。量子糾纏是量子物理學(xué)里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開我們還是很難領(lǐng)會它，另外從常識角度來看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學(xué)問題。但另一方面，量子物理學(xué)有很廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展可能帶來行業(yè)面貌的改變，所涉及的范圍從量子計算機到人工智能，無所不含，這也正是我們深入學(xué)習(xí)、研究量子物理的動力所在??！

參考文獻

[1] 薛定諤，生命是什么.

[2] 舒娜，量子糾纏技術(shù)與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時空的骰子.

[4] 中國科普博覽.

[5] 科普中國.

篇3

關(guān)鍵詞：微電子；半導(dǎo)體物理；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)方法

作者簡介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，副教授。（上海200090）

基金項目：本文系上海自然科學(xué)基金（編號：B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動計劃地方院校能力建設(shè)項目（編號：10110502200）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標(biāo)識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）13-0059-02

隨著半導(dǎo)體和集成電路的迅猛發(fā)展，微電子技術(shù)已經(jīng)滲透到電子信息學(xué)科的各個領(lǐng)域，電子、通信、控制等諸多學(xué)科都融合了微電子科學(xué)的基礎(chǔ)知識。[1]作為微電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，半導(dǎo)體物理研究、半導(dǎo)體材料和器件的基本性能和內(nèi)在機理是研究集成電路工藝、設(shè)計及應(yīng)用的重要理論基礎(chǔ)；作為微電子學(xué)相關(guān)專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)，“半導(dǎo)體物理”的教學(xué)直接影響了后續(xù)專業(yè)理論及實踐的教學(xué)。目前，對以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的微電子類相關(guān)專業(yè)，如電子科學(xué)與技術(shù)、微電子、集成電路設(shè)計等，均強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力，注重學(xué)生的工程實踐能力的培養(yǎng)，在課程設(shè)置及教學(xué)上輕視基礎(chǔ)理論課程。由于“半導(dǎo)體物理”的理論較為深奧，知識點多，涉及范圍廣，理論推導(dǎo)復(fù)雜，學(xué)科性很強，對于學(xué)生的數(shù)學(xué)物理的基礎(chǔ)要求較高。對于沒有固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計物理等基礎(chǔ)知識背景的微電子學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，在半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)和理解上都存在一定的難度。因此需要針對目前教學(xué)過程中存在的問題與不足，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，探索形象化教學(xué)手段，結(jié)合科技發(fā)展熱點問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高半導(dǎo)體物理課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、循序漸進，有增有減，構(gòu)建合理的教學(xué)內(nèi)容

目前，國內(nèi)微電子專業(yè)大部分選用了電子工業(yè)出版社劉恩科等編寫的《半導(dǎo)體物理學(xué)》，[2]教材知識內(nèi)容體系完善，涉及內(nèi)容范圍廣、知識點多、理論推導(dǎo)復(fù)雜、學(xué)科交叉性強。該教材的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有扎實的固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計物理以及數(shù)學(xué)物理方法等多門前置學(xué)科的基礎(chǔ)知識。但是在以培養(yǎng)工程技術(shù)人員為目標(biāo)的微電子學(xué)類專業(yè)中，國內(nèi)大部分高校均未開設(shè)量子力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)及固體物理學(xué)等相應(yīng)的前置課程。學(xué)生缺少相應(yīng)固體物理、統(tǒng)計物理與量子力學(xué)等背景知識，沒有掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)感到頭緒繁多，難以理解，容易產(chǎn)生畏學(xué)和厭學(xué)情緒。

在課程教學(xué)中教師必須根據(jù)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)，把握好課程的內(nèi)容安排，抓住重點和難點，對原有的教材進行補充更新，注意將部分量子力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)、固體物理學(xué)等相關(guān)知識融合貫穿在教學(xué)中，避免學(xué)生在認(rèn)識上產(chǎn)生跳躍。例如在講解導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)容前，可以增加2-3個學(xué)時的量子力學(xué)和固體物理學(xué)中基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生在課程開展前熟悉晶體的結(jié)構(gòu)，了解晶格、晶胞、晶向、晶面、晶格常數(shù)等基本概念，掌握晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的求法，了解微觀粒子的基本運動規(guī)律。在講解半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)前，增加兩個學(xué)時量子力學(xué)知識，使學(xué)生了解粒子的波粒二象性，掌握晶體中薛定諤方程及其求解的基本方法。在進行一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)時，隨時復(fù)習(xí)或補充一些重要的高等數(shù)學(xué)定理及公式，如泰勒級數(shù)展開等。這些都是學(xué)習(xí)“半導(dǎo)體物理學(xué)”必備的知識，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對半導(dǎo)體課程知識進行深入地學(xué)習(xí)和掌握。

另一方面，對于微電子學(xué)專業(yè)來講，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，“半導(dǎo)體物理”課程中的部分教學(xué)內(nèi)容對于工科本科學(xué)生來說過于艱深，因此在滿足本學(xué)科知識的連貫性、系統(tǒng)性與后續(xù)專業(yè)課需要的前提下，大量刪減了涉及艱深物理理論及復(fù)雜數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的內(nèi)容，如在講述載流子在電場中的加速以及散射時，可忽略載流子熱運動速度的區(qū)別及各向異性散射效應(yīng)，即玻耳茲曼方程的引入，推導(dǎo)及應(yīng)用可省略不講。

二、豐富教學(xué)手段，施行多樣化教學(xué)方法，使教學(xué)形象化

半導(dǎo)體物理的特點是概念多、理論多、物理模型抽象，不易理解，如非平衡載流子的一維飄移和擴散，載流子的各種復(fù)合機理，金屬和半導(dǎo)體接觸的能帶圖等。這些物理概念和理論模型單一從課本上學(xué)習(xí)，學(xué)生會感覺內(nèi)容枯燥，缺少直觀性和形象性，學(xué)習(xí)起來比較困難。為了讓學(xué)生能較好地掌握這些模型和理論，需要采用多樣化的教學(xué)方法，充分利用PPT、Flash等多媒體軟件、實物模型、生產(chǎn)錄像等多種信息化教學(xué)手段，模擬微觀過程，使教學(xué)信息具體化，邏輯思維形象化，增強教學(xué)的直觀性和主動性。同時，教師除開展啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性外，[3，4]還可以應(yīng)用類比方法幫助他們理解物理概念或模型。如講半導(dǎo)體材料中的缺陷及躍遷機制時，為了幫助學(xué)生理解，可以做一個類比：將階梯教師里單位面積的座位數(shù)比做晶格各能級上的電子能態(tài)密度，把學(xué)生當(dāng)作電子，一個學(xué)生坐在某一排的某個座位上，即認(rèn)為這個電子被晶格束縛。當(dāng)有外來學(xué)生進入教室，在教室過道上走動時，可類比為間隙式缺陷；而當(dāng)外來學(xué)生取代現(xiàn)有學(xué)生的座位時，可類比為填隙式缺陷等等。通過類比，學(xué)生對半導(dǎo)體內(nèi)部的點缺陷的概念的理解就清楚形象多了。

三、結(jié)合微電子行業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，以市場為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生興趣

微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實際上就是固體物理與半導(dǎo)體物理不斷發(fā)展和創(chuàng)新的過程，[5]1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明，都與一系列的固體物理、[6]半導(dǎo)體物理及材料科學(xué)的重大突破有關(guān)?？v觀微電子工業(yè)的發(fā)展，究竟是哪些半導(dǎo)體理論推動了微電子技術(shù)的發(fā)展，哪些科學(xué)家推導(dǎo)并得出了這些理論？他們在理論推導(dǎo)的同時遇到了哪些困難？這些理論規(guī)律又起源于哪些實驗？到了21世紀(jì)，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域，[5，6]即以硅基CMOS電路為主流工藝，系統(tǒng)芯片SOC（System On A Chip）為發(fā)展重點，量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；[7]與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點，如MEMS，DNA Chip等，也都于半導(dǎo)體科學(xué)相關(guān)。這些新的微電子發(fā)展趨勢主要涉及半導(dǎo)體物理中的哪些知識？涉及哪些領(lǐng)域等？

針對以上問題，教師在講授半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)上，對教材進行補充更新。在保持基礎(chǔ)知識體系完整性的同時，避免面面俱到，刪減課本中一些不必要的內(nèi)容，大量加入近幾十年來發(fā)展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點問題，力求做到基礎(chǔ)性和前瞻性的緊密結(jié)合，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時對微電子發(fā)展歷史中半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢有一個清晰地認(rèn)識，讓學(xué)生能從中掌握事物的本質(zhì)，促進思維的發(fā)展，形成技能；同時注重與信息化技術(shù)相結(jié)合，將近幾年半導(dǎo)體技術(shù)的最新研究成果，如太陽能電池等半導(dǎo)體光伏發(fā)電技術(shù)在國家綠色能源戰(zhàn)略上的地位，半導(dǎo)體光電探測器在國家航天戰(zhàn)略上的應(yīng)用等，使學(xué)生能及時掌握半導(dǎo)體技術(shù)前沿發(fā)展趨勢。將這些問題分成若干個相關(guān)的專題分派給學(xué)生，學(xué)生自行查閱和搜集資料，他們在課堂上講述該專題，教師加以引導(dǎo)和幫助。這種方式不僅充分調(diào)動課堂氣氛，加深他們對所學(xué)知識的理解，同時也讓學(xué)生學(xué)習(xí)了半導(dǎo)體物理課程在微電子專業(yè)中課程體系的作用，在科學(xué)意識上加深了半導(dǎo)體物理課程的重要性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和欲望。

同時，為幫助學(xué)生了解學(xué)術(shù)前沿，培養(yǎng)專業(yè)興趣，還可邀請校內(nèi)外的專家做講座，學(xué)生可以利用課余時間，根據(jù)自己的興趣選擇聽取，加深對半導(dǎo)體物理課程的了解，培養(yǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

四、總結(jié)

總之，“半導(dǎo)體物理學(xué)”是微電子技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。在“半導(dǎo)體物理”教學(xué)過程中，應(yīng)積極采用現(xiàn)代化教學(xué)手段提高學(xué)生積極性，在教學(xué)過程中合理安排教學(xué)內(nèi)容，與時俱進引入科技熱點，削弱傳統(tǒng)的課本知識與市場需求的鴻溝，培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的微電子人才。

參考文獻：

[1]張興,黃如,劉曉彥.微電子學(xué)概論[M].北京:北京大學(xué)出版社,2000.

[2]劉恩科,朱秉升,羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社,

2008.

[3]陳國英.《半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)》課程教學(xué)的思考[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007,(6):56-57.

[4]王印月,趙猛.改革半導(dǎo)體課程教學(xué)融入研究性學(xué)習(xí)思想[J].高等理科教育,2003,(1):69-71.

[5]王陽元,張興.面向21世紀(jì)的微電子技術(shù)[J].世界科技研究與發(fā)展,

1999,(4):4-11.

篇4

關(guān)鍵詞 物理學(xué) 分析 前景

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A

Physics Professional Analysis

ZENG Daimin[1], LI Yong[2]

([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;

[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)

AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.

Key wordsPhysics; analyse; prospects

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動和相互作用的規(guī)律的科學(xué)，是除數(shù)學(xué)外最基本的一門學(xué)科。物理運動是自然界最普遍的一種現(xiàn)象，因此物理學(xué)研究的對象和內(nèi)容就是宇宙間各種物質(zhì)的性質(zhì)、存在狀態(tài)、各種物理運動形式及其轉(zhuǎn)化現(xiàn)象、物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成部分，物理領(lǐng)域的各種基本相互作用及其規(guī)律。由于一切物理現(xiàn)象都在時間、空間中表現(xiàn)出來和發(fā)生運動和轉(zhuǎn)化，所以物理學(xué)也要研究時間和空間的性質(zhì)、聯(lián)系等。 進行物理學(xué)研究，首先是觀察各種客觀物理現(xiàn)象，再從許多表象性的現(xiàn)象中，揭示基本規(guī)律，建立較為系統(tǒng)的理論。物理學(xué)研究除了要依靠好的科學(xué)方法外，還要取決于認(rèn)知工具。工具越先進，研究效率越高，成果越顯著。 物理學(xué)在發(fā)展過程中形成了一套完整的科學(xué)方法，它對其他學(xué)科的研究，乃至哲學(xué)發(fā)展，都有重要意義。①重慶大學(xué)物理學(xué)專業(yè)從2008年開始正式招生，到現(xiàn)在，第一屆學(xué)生即將進入大四。通過這幾年對物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，我們有一些體會，與同行共勉。

1 專業(yè)方向設(shè)置

1.1 理論物理方向

理論物理學(xué)從各類物理現(xiàn)象的普遍規(guī)律出發(fā)，運用數(shù)學(xué)理論和方法，系統(tǒng)深入的闡述有關(guān)概念，現(xiàn)象及其應(yīng)用。理論物理是從理論上探索自然界未知的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運動的基本規(guī)律的學(xué)科。理論物理的研究領(lǐng)域涉及物理學(xué)所有分支的基本理論問題。理論物理是在實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，以理論的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物質(zhì)運動的基本規(guī)律，從而解決學(xué)科本身和在高科技探索中提出的基本理論問題。重慶大學(xué)物理學(xué)院理論物理方向目前包括：高能物理、引力波、天體物理、量子信息與量子通信等幾個分支。

1.2 凝聚態(tài)物理方向

凝聚態(tài)物理學(xué)是從微觀角度出發(fā)，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)、動力學(xué)過程及其與宏觀物理性質(zhì)之間的聯(lián)系的一門學(xué)科。凝聚態(tài)物理是以固體物理為基礎(chǔ)的外向延拓。凝聚態(tài)物理的研究對象除晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體等固相物質(zhì)外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態(tài)和固態(tài)之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態(tài)金屬、電解液、玻璃、凝膠等。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，目前已形成了比固體物理學(xué)更廣泛更深入的理論體系。特別是上世紀(jì)八十年代以來，凝聚態(tài)物理學(xué)取得了巨大進展，研究對象日益擴展，更為復(fù)雜。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的固體物理各個分支如金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理和電介質(zhì)物理等的研究更深入，各分支之間的聯(lián)系更趨密切；另一方面許 多新的分支不斷涌現(xiàn)，如強關(guān)聯(lián)電子體系物理學(xué)、無序體系物理學(xué)、準(zhǔn)晶物理學(xué)、介觀物理與團簇物理等。從而使凝聚態(tài)物理學(xué)成為當(dāng)前物理學(xué)中最重要的分支學(xué)科之一。由于凝聚態(tài)物理的基礎(chǔ)性研究往往與實際的技術(shù)應(yīng)用有著緊密的聯(lián)系，凝聚態(tài)物理學(xué)的成果是一系列新技術(shù)、新材料和新器件，在當(dāng)今世界的高新科技領(lǐng)域起著關(guān)鍵性的不可替代的作用。

2 主干課程設(shè)置

重慶大學(xué)物理學(xué)專業(yè)的主干課程有力學(xué)：使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握力學(xué)基礎(chǔ)知識，且能比較靈活加以應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題與解決問題能力，初步培養(yǎng)學(xué)生的唯物主義世界觀。主要內(nèi)容有質(zhì)點運動學(xué)、牛頓運動定律、動量守恒定律和動量定理、功和能與碰撞問題、角動量、剛體力學(xué)、振動和波。熱學(xué)：使學(xué)生掌握物質(zhì)熱運動形態(tài)的規(guī)律性和熱運動與機械運動，電磁運動等其它基本運動形式之間轉(zhuǎn)化的規(guī)律性。掌握統(tǒng)計規(guī)律性和統(tǒng)計的方法以及物性方面的知識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。主要內(nèi)容有熱力學(xué)第零、第一、第二定律和熵、分子運動論、輸運過程、固體和液體及相變。電磁學(xué)：使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握電磁運動的基本現(xiàn)象、基本概念和基本規(guī)律，具有一定的分析和解決電磁問題的能力，為后繼課程奠定必要的基礎(chǔ)。主要內(nèi)容有靜電場、靜電場中導(dǎo)體和電介質(zhì)。穩(wěn)恒電流、穩(wěn)恒磁場、電磁感應(yīng)、磁介質(zhì)、交流電初步、麥克斯韋電磁理論和電磁波、電磁單位制。光學(xué)：使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握光學(xué)的基本知識，主要講授幾何光學(xué)、波動光學(xué)、量子光學(xué)初步和光學(xué)應(yīng)用。原子物理學(xué)：使學(xué)生掌握原子結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和一般規(guī)律，掌握和了解核的性質(zhì)與核能利用，了解粒子的基本性質(zhì)。講授盧瑟福模型、氫原子的玻爾理論、量子力學(xué)初步、原子的精細結(jié)構(gòu)、多電子原子、X射線、原子核物理概論。理論力學(xué)：使學(xué)生掌握力學(xué)的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生理性思維能力。講授質(zhì)點力學(xué)、質(zhì)點組力學(xué)、剛體力學(xué)、非慣性系動力學(xué)與分析力學(xué)等基本理論。熱力學(xué)與統(tǒng)計物理：使學(xué)生掌握物質(zhì)的熱運動規(guī)律及熱運動對物質(zhì)宏觀性質(zhì)的影響。講授熱力學(xué)的基本定律，熱力學(xué)函數(shù)、平衡及穩(wěn)定條件，相平衡及化學(xué)平衡，不可逆過程熱力學(xué)，最可幾統(tǒng)計法――玻爾茲曼分布、費米分布、玻色分布，氣體和固體的熱容量理論，金屬中的電子氣體、平衡輻射，系統(tǒng)理論，熱力學(xué)的統(tǒng)計表達式，非理想氣體態(tài)式，漲落理論，非平衡態(tài)統(tǒng)計物理簡介。電動力學(xué)：使學(xué)生掌握電磁場的基本屬性及運動規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的相互作用。講授電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律，靜電場和穩(wěn)定電流磁場，電磁波的傳播，電磁波的輻射，狹義相對論及帶電粒子和電磁場的相互作用。量子力學(xué)：了解微觀客體運動特點，初步掌握量子力學(xué)的基本原理和方法。課程內(nèi)容包括波函數(shù)、薛定鄂方程，量子力學(xué)中的力學(xué)量，態(tài)和表象理論，微擾理論等。固體物理：初步掌握固體物理的基本原理和特點。課程內(nèi)容包括晶體、晶體的缺陷和擴散、晶體振動、相圖、能帶論、金屬和半導(dǎo)體電子論、固體的磁性和介電性等。數(shù)學(xué)物理方法：掌握有關(guān)復(fù)變函數(shù)、復(fù)變函數(shù)的積分、冪級數(shù)展開、留數(shù)定理、傅里葉級數(shù)、積分變換、數(shù)學(xué)物理方程定解問題、分離變數(shù)法、二階常微分方程的級數(shù)解法、本征值問題、球函數(shù)、柱函數(shù)、格林函數(shù)、積分變換法等數(shù)學(xué)物理方法的基本知識。

3 培養(yǎng)規(guī)格及要求

通過四年的物理學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握數(shù)學(xué)的基本理論和基本方法，具有較高的數(shù)學(xué)修養(yǎng)；掌握堅實的、系統(tǒng)的物理學(xué)基礎(chǔ)理論及較廣泛的物理學(xué)基本知識和基本實驗方法，具有一定的基礎(chǔ)科學(xué)研究能力和應(yīng)用開發(fā)能力；了解相近專業(yè)的一般原理和知識；了解物理學(xué)發(fā)展的前沿和科學(xué)發(fā)展的總體趨勢；了解國家科學(xué)技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)等有關(guān)政策和法規(guī)；掌握資料查詢、文獻檢索及運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；具有一定的實驗設(shè)計，創(chuàng)造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結(jié)果，撰寫論文，參與學(xué)術(shù)交流的能力。具有計算機應(yīng)用的基本技能。較熟練地掌握一門外國語言，具有良好的聽、讀、寫作和會話能力，能夠較順利地閱讀本專業(yè)的外文資料。

4 學(xué)生就業(yè)前景分析

重慶大學(xué)物理學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具有寬厚扎實的物理學(xué)基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)優(yōu)秀，并且具有良好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和實驗技能，能在物理學(xué)或相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中從事科研、教學(xué)、技術(shù)和相關(guān)管理工作的高素質(zhì)專門人才；培養(yǎng)良好的創(chuàng)新意識和科學(xué)的思維方式，以及分析和解決實際問題的能力以適應(yīng)學(xué)科交叉和社會的各種需要。

物理學(xué)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要從事以下一些行業(yè)：（1）繼續(xù)物理方向的深造，成為一名物理學(xué)家、物理教師。（2）從事與物理相關(guān)的一些工作，如技術(shù)工程師、發(fā)明家、研究助理等。（3）與物理關(guān)系不大的一些行業(yè)，如公務(wù)員、管理人員等。就業(yè)領(lǐng)域主要是：科研院所、高等院校、企事業(yè)單位、政府機關(guān)等。

總之，重慶大學(xué)成立物理學(xué)專業(yè)的主要目的是發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng)真正熱愛物理的好苗子，讓他們打好基礎(chǔ)，再繼續(xù)深造，為物理學(xué)的發(fā)展做出貢獻。在學(xué)習(xí)的過程中，有部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)自己并不是很適合學(xué)物理，可以申請轉(zhuǎn)專業(yè)，找到適合自己發(fā)展的方向。最后留下來的絕大部分同學(xué)都會繼續(xù)讀研深造，向著他們心中神圣的物理殿堂繼續(xù)努力。實踐表明，物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生物理基礎(chǔ)打得非常堅實，為將來的繼續(xù)深造做好了準(zhǔn)備，即將畢業(yè)的學(xué)生將有部分保送到中國科學(xué)院及各大高校，其余的同學(xué)也成為了本校碩士生導(dǎo)師爭搶的對象。物理學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)是成功的，并且也已經(jīng)成為重慶大學(xué)的一個優(yōu)勢特色專業(yè)，它將為全國培養(yǎng)和輸送更多、更好的物理方面人才。

基金項目：重慶大學(xué)人才引進科研啟動基金（0903005104675）資助

篇5

一、物理化學(xué)課程在課程體系中的地位

物理化學(xué)在兩階段工科化學(xué)(化工類)課程體系中處于樞紐地位。第一階段由化學(xué)原理(基礎(chǔ)物理化學(xué))、無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)等課程組成?；瘜W(xué)原理作為理論教學(xué)內(nèi)容,在對中學(xué)化學(xué)知識總結(jié)提煉上升到理性認(rèn)識高度的基礎(chǔ)上,對后繼無機化學(xué)、有機化學(xué)作為應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容提供理論基礎(chǔ)。第二階段由物理化學(xué)加后繼專業(yè)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程、選修課程組成。物理化學(xué)作為理論教學(xué)內(nèi)容,既將先前所學(xué)無機化學(xué)、有機化學(xué)等知識從理性上加以認(rèn)識提高,又為后繼課程提供理論基礎(chǔ)。[2]在專業(yè)教育的范疇內(nèi),物理化學(xué)是工科,尤其是化工、冶金、輕工等各專業(yè)必備的化學(xué)理論基礎(chǔ),它銜接基礎(chǔ)理論和相關(guān)的專業(yè)課程,是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。

二、物理化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)提供應(yīng)用于所有化學(xué)以及相關(guān)領(lǐng)域的基本概念和原理,嚴(yán)格和詳細地闡釋化學(xué)中普適的核心概念,以數(shù)學(xué)模型提供定量的預(yù)測。因此,物理化學(xué)是分析化學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)和生物化學(xué)課程,以及其他相關(guān)前沿課題的概念的理論基礎(chǔ)?？傮w而言,物理化學(xué)理論課程可能涉及的教學(xué)內(nèi)容如下:[3]

1.熱力學(xué)與平衡

標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)(焓、熵、吉氏函數(shù)等)及其應(yīng)用。熵的微觀解釋?；瘜W(xué)勢在化學(xué)和相平衡中的應(yīng)用。非理想系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、活度、德拜-休克爾極限公式。吉布斯相律、相平衡、相圖。電化學(xué)池的熱力學(xué)。

2.氣體分子運動學(xué)說

麥克斯韋-玻耳茲曼分布。碰撞頻率、隙流速度。能量均分定律、熱容。傳遞過程、擴散系數(shù)、黏度。

3.化學(xué)動力學(xué)

反應(yīng)速率的微分和積分表達式。弛豫過程。微觀可逆性。反應(yīng)機理與速率方程。穩(wěn)定態(tài)近似。碰撞理論、絕對速率理論、過渡狀態(tài)理論。同位素效應(yīng)。分子反應(yīng)動力學(xué)含分子束、反應(yīng)軌跡和激光。

4.量子力學(xué)

薛定諤方程的假定和導(dǎo)出。算符和矩陣元素。勢箱中的粒子。簡諧振子。剛性轉(zhuǎn)子、角動量。氫原子、類氫離子波函數(shù)。自旋、保里原理。近似方法。氦原子。氫分子離子、氫分子、雙原子分子。LCAO方法。計算化學(xué)。量子化學(xué)應(yīng)用。

5.光譜

光-物質(zhì)相互作用、偶極選律。線型分子的轉(zhuǎn)動光譜。振動光譜。光譜項。原子和分子的電子光譜。磁共振譜。拉曼光譜、多光子選律。激光。

6.統(tǒng)計熱力學(xué)

系綜。配分函數(shù)表示的標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)。原子、剛性轉(zhuǎn)子、諧振子的配分函數(shù)。愛因斯坦晶體、德拜晶體。

7.跨學(xué)科的應(yīng)用

生物物理化學(xué)、材料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥學(xué)、大氣化學(xué)等。物理化學(xué)實驗課程培養(yǎng)學(xué)生用物理化學(xué)原理聯(lián)系定量模型與觀察到的化學(xué)現(xiàn)象的能力,深化學(xué)生對模型定性假設(shè)和局限的理解,鍛煉他們采用模型定量預(yù)測化學(xué)現(xiàn)象的基本技能。

學(xué)生應(yīng)能記錄正確的測量值,估算原始數(shù)據(jù)的誤差。學(xué)生需要理解電子儀器的原理和使用方法,操作現(xiàn)代儀器測量物理性質(zhì)和化學(xué)變化,積累用這些儀器解決實驗問題的經(jīng)驗。物理化學(xué)實驗應(yīng)含有結(jié)合若干實驗方法和理論概念的綜合實驗教學(xué)內(nèi)容。適用于工科化學(xué)(化工類)課程體系的物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容大體如下:

1.熱化學(xué)實驗

計算機聯(lián)用測定無機鹽溶解熱。計算機聯(lián)用測定有機物燃燒熱。溫度滴定法測定弱酸離解熱。差熱分析。

2.相平衡化學(xué)平衡實驗

不同外壓下液體沸點的測定。環(huán)己烷-乙醇恒壓氣液平衡相圖繪制。液-固平衡相圖繪制。凝固點下降法測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量。沸點升高法測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量。熱重分析。氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測定。

3.表面化學(xué)實驗

溶液表面張力測定。沉降法測定粒度分布。BET容量法測定固體比表面積。

4.化學(xué)動力學(xué)實驗

量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率系數(shù)。蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率系數(shù)測定。酯皂化反應(yīng)動力學(xué)。一氧化碳催化氧化反應(yīng)動力學(xué)。甲酸液相氧化反應(yīng)動力學(xué)方程式的建立?？扇細?氧氣-氮氣三元系爆炸極限的測定。計算機聯(lián)用研究BZ化學(xué)振蕩反應(yīng)。

5.電化學(xué)實驗

強電解質(zhì)溶液無限稀釋摩爾電導(dǎo)的測定。離子遷移數(shù)測定。原電池反應(yīng)電動勢及其溫度系數(shù)的測定。金屬鈍化曲線測定。

6.結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗

磁化率測定。分子介電常數(shù)和偶極矩的測定。

三、面向?qū)I(yè)的物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

當(dāng)然,一個工科類專業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)不可能也不必要包含上列的所有內(nèi)容。因此,各學(xué)科專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格,在已經(jīng)或即將公布的各學(xué)科專業(yè)的指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范中,制訂了包括物理化學(xué)在內(nèi)的化學(xué)課程教學(xué)基本內(nèi)容作為最低要求。如化學(xué)工程與工藝專業(yè)的規(guī)范(研究型)中規(guī)定:物理化學(xué)可分為兩部分,物理化學(xué)(I)主要內(nèi)容為化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)等,作為化工主干課的基礎(chǔ),應(yīng)注意與化工熱力學(xué)課程和化學(xué)反應(yīng)工程課程的銜接和分界(一些內(nèi)容可在化工熱力學(xué)課程和化學(xué)反應(yīng)工程課程中展開,以加強工程背景);物理化學(xué)(II)主要內(nèi)容為溶液理論、統(tǒng)計力學(xué)、量子力學(xué)等方面的概要以及近展等。各專業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)基本內(nèi)容充分體現(xiàn)了本專業(yè)的學(xué)科特點,是在保障人才培養(yǎng)質(zhì)量的前提下,兼顧國內(nèi)各相關(guān)學(xué)校的教學(xué)條件提出的基本要求。因此,它體現(xiàn)的是該專業(yè)人才的知識體系的共性。由于各校的學(xué)科背景和教學(xué)條件的優(yōu)勢不同,要培養(yǎng)具有特色的專業(yè)人才,需要在教學(xué)中研究如何在滿足各專業(yè)的教學(xué)基本內(nèi)容要求的基礎(chǔ)上開展物理化學(xué)教學(xué)。我們認(rèn)為在教學(xué)內(nèi)容建設(shè)中應(yīng)堅持貫徹下列原則,才能切實發(fā)揮物理化學(xué)這一門專業(yè)基礎(chǔ)課程的作用。[4]

1.承前啟后,發(fā)揮樞紐作用。了解授課對象的先修和后繼課程與物理化學(xué)的聯(lián)系,深化化學(xué)原理課程中的物理化學(xué)理論,介紹其在后繼專業(yè)課程中的應(yīng)用,以開闊視野并兼顧系統(tǒng)性和趣味性。

2.少而精和博而通。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容要突出重點,講深講透,體現(xiàn)學(xué)科框架;選擇介紹相關(guān)前沿的內(nèi)容以擴大知識面。

3.提倡內(nèi)容側(cè)重的多樣化。針對不同專業(yè)時要不拘一格,倡導(dǎo)內(nèi)容側(cè)重的多樣化;即便面對同一專業(yè),內(nèi)容側(cè)重亦應(yīng)有寬松的選擇余地。

4.體現(xiàn)工科特色,強調(diào)應(yīng)用性和實踐性。引入研究型實踐項目,使學(xué)生加深對理論的理解,提高應(yīng)用水平。

四、建設(shè)物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的措施

華東理工大學(xué)物理化學(xué)教研室在國家精品課程和國家級教學(xué)團隊建設(shè)過程中,以提高專業(yè)人才的教育質(zhì)量為目標(biāo),采取了一系列措施,提高物理化學(xué)課程的教學(xué)水平和質(zhì)量,促進相關(guān)專業(yè)的課程體系建設(shè)。

1.根據(jù)授課專業(yè)的先修、后繼課程,研讀相關(guān)教材,如化學(xué)工程與工藝專業(yè)的現(xiàn)代基礎(chǔ)化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、化工過程分析與合成教材,了解其改革動向和內(nèi)容變革,并且請有關(guān)學(xué)科的學(xué)術(shù)帶頭人做物理化學(xué)在學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用介紹的報告,提出教學(xué)內(nèi)容改革建議。這樣做的結(jié)果一方面可以避免教學(xué)內(nèi)容上不必要的重復(fù),另一方面可以合理地選擇教學(xué)內(nèi)容側(cè)重,實現(xiàn)化學(xué)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的合理銜接。

2.編寫教材和教學(xué)參考書,保障教學(xué)基本內(nèi)容的教學(xué)質(zhì)量,介紹物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展、在交叉領(lǐng)域的應(yīng)用;介紹溶液模型、線性自由能關(guān)系等半經(jīng)驗方法,以銜接后繼課程。近年來編寫或修訂出版了《物理化學(xué)參考》、《物理化學(xué)》(第五版)、《物理化學(xué)導(dǎo)讀》、《物理化學(xué)釋疑》、《物理化學(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)指南》。開展教學(xué)研討,提高教師隊伍的學(xué)識水平和在教學(xué)中貫徹少而精、博而通教學(xué)思想的能力。

3.制作相關(guān)前沿課題和理論應(yīng)用實例,如“正、負離子混合表面活性劑雙水相系統(tǒng)及其微觀結(jié)構(gòu)”、“溫室氣體CO2的捕集和封存(CCS)技術(shù)”、“復(fù)雜材料的微相平衡和結(jié)構(gòu)演化的數(shù)學(xué)模擬”、“離子液體的合成、性質(zhì)和應(yīng)用”等教學(xué)素材,進行教學(xué)資源的儲備。

4.由科學(xué)研究項目提煉研究型教學(xué)實驗,如“界面上聚乳酸PLA膜的結(jié)構(gòu)特性研究”、“生物柴油中脂肪酸甲酯的GC-MS測定”、“MCM-41介孔氧化硅材料的合成和表征”等;形成各類研究性課題,如“生物柴油的制備及性能檢測”、“Gem-ini表面活性劑連接基團對合成硅基介孔材料結(jié)構(gòu)的影響”等。

篇6

摘要：隨著分子理論研究的需要和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，一門模擬或仿真分子運動的微觀行為的科學(xué)-分子模擬應(yīng)運而生，并廣泛的應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域，成為理論研究的必修課，各大高校相關(guān)專業(yè)紛紛開設(shè)相應(yīng)課程。本文結(jié)合教學(xué)實踐，針對分子模擬課程教學(xué)中出現(xiàn)的問題，從教師素質(zhì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略等方面提供經(jīng)驗心得，旨在提高該課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：分子模擬 教學(xué)效果 教學(xué)策略

理論分析、實驗測定及模擬計算已成為現(xiàn)代科學(xué)研究的三種主要方法。分子模擬即是模擬計算方法中的一種，它是指利用理論方法與計算技術(shù)，模擬或仿真分子運動的微觀行為[1]。它廣泛的應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、材料等領(lǐng)域，小至單個化學(xué)分子，大至復(fù)雜生物體系或材料體系都可以是它用來研究的對象[1]。因而對科學(xué)與技術(shù)研究，尤其是基礎(chǔ)理論研究，是一門得力而又必備的工具。由于計算機科學(xué)和技術(shù)的飛速發(fā)展，分子模擬研究與預(yù)測的地位日漸突顯。在新材料的研究和開發(fā)中，采用分子模擬技術(shù)，從分子的微觀性質(zhì)推算及預(yù)測產(chǎn)品材料的介觀、宏觀性質(zhì)，已成為新興發(fā)展方向[2]。各大高校和研究機構(gòu)紛紛開設(shè)相應(yīng)課程。作為這個領(lǐng)域的教學(xué)者，面臨著特殊的挑戰(zhàn)，我們必須培養(yǎng)既具有艱深化學(xué)理論基礎(chǔ)又有較強數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、還要有很強計算機操作能力的學(xué)生，以滿足能運用理論分析，借助分子模擬軟件工具來對基礎(chǔ)理論研究進行分析和提供指導(dǎo)的要求。為了順應(yīng)課程教學(xué)發(fā)展的需要，筆者結(jié)合教學(xué)實踐，針對非分子模擬課程教學(xué)中出現(xiàn)的問題，提出幾點建議，旨在提高教學(xué)效果和質(zhì)量。

一、刻苦專研課程，打好扎實基礎(chǔ)

分子模擬技術(shù)涉及量子化學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、數(shù)值分析、數(shù)理統(tǒng)計、計算機科學(xué)等一系列非常難學(xué)的課程，此外它還集現(xiàn)代計算化學(xué)之大成，包括蒙特卡洛法、分子力學(xué)法、量子力學(xué)法及分子動態(tài)法，還有眾多的不同方向的應(yīng)用包含的學(xué)科[2]。知識范圍非常大，理論層次非常深，學(xué)習(xí)難度相當(dāng)大。對學(xué)習(xí)的人來說，是一個很大的挑戰(zhàn)。這就給老師提出特殊要求，首先老師要先自己學(xué)好這些課程，然后還要做到深入淺出，這樣才有可能去教學(xué)生，使學(xué)生能夠接受。而要達到更好的教學(xué)效果，老師必需刻苦專研課程，打好扎實基礎(chǔ)，打鐵先要自身硬，才能游刃有余。

二、緊跟學(xué)科前沿，豐富教學(xué)內(nèi)容

分子模擬的迅猛發(fā)展要求我們不斷學(xué)習(xí)新的理論和實踐知識，更新教學(xué)內(nèi)容以拓寬學(xué)生的視野。近年來分子模擬技術(shù)發(fā)展迅速并在多個學(xué)科領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2]。在化學(xué)領(lǐng)域，可用于研究表面催化及機理等；在藥物設(shè)計領(lǐng)域，可用于研究藥物、病毒的作用機理等；在生物科學(xué)領(lǐng)域，可用于預(yù)測蛋白質(zhì)的多級結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[3]；在材料學(xué)領(lǐng)域，可用于研究材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計等；在石油化工領(lǐng)域，可用于催化劑合成設(shè)計、結(jié)構(gòu)表征、擴散吸附等。此外，隨著研究水平的提高，相應(yīng)的新信息、新要求及網(wǎng)絡(luò)資源都在不斷更新，很多教材中的概念、講解實例都已經(jīng)不再是當(dāng)前最普遍、最實用的了，因此很多學(xué)生在查閱文獻時發(fā)現(xiàn)課堂所學(xué)的內(nèi)容與最新研究有出入，從而產(chǎn)生了迷茫和困惑。這就要求我們教師要緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，了解最新研究進展，及時更新并豐富教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)習(xí)的要求。

三、經(jīng)典案例操作，改善教學(xué)策略

分子模擬的很多基礎(chǔ)知識和理論非常抽象，老師在教學(xué)過程中一味推演復(fù)雜公式，學(xué)生學(xué)起來可能會非常乏味，也很難學(xué)好。分子模擬的工作可分為兩類：預(yù)測型和解釋型。預(yù)測型工作是對物質(zhì)或材料進行性能預(yù)測、對過程進行優(yōu)化篩選，進而為實驗提供可行性方案設(shè)計。解釋型工作即通過模擬解釋現(xiàn)象、建立理論、探討機理，從而為實驗奠定理論基礎(chǔ)。人們在從事這些工作的長期過程中，已積累了很多經(jīng)典案例，這為教學(xué)提供了很好的素材。而這些都是隨著計算機在科研中的應(yīng)用而發(fā)展起來的，是基礎(chǔ)科學(xué)與計算機科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。他們的工作，通常在計算機上借助分子模擬軟件工具實現(xiàn)，通?？芍貜?fù)操作演示[2，4]。因此在教學(xué)的過程中可先利用這些經(jīng)典案例，利用計算機進行演示，使學(xué)生先得到感性認(rèn)識，然后在此基礎(chǔ)再對所涉及的抽象知識和概念進行解釋，這樣可減少學(xué)習(xí)的難度，提高學(xué)生的興趣，達到好的教學(xué)效果。

上述是本人在分子模擬課程教學(xué)實踐的一些粗淺經(jīng)驗。分子模擬是一門較難學(xué)習(xí)的課程，但又是一門重要且處于快速發(fā)展中的交叉學(xué)科。教師要提高實際教學(xué)效果，必須降低學(xué)習(xí)過程的難度。而緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，完善知識體系，采用靈活多樣、切實有效地教學(xué)策略，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，進一步提高分子模擬教學(xué)質(zhì)量，還有很多方面有待探索。

參考文獻：

[1]陳敏伯. 計算化學(xué)-從理論化學(xué)到分子模擬 [M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2009.3.

[2]Frenkel，Smit著；汪文川等譯. 分子模擬-從算法到應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002. 9.

篇7

1983年出生，2006年獲南京大學(xué)物理系學(xué)士學(xué)位，隨后進入中國科學(xué)院理論物理研究所學(xué)習(xí)。2008年赴英國留學(xué)，進入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，在劍橋大學(xué)天文和宇宙學(xué)研究所攻讀博士學(xué)位。

如果，我們能夠找到一個可以描述宇宙起源的完整理論，它應(yīng)該可以被所有的人所理解和掌握，而不僅僅是這個領(lǐng)域的科學(xué)家。它也意味著，人類理性獲得的巨大成功，和人類透析上帝思考的偉大智慧。

――斯蒂芬?霍金《時間簡史》

浩渺的宇宙，總是激起人們無限的遐想與追問：宇宙從何而來，宇宙如何演化，宇宙將走向何方，在宇宙中我們是否是孤獨的人類？要找出這些神秘問題的答案，只能訴諸于復(fù)雜和抽象的物理理論，以及精確的實驗技術(shù)。當(dāng)我在燦爛的星空下仰望蒼穹，心中升起種種猜想和疑惑時，一條世界重大科技新聞，將我的目光和興趣聚焦到了天體物理學(xué)和宇宙學(xué)。

在南大確定研究方向

1998年，美國加州大學(xué)伯克利分校和約翰?霍普金斯大學(xué)的2個研究組，通過對超新星光度距離的研究，發(fā)現(xiàn)了宇宙暗能量的存在。通過分析，他們發(fā)現(xiàn)，距離太陽系遠處的超新星，正加速向我們離去。從1929年起，哈勃(Edwin Hubble)就告訴人們，遠處的星系正向我們退行，即宇宙在膨脹。然而由于萬有引力，物質(zhì)之間會不斷地吸引，以及塌縮。因此，人們認(rèn)為宇宙即使膨脹，也應(yīng)該減速膨脹。然而，1998年的發(fā)現(xiàn)卻徹底改變了人們的預(yù)期：星系正在加速向我們離去，宇宙在加速膨脹!

那么，是什么神秘的物質(zhì)驅(qū)動宇宙加速膨脹的呢？這便是舉世聞名的“暗能量問題”。

2002年，我進入南京大學(xué)學(xué)習(xí)。南大的學(xué)風(fēng)很好，較少受到社會上浮躁之風(fēng)的影響。上大學(xué)期間，物理系組織的針對本科生的報告，我基本上每一次都去。南大物理系的優(yōu)勢在于凝聚態(tài)物理和微電子物理（應(yīng)用物理），所以報告基本上都是圍繞這兩方面的內(nèi)容。但對于天體物理和基本粒子物理學(xué)方面的報告，卻非常少。

凝聚態(tài)物理的報告，比如納米科學(xué)、晶體生長、磁性材料等等，其實很有意思。坦率地說，我也學(xué)到了不少東西，但我總感覺這不是我想要研究的。直到2004年，一次報告將我的視野一下子打開了。這一年，美國宇航局和普林斯頓大學(xué)的WMAP衛(wèi)星實驗組，了該衛(wèi)星測量宇宙學(xué)基本常數(shù)的數(shù)據(jù)，確定了宇宙中暗能量占74%，暗物質(zhì)占22%，可見物質(zhì)只占4%。中國科學(xué)院理論物理研究所的李小源研究員和高能物理研究所的杜東生研究員作了一個“時間、空間、物質(zhì)和能量的科學(xué)”的報告，介紹了國際上這方面的前沿進展。他們將微觀世界的基本粒子和整個宇宙的演化相聯(lián)系，解釋當(dāng)今宇宙的星系、星系團結(jié)構(gòu)是如何和宇宙及早期的微觀世界的動力學(xué)相聯(lián)系的。那個晚上精彩的演講，我至今記憶猶新。

我于是便認(rèn)準(zhǔn)了我感興趣的領(lǐng)域。南京大學(xué)離紫金山天文臺（辦公樓在南京市的北京西路，觀測站在紫金山上）不遠，陸院士領(lǐng)導(dǎo)的天體物理研究組每周都有討論，我爭取每周都前往參加討論，雖然那時候?qū)τ钪嬷薪Y(jié)構(gòu)形成還不是很清楚，但對于暗物質(zhì)和暗能量問題已有一定的了解。

我決定在畢業(yè)以后去中國科學(xué)院理論物理研究所（以下簡稱“理論所”）去攻讀理論天體物理學(xué)研究生。讓我感到慶幸的是兩件事：（1）我在大學(xué)第四年期間，已經(jīng)把研究生的理論物理學(xué)課程全部跟班學(xué)習(xí)了一遍，并且參加了考試，其中有一門還得了滿分。這讓我在之后的研究過程中有了一定的基礎(chǔ)；（2）由于當(dāng)時成績還可以，我被保送進入理論所讀碩士研究生，這使得我有了大量的時間去研究和思考一些專業(yè)問題。如果沒被保送而需要參加統(tǒng)考的話，我會花費很多時間去準(zhǔn)備“考研”。我面試的時候，理論所在全國一共招收20名學(xué)生，如果我沒記錯，我當(dāng)時面試總成績是99分，排名第一。我后來見到了李淼教授（弦理論專家），我還跟他討論過一個面試時我遇到的量子力學(xué)的問題。

難忘中國科學(xué)院

我到了中科院理論所之后，并沒有直接進入暗物質(zhì)和暗能量的研究，而是花了很長的一段時間，學(xué)習(xí)廣義相對論的唯一性定理的知識。后來事實證明，這部分時間花得不是很值當(dāng)，因為該理論的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，沒有太多可以開拓的空間。我還在宇宙的擾動理論方面花了很多的時間，成效也不是很大。因為這些東西都已經(jīng)被人們非常好地發(fā)展起來了，可做的新東西不多。這時我開始逐漸地思考，以后的研究該怎樣定位，怎樣才能做一些有新意，比較獨特的研究。

暗能量的理論問題，人們尚未把它搞清楚，主要的原因是，人們對于真空能(Vacuum Energy)的本質(zhì)還不甚了解，不知道究竟是哪一種基本的量子場，或者是由某種時空幾何決定的。這其實是當(dāng)今國際理論物理學(xué)界的頭號難題。因此，在沒有基礎(chǔ)理論上取得根本進展的前提下，人們試圖去構(gòu)造一些唯象（即現(xiàn)象學(xué)上的解釋）上的模型，去解釋宇宙的加速膨脹。當(dāng)然，這些模型目前都只是唯象上的近似，并非已經(jīng)得到公認(rèn)的基礎(chǔ)理論。但是研究它們，對于天文觀測也是一種促進，因為你知道了不同的模型會有一些不一樣的宇宙觀測的預(yù)言，可以期待著在天文的一些觀測上得到驗證或排除。

我花了一段時間研究了全息暗能量，探討了它在觀測上的一些可能的預(yù)言，以及利用當(dāng)時最新的天文觀測數(shù)據(jù)（超新星、微波背景輻射等）去限制了這個模型，并且首先用統(tǒng)計學(xué)上的貝頁斯證據(jù)(Bayesian Evidence) 去計算了它與宇宙常熟模型的之差等等。后來，在美國洛杉磯2008年初舉辦的“暗物質(zhì)與暗能量”會議上，我應(yīng)邀報告了這方面的一些工作。

隨著研究的深入，我逐漸感覺到，要真正地探究這些宇宙中的神秘物質(zhì)，找到宇宙的起源與結(jié)構(gòu)形成的一些實驗上的關(guān)鍵證據(jù)，必須掌握豐富的天文觀測資料，并具備強大的數(shù)據(jù)分析方法。在這方面，國內(nèi)的研究實力很有限；應(yīng)該說，不僅是中國，整個亞洲在這方面的研究都非常薄弱；于是，當(dāng)2008年初我拿到一筆劍橋大學(xué)的獎學(xué)金時，我決定赴劍橋大學(xué)留學(xué)。

英國的留學(xué)生活

能來劍橋大學(xué)，實屬幸運。劍橋有一個研究實力很強的天文研究所（我現(xiàn)在所在的研究所），幾乎在相關(guān)的領(lǐng)域，研究所都有世界著名的科學(xué)家，比如唐納德?耶丹?貝爾（Donald Lyden-Bell）（星系、黑洞、廣義相對論）、馬丁?里斯（Martin Rees）(宇宙學(xué)、星系)、安德魯?費邊（Andrew Fabian）（X射線與黑洞）、羅伯?肯尼卡特（Rob Kennicutt）(恒星形成)，以及我后來的導(dǎo)師喬治?艾夫斯塔修（George Efstathiou）(宇宙學(xué))。就算是一些資歷較淺的研究員也相當(dāng)知名。另外，離研究所不遠，還有另外2個研究所：霍金的“理論宇宙學(xué)中心”，以相對論和宇宙弦(Cosmic String)的研究而出名；卡文迪許實驗室(Cavendish Laboratory)的天體物理研究組，以發(fā)現(xiàn)脈沖星和開創(chuàng)射電天文學(xué)而聞名。這些單位之間經(jīng)常會有一些討論。

這幾年天體物理學(xué)的研究方向，主要是宇宙微波背景的研究(Cosmic Microwave Background)，以及星系和星系團等宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成的研究。為什么人們要研究這些東西呢？主要的原因在于，人們試圖去了解宇宙中結(jié)構(gòu)的形成，即我們所觀察到的星系團、星系、恒星系統(tǒng)，究竟是如何演化來的，即動力學(xué)上是如何形成的。因此，要想回答這個問題，有兩個要素是必須要了解的：星系和恒星體統(tǒng)形成的初條件是如何，以及動力學(xué)方程是怎樣的？而宇宙之所以復(fù)雜，就是在于動力學(xué)上，有一些很復(fù)雜的、尚未被科學(xué)家搞清楚的物理學(xué)過程（比如重子物質(zhì)如何與暗物質(zhì)發(fā)生相互作用等等），這會給研究結(jié)構(gòu)形成的動力學(xué)帶來很多的不確定性。人們所采取的辦法主要有2個：一是觀測上要掌握大量的實驗資料，尤其是對不同種的星系和恒星系統(tǒng)的資料都要掌握；另外，在理論上，通過數(shù)值模擬，可以計算那些不同的微觀機制(比如上面提到的相互作用)，究竟會對最后形成的星系和恒星系統(tǒng)有多大的影響，從而通過與觀測對比，確定下來可能的機制。在攻讀博士學(xué)位階段，我的一些對星系的速度場的研究，主要遵循的是這個思路。

另外，對于結(jié)構(gòu)形成初條件的觀測，也是非常的重要，因為這方面的觀測量，會直接影響到對早期宇宙初條件的限制。它所發(fā)生的物理學(xué)過程是這樣的：宇宙在極早期由于量子效應(yīng)會產(chǎn)生一些時空上的量子漲落，而這些漲落經(jīng)過宇宙的演化會“進化”為宇宙中不同物質(zhì)密度的漲落（比如光子、可見物質(zhì)，以及暗物質(zhì)等等）。那么通過對于這些物質(zhì)漲落能譜的觀測，我們就可以推測在宇宙的極早期，究竟是哪些量子效應(yīng)在起作用，從而對宇宙的起源問題給出一些有意義的啟示。這對于理論物理學(xué)家會是非常感興趣的內(nèi)容，因為理論物理學(xué)面臨的最大問題，即“大統(tǒng)一”問題（Grand Unification Theory），就是要去尋找能夠統(tǒng)一電磁力、弱相互作用、強相互作用力，以及引力的基本理論，而這種理論描述能量極高的物理，而通常的地面的加速器提供不了這么高的能量。但現(xiàn)在天文學(xué)家和宇宙學(xué)家卻有可能在宇宙中，找到驗證這些理論的辦法，這當(dāng)然是非常重要的研究方法。沿著這條線，我也持續(xù)在做一些研究工作。

由于衛(wèi)星、地面望遠鏡等天文觀測手段的不斷加強，有一些領(lǐng)域不斷地受到人們的重視，因為它們有可能在未來提供一些解答難題的關(guān)鍵性的實驗證據(jù)，比如：

1.再電離（Reionization）：宇宙中的原初星系是如何形成的。

2.引力波（Gravitational Waves）：驗證廣義相對論，尋找引力在早期宇宙的效應(yīng)。

3.太陽系外行星問題（Extra-solar Planet）：太陽系外的行星，它們的環(huán)境如何，有沒有生命的存在等等。

這些問題，每一個都很宏大，都不是人們在幾年內(nèi)就能夠輕易弄明白的，因為其中任何一個問題如果能夠被觀測到，都意味著天文學(xué)領(lǐng)域的重大突破。因此我認(rèn)為，我們應(yīng)該時刻思考著宏偉的物理圖像，并且時刻注意這方面的觀測和實驗上的突破與新的證據(jù)，以及理論方面的進展。

我時常在想，怎么樣才能真正地認(rèn)識大自然，了解大自然。我逐漸找到了一條方法論，就是去認(rèn)識大自然的結(jié)構(gòu)，認(rèn)識大自然的動力學(xué)過程。浩渺的星空，就給了我們無窮無盡的探索的空間，給了人們以“重新發(fā)現(xiàn)”大自然的機會。從這個意義上來說，天文學(xué)是一門有著無窮寶藏的的學(xué)科，而人類就像是在撿著貝殼的孩子，去試圖勾勒一片大海的美麗圖景。

篇8

這其中的根本原因在于，傳統(tǒng)理論物理教學(xué)偏重“純”理論講解和公式推導(dǎo)，常使學(xué)生感到枯燥無味，甚至存在“用處不大”、“無任何實用性”等誤解，因此理論物理被師生公認(rèn)為“難學(xué)也難教”，總體教學(xué)效果相對不甚如意，這也是其它理工類的理論課面臨的問題。但不能把理論物理教學(xué)的這種困境完全歸因于其本身的抽象和深奧等客觀因素，實際在教學(xué)思想和教學(xué)方法等主觀因素上，目前仍存在不少弊端。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前理論物理教學(xué)模式普遍單一，大都采用灌輸式的傳統(tǒng)教學(xué)，注重理論推導(dǎo)，這雖適宜傳授知識，但缺乏教學(xué)應(yīng)有的直觀性和啟發(fā)性，并鮮能涉及前沿領(lǐng)域，知識面窄，與實際脫節(jié)，不重能力培養(yǎng)，束縛了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與個性發(fā)展。

放眼到國外，我們也不難發(fā)現(xiàn)，最近三、四十年國外理論物理教學(xué)的變化和發(fā)展相當(dāng)驚人，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1.教材出發(fā)點顯著提高，深度和難點都遠超我國現(xiàn)有教材；2.教學(xué)內(nèi)容涉及范圍更為廣泛，包含許多與科研、生產(chǎn)和生活密切聯(lián)系的知識內(nèi)容，使人耳目一新；3.真正實現(xiàn)“精講多練”，對基本概念和基礎(chǔ)理論只作簡要介紹，而以大量經(jīng)過詳細分析和解答并與實際密切聯(lián)系的例題作為主線，不僅大大開闊了學(xué)生的眼界和思路，并且還為培養(yǎng)學(xué)生進行獨立思考和獨立解決問題的能力進行了富有成效的示范；4.部分習(xí)題要求學(xué)生利用計算機求解，使學(xué)生的計算機知識和編程能力經(jīng)受考驗并有實際用武之地。

以上這些都是我國現(xiàn)行的理論物理教學(xué)所無法比擬的。由于受傳統(tǒng)教學(xué)大綱和學(xué)時數(shù)的限制，國內(nèi)高校的理論物理各門課程往往只能在搭起基本理論框架后就已接近尾聲，應(yīng)用內(nèi)容相當(dāng)貧乏或干脆沒有，至于介紹物理學(xué)最新成就更是“鳳毛麟角”，至多也只能點到為止，絲毫體現(xiàn)不出理論物理在培養(yǎng)科學(xué)思維方法和解決實際問題的威力所在。因此，絕大多數(shù)學(xué)生反映不僅學(xué)起來十分費勁，并且學(xué)完了也不知道究竟有何用處。

如何使學(xué)生不要忽略理論物理的基礎(chǔ)性和重要性，即如何將“理論”物理的“應(yīng)用”性價值充分體現(xiàn)，是“知行合一”的物理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)所要求的。因此，理論物理教學(xué)需改革舊的教學(xué)模式，探索一條克服弊端、走出困境的新路。就大學(xué)本科階段的物理教學(xué)而言，實驗是最能體現(xiàn)理論和實踐相結(jié)合的，也是培養(yǎng)學(xué)生實驗動手能力和創(chuàng)新能力的最重要環(huán)節(jié)。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國很多高校中實驗與理論授課結(jié)合不緊密，實驗的輔助作用沒有得到有效發(fā)揮，西方科技發(fā)達國家則非常重視物理實驗教學(xué)和研究問題的方法。科學(xué)素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，因此，將物理實驗教學(xué)與理論教學(xué)兩個相對獨立的教學(xué)體系有機結(jié)合，是目前教學(xué)改革的重點和時代的必然要求。

在近幾年的教學(xué)實踐中，筆者及其課程組成員積極嘗試，將形式靈活多樣的實驗與實踐環(huán)節(jié)引入到電動力學(xué)、理論力學(xué)等系列理論物理課程，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，初步摸索出一條針對“純”理論物理課程教學(xué)的新路子。例如針對電動力學(xué)，目前絕大多數(shù)院校的電動力學(xué)仍采取純粹的理論講授形式，我們則大膽地在理論教學(xué)之外引入了實驗教學(xué)，在近代物理實驗中精心挑選了4個與課程理論內(nèi)容結(jié)合緊密、同時具有科學(xué)前沿性與應(yīng)用廣泛性的實驗：高溫超導(dǎo)材料電溫特性測試、微波的傳輸特性和基本測量、微波分光、光拍法光速測量實驗等，供光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生選做，實驗成績計入平時成績。該措施得到了學(xué)生的普遍贊譽和積極響應(yīng)，使他們在理論之外得到實踐鍛煉，加深了對理論的理解，提高了思考和解決問題的能力。在實驗中還鼓勵學(xué)生以已有儀器為基礎(chǔ)進行實驗創(chuàng)新。例如，在微波分光儀上，學(xué)生利用自制的模具，做了二維物體的微波衍射效應(yīng)實驗，加深了對相關(guān)基本理論的理解，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的意識和實踐動手能力。

此外，課程組教師還有意識地引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、記錄與課堂知識有關(guān)的問題或疑點，鼓勵他們對這些問題進行討論。同時教師也在課堂上主動加入一些小課題，這些課題不一定要有重大意義或科學(xué)價值（如課本上未加詳細討論的內(nèi)容），也不一定非要學(xué)生如搞科研般埋頭苦鉆。一般學(xué)生只要能嘗試寫出研究性或綜述性報告，就能達到培養(yǎng)基本科研素質(zhì)，提高思維方法的教育目的。而對于那些肯鉆研的學(xué)生，則可根據(jù)其特點，鼓勵其參與教師的科研活動。一旦學(xué)生經(jīng)過自己的鉆研獲得成功，就會得到身心的愉悅。

上述工作不但需要學(xué)生掌握好相關(guān)的課內(nèi)知識點，而且需要查閱大量課外資料和文獻，從而達到了培養(yǎng)學(xué)生科研能力的目的。經(jīng)近幾年的實踐，上述措施效果顯著。

總之，在針對如何有效地改革理論物理系列課程的教學(xué)模式這一問題上，廣大物理教師應(yīng)積極思考和探索，嘗試將開放的、研究性的實驗與實踐環(huán)節(jié)靈活引入教學(xué)，使學(xué)生在有限時間內(nèi)能更有效地接受知識，幫助其真正理解理論物理的“美”和“應(yīng)用性”，并力圖與學(xué)生的專業(yè)知識相結(jié)合，激發(fā)其學(xué)習(xí)動機和興趣，大大提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力，為最終培養(yǎng)成為有知識、有能力、適應(yīng)社會發(fā)展需要的應(yīng)用型大學(xué)本科人才而打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻:

篇9

關(guān)鍵詞：化工專業(yè)；無機化學(xué)；教學(xué)改革

無機化學(xué)是化工專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課[ 1]。我們的授課對象是剛剛進入大學(xué)的朝氣蓬勃的大學(xué)新生。本課程立足于學(xué)生有著深刻印象的中學(xué)化學(xué)知識基礎(chǔ)，教學(xué)時間涵蓋兩學(xué)期[ 2] ，64學(xué)時涉及廣泛的內(nèi)容，既有基礎(chǔ)理論部分，又有涵蓋重要化合物組成，結(jié)構(gòu)，代表性規(guī)律的元素部分[ 3] 。因此，課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果顯得尤為重要，它直接影響大學(xué)生對專業(yè)的看法及學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)方法和能力的培養(yǎng)，還為后續(xù)相關(guān)課程打下良好的基礎(chǔ)。

近年來，隨著高校教育改革的深化，我們結(jié)合學(xué)生的情況和化工專業(yè)的特點在教學(xué)理念和教學(xué)形式上進行了一系列探索和改進，有效提升了教學(xué)質(zhì)量，建立了和諧的師生關(guān)系?，F(xiàn)從以下幾個方面來簡要闡述。

一、精選基本教學(xué)內(nèi)容

如上所述，無機化學(xué)的內(nèi)容包含基本原理和元素化學(xué)兩部分。本課程是新生接觸到的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要充分考慮到學(xué)生對新知識的渴求和已有的基礎(chǔ)知識，避免內(nèi)容龐雜。所以，我們對教材內(nèi)容進行了歸納和充實，對于中學(xué)化學(xué)里講述過的知識，例如化學(xué)平衡的特征、溶液的酸堿性的表征、氧化還原反應(yīng)等基本化學(xué)原理的定性部分只做大概回顧，在本課程里著重討論他們的定量計算；而對于配合物的分步解離平衡、化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)等內(nèi)容在后續(xù)分析化學(xué)和物理化學(xué)課程中會詳述，在無機化學(xué)中則以定性講述為主。我們將教學(xué)基本內(nèi)容概括為以溶液（電解質(zhì)溶液，緩沖溶液）為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)）為主線，平衡（酸堿平衡、化學(xué)平衡、沉淀―溶解平衡、氧化還原平衡）為重點，分區(qū)（s區(qū)，p區(qū)，d區(qū)，ds區(qū)）講述，重點分明，條理清楚。特別是元素?zé)o機化學(xué)部分，具有“內(nèi)容豐富、體系繁雜、歷史悠久”的特點[ 4] ，講好和學(xué)好元素化學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和獨立創(chuàng)新的能力至關(guān)重要。

在備課的過程中，教師也在反復(fù)研究教材、查閱資料、精選內(nèi)容，這樣才能做到高屋建瓴，視野開闊。如果講課過程中始終局限于課本，只會把課上得枯燥乏味，不能激發(fā)學(xué)生的興趣，因此，在授課內(nèi)容中要注意引進補充內(nèi)容，增加例題，使教學(xué)內(nèi)容以課本為主又高于課本，體現(xiàn)教師的水平和特色。同時，某些知識點也應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點和學(xué)生實際適當(dāng)進行調(diào)整。例如，在講述碳族元素的時候可以給化工專業(yè)的學(xué)生增加煤化工的基本知識為他們的后續(xù)課程做鋪墊，主族元素的性質(zhì)遞變可以要求學(xué)生通過查閱資料自己總結(jié)。

二、有針對性地強化教學(xué)重難點 無機化學(xué)課程內(nèi)容多，學(xué)時少，不可能使學(xué)生牢記所有物質(zhì)的性質(zhì)和代表性反應(yīng)。因此，教學(xué)中我們盡量突出重點即基本原理的闡述，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。這樣即使到高年級，學(xué)生遺忘了本課程的具體內(nèi)容，解決問題的方法和能力也能受用終身。教學(xué)的難點包括抽象難懂的內(nèi)容和容易出錯的地方。

例如，核外電子的運動狀態(tài)是歷屆學(xué)生公認(rèn)的難點。我們在教學(xué)中從回顧電子的波粒二象性開始引進薛定諤方程，結(jié)合傳統(tǒng)的軌道含義和學(xué)生在高中了解的電子云引進量子力學(xué)中電子的運動狀態(tài)。對相關(guān)的4個量子數(shù)的取值和應(yīng)用增加大量示例，并形象地和學(xué)生所在寢室結(jié)合分析，層層深入，使學(xué)生建立核外電子運動狀態(tài)的正確概念。而配位化合物的計算這樣容易出錯的地方，我們會預(yù)先給出錯誤的實例，加深學(xué)生印象，有助于內(nèi)容的強化記憶。實踐證明：有針對性地攻破難點、突出重點取得了很好的教學(xué)效果。

三、因材施教，適當(dāng)引申，注重激發(fā)學(xué)生興趣 不可否認(rèn)，學(xué)生的基礎(chǔ)、能力和知識的掌握程度有著很大的差異。所以我們也注重了教學(xué)過程中的針對性特點。對優(yōu)生、學(xué)困生、中等生做到心中有數(shù)，充分考慮到他們在接受知識和技能時方式和速度的不同，在教學(xué)過程中因材施教，激發(fā)學(xué)生的興趣和自信心，達到理想的教學(xué)效果。

同時，在元素?zé)o機化學(xué)的教學(xué)過程中，要充分考慮到學(xué)生對知識的渴求，采取適當(dāng)變革的態(tài)度在教學(xué)內(nèi)容上創(chuàng)新，適當(dāng)?shù)丶尤氍F(xiàn)代化學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)或教師的科研項目，開闊學(xué)生的眼界，啟迪思維，避免死記硬背。通過改進教學(xué)方法，學(xué)生對自然界存在的元素及主要化合物的性質(zhì)及反應(yīng)規(guī)律有了一個總體了解，也了解了一些在當(dāng)今環(huán)境、能源、生命、材料等領(lǐng)域中采用的新技術(shù)，新方法和新材料。

例如，在講配合物的應(yīng)用時從人體血紅蛋白結(jié)構(gòu)入手，衍生出與配合物密切相關(guān)的生物無機化學(xué)的發(fā)展、人造血液、人體微量元素、抗癌藥物及機理；在碳族元素中加入溫室效應(yīng)、全球氣候變暖及鉆石的相關(guān)知識；在硼族元素中加入各種寶石的圖片及鉈元素的中毒示例等。從學(xué)生渴望求知的眼神中可以看出他們很接受這些新的“窗口”，通過這些知識與公式原理的相互滲透，使課堂教學(xué)變得生機勃勃、面目一新，并為學(xué)生在今后專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和工作中的“臨窗遠眺”乃至“破窗而出”打了一個很好的基礎(chǔ)。

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關(guān)鍵詞：多媒體；物理教學(xué)；高中

一、引言

隨著科技的發(fā)展，教學(xué)的過程也不再因循守舊。將現(xiàn)代科技應(yīng)用到傳統(tǒng)教學(xué)過程，是對原有教學(xué)模式的改革，能夠提高教學(xué)效率。包括高中物理在內(nèi)，高中大多數(shù)學(xué)科在不同程度上都利用了多媒體教學(xué)技術(shù)，從而解決了困擾教育界的許多問題。在物理教學(xué)中，多媒體可以實現(xiàn)各種實驗的演示，還能對預(yù)期實驗結(jié)果進行模擬，并且分析實驗數(shù)據(jù)，這一系列的優(yōu)點，將物理過程與物理原理以更為有效和直觀的方法展現(xiàn)給高中生。

二、應(yīng)用案例———多媒體教學(xué)

《法拉第電磁感應(yīng)定律》人教版物理教材選修3－2中的第四章第4節(jié)中，“法拉第電磁感應(yīng)定律”是電磁學(xué)最為基礎(chǔ)和重要的內(nèi)容，它巧妙地將電、磁間的相感應(yīng)聯(lián)系起來，在物理學(xué)中同“牛頓三大運動定律”一樣重要。因此，讓學(xué)生能夠充分地掌握這節(jié)課的內(nèi)容對于今后電磁學(xué)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。但是電磁感應(yīng)非常抽象，又是一個動態(tài)變化過程，僅僅依靠圖片和文字講解無法使學(xué)生有效掌握相關(guān)知識。多媒體課件的應(yīng)用，形象而又準(zhǔn)確地將電磁感應(yīng)定律展現(xiàn)給學(xué)生，能夠收到比較好的教學(xué)效果。本節(jié)多媒體課程教學(xué)是在學(xué)生已經(jīng)了解了一些電磁感應(yīng)基礎(chǔ)理論知識的前提下展開的，這節(jié)課要讓學(xué)生全面掌握電磁感應(yīng)規(guī)律，通過教師的組織和幫助，在多媒體課件的輔助下讓學(xué)生主動參與，自己去發(fā)現(xiàn)問題，尋找方法解決問題，最終理解知識。第一步是教師將PPT上的電路圖播放給學(xué)生，如圖1所示：讓學(xué)生觀察兩個電路存在的不同，通過對比了解感應(yīng)出的電流產(chǎn)生的條件，尋找感應(yīng)電動勢同磁通量之間的關(guān)系。再進行相應(yīng)的理論講解，引出感應(yīng)電動勢的變化同磁通量的變化快慢之間關(guān)系的問題。以動畫的形式演示給學(xué)生，使學(xué)生有直觀的感受，如圖2所示。觀察完現(xiàn)象后，讓學(xué)生分成小組展開探討，試著對所發(fā)現(xiàn)的問題進行解答。讓學(xué)生知道電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于感應(yīng)電流的產(chǎn)生，即產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)的幅度與感應(yīng)電動勢大小對應(yīng)。以及，插入線圈的速度越快就能使指針產(chǎn)生越明顯的變化，就能產(chǎn)生越大的感應(yīng)電動勢。最后在教師的幫助下得出以下結(jié)論，并將結(jié)論使用多媒體展示給學(xué)生。讓高中生利用觀察到的實驗現(xiàn)象展開思考，在小組討論中，尋找出E和Δφ之間的關(guān)系，再使用類比的方法展開猜想。最后進行總結(jié)，得出結(jié)論。課后布置例題：在如圖所示的閉合電路中，導(dǎo)體ab在勻強磁場B中，ab長度已知，以勻速切割磁感線，求感應(yīng)電動勢。通過多媒體教學(xué)，能夠化抽象為形象，使學(xué)生學(xué)習(xí)艱澀難懂的物理知識過程中充滿樂趣，能夠提高課堂效率。

三、應(yīng)用案例———《核裂變》多媒體教學(xué)

教學(xué)過程中可以先給學(xué)生利用多媒體播放《核裂變過程》的視頻，讓學(xué)生能夠“看”到反應(yīng)發(fā)生的過程。讓學(xué)生結(jié)合核裂變的動畫和比結(jié)合能的圖片，思考有什么特點的原子核可以發(fā)生裂變反應(yīng)。然后通過課堂討論，總結(jié)核裂變的特點，如圖3所示。然后以視頻的方式講述中國物理學(xué)家錢三強與何澤慧對三分裂和四分裂現(xiàn)象的研究過程。這樣能將高中物理涉及的最難的量子力學(xué)部分的核裂變課程講得非常生動，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣。視頻播放后，老師開始講解比結(jié)合能的理論知識，使用比結(jié)合能來引出重核裂變的反應(yīng)過程，既復(fù)習(xí)了前一節(jié)知識又串聯(lián)起來本次課程。

四、總結(jié)

多媒體技術(shù)在高中物理教學(xué)中廣泛使用是教育與現(xiàn)代科技的完美結(jié)合，能夠有效改善以往枯燥乏味的物理課堂學(xué)習(xí)活動，使物理教學(xué)方式更為多樣化，能夠給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來許多樂趣，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變被動為主動。

參考文獻：

［1］沙文霞．多媒體技術(shù)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．無線互聯(lián)科技，2015，（21）：98－99．