量子力学基础理论精选(九篇)

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第1篇：量子力学基础理论范文

物理学专业可分为“纵向深入”和“横向扩张”两方向。“纵向深入”是向更微观和更高速领域的深入探索，获得描述新的领域最核心的物理模型。“横向扩张”是在“纵向深入”中得到的每一个区域的核心物理模型基础上，应用该模型来探索和解决该领域每一个更具体和更复杂的问题，伸向更精细的世界。

纵向世界

下图是目前物理学的四个“基本理论”所统治的区域，它是一个普遍的力学系统，用一个数学模型来描述物质、时间和空间，以及他们之间的关系。这四个“基本理论”是人类几百年来“纵向深入”所得到的四个核心物理模型。

一、经典力学（Classical Mechanics）

图中左下区域是“宏观低速”区域，称为经典力学（Classical Mechanics）领域，即最早的牛顿力学及其后续发展的拉格朗日力学，哈密顿力学等。在中学物理课程中主要涉及的部分是牛顿力学。这里基本的数学模型是：空间是最简单的欧几里得几何的三维空间，时间是另外一个和空间维完全无关的维度。物质是质点，或者是有限体积的质点集合（刚体，流体），或者是遍布全空间无限体积的质点集合（场，如电磁场）。质点在空间中的运动符合伽利略变换。

这个领域孕育了第一次工业革命和第二次工业革命。它的“纵向深入”突破点是麦克斯韦的电动力学，并由此导致量子力学和相对论力学领域的出现。

二、相对论力学（Relativistic Mechanics）

图中的右下区域是纵向深入到“宏观高速”的区域，即爱因斯坦的相对论力学（Relativistic Mechanics）领域。

这里基本的数学模型是：狭义相对论（Special Relativity）时空是闵可夫斯基四维时空，即一维时间和三维空间由光速不变原理紧密联系，组成一个平直的四维时空背景。广义相对论（General Relativity）的时空是黎曼时空，即一个弯曲的四维时空。相对论力学里物质依然是经典力学里的质点、体或场，但是它会直接影响时空背景。质点在四维时空中的运动符合洛仑兹变换。

这个模型揭示了时间和空间不再是经典力学中和物质运动独立无关的背景，而是与物质的质量、能量和运动紧密联系。

三、量子力学（Quantum Mechanics）

图中左上区域是纵向深入到“微观低速”的区域，即量子力学（Quantum Mechanics）的地盘。它的建立以普朗克、爱因斯坦、波尔、德布罗意等物理学家的工作为先导，以海森堡、薛定谔、狄拉克、泡利等物理学家的工作为主体。

这里基本的数学模型是：时空还是经典力学中欧几里得的三维空间加上独立的一维时间，物质运动还是符合伽利略变换，但物质本身却不再是质点或者质点的集合，而是分布在全空间的波函数。一切物理量的取值都要靠它与波函数在全空间的积分才能得到。

这个模型揭示了真实的微观物质不是只具备粒子性的质点，而是同时具有波动性，即分布在全空间的波。

这个领域是现代物理学最大的领域，它孕育了20世纪后半叶的高新技术产业革命，使人类全面步入信息时代。

四、量子场论（Quantum Field Theory）

图中右上区域便纵向深入到“微观高速”区域，即量子场论（Quantum Field Theory）领域。它是量子力学和狭义相对论的结合。从量子力学的几位创始人到标准模型的建立者，诸多20世纪物理学家们的工作完成了这个建立过程，其中包括杨振宁教授和李政道教授的贡献。

这里基本的数学模型是：物质的基本粒子是分布在完全的闵可夫斯基四维时空的波动场的激发态，场的基态是能量不为零的真空态。一个基本粒子的出现和消失（产生和湮灭）是它的场在该模式上的跃迁。场用量子化的拉格朗日密度来描述。

这个模型揭示了真实的物质不仅是量子力学中分布在全空间的波，还和狭义相对论中的时空背景紧密相连。

从各个区域所建立起来的基本数学模型来看，量子场论区域是目前描述自然界最精确的模型，量子力学区域是描述自然界的低速近似，相对论力学区域是描述自然界的宏观近似，经典力学是描述自然界的宏观低速近似（显然关系已经不大了）。

在这我们只能用“近似”两个字，因为人类在了解和认识自然界的过程中是一个不断深入的渐进的认识过程，一个不断积累的认识过程，这个过程将永远不断地有新的发现，就像我们观赏大自然的美景一样，没有终极，越看越美丽，越看越新奇。

横向世界

一、经典力学（Classical Mechanics）

经典力学模型应用到具体的物质运动形式上就可建立刚体力学、流体力学、声学，以及经典的光学、电学、热力学、磁学等学科。现在的物理学家已经很少涉及这个领域，因为在这个领域里基本的模型早已建立完毕并经受住了时间的考验，物理学家也早已把这个地盘交到工程师的手上了，研究的主流变成是对这些规律的应用，这个领域与人类日常生活关系最近。

对于有志于从事机械、建筑、汽车、航天、热能动力等专业的学子来说，牛顿力学和热力学等是必须要掌握的物理基础，这些物理基础引发了人类第一次工业革命。对于有志于从事电力、通讯、电子工程等专业的学子来说，经典电磁学和电动力学是必须要掌握的物理基础，这些基础引发了人类第二次工业革命。

学好这些基础，能让你轻快地进入到这些实用的领域中发展。

二、相对论力学（Relativistic Mechanics）

相对论力学模型应用到具体的物质运动形式上就可建立天体物理学、宇宙学等学科方向，研究宇宙大尺度物理现象，如引力等，从业人数在物理学界占较小的部分。

对于有志于研究天文学和恒星、地外行星、黑洞等各种天体以及宇宙奥秘的学子来说，这个领域便是其归宿。这个领域的实验主要以望远镜观测为主。相对论力学领域是人类认识宇宙和了解宇宙的最前沿，它是人类了解太空的一扇窗口，但是离人类日常生活较远。工作单位一般是各个天文台、大型的地面观测站和太空观测站等科研部门。

三、量子力学（Quantum Mechanics）

量子力学模型应用到具体的物质运动形式上就可建立原子物理学、分子物理学、量子光学、量子电子学，以及凝聚态物理学等学科。物理学家中在这个领域的人数最多，仅凝聚态物理专业的人数就要占所有物理学家的三分之一以上，是物理学最大的分支。保守估计以量子力学为基础理论的这个区域中的物理学家人数应该超过所有物理学家总人数的一半。近十年的诺贝尔物理学奖有6次颁给了这个领域的科学家。

这个领域的特点是基础理论模型完善，计算方便。实验规模小，可在实验室桌面上进行。理论和实验课题数量多且分散，而且作为研究物质结构的基础领域，和化学与生物学等其他学科联系紧密，因此它横向扩张的速度最快，成果也远多于物理学其他三个区域。

这个领域孕育了20世纪的现代科技革命，如半导体元件的发明、激光器的诞生、磁存储介质、液晶，以及最热门的纳米材料、超导体等都是拜他它所赐。因此这个领域不但适合想从事物理研究的学子加入，而且也适合想从事微电子学、纳米材料、量子信息技术等新兴专业的学子们学习。

四、量子场论（Quantum Field Theory）

量子场论模型应用到具体的物质运动形式上建立了量子电动力学（QED），电弱统一理论，量子色动力学（QCD）等理论，作为粒子物理（高能物理）的基础理论，同时研究基本粒子的束缚态如重子、介子和原子核结构等。这个领域是向物质奥秘探索的最前沿，基本理论内容最深奥、计算难度大，但是横向扩张的工作很多。实验需要在大型的粒子加速器上进行，规模庞大，课题集中，成果多是十年磨一剑，因此进展缓慢。

对于有志于探索物理最前沿的学子来说，这个领域最适合,但更需要具备耐得住寂寞和世俗诱惑的能力。这个领域风光无限，魅力无限。

结语

第2篇：量子力学基础理论范文

本书详细阐述了热中子散射的基本量子理论以及相关概念对于晶体、液体和磁系统散射的应用。细致地介绍了散射的关联函数、散射的动力学理论和散射过程中的极化分析。特别强调了现代方法的应用。它的第1版于1978年问世，第2版于1996年出版。本书是作者去世2年以后2012年出版的第3版。

本书源自1973年由物理研究所和法拉第协会中子散射组组织的暑期学校的一些讲义。它是为从事热中子散射研究的实验者而非理论家撰写的，他们想以一种非正式的方式了解该领域的理论思想。但是作者希望本书也能引起相关领域的更广泛的学生和研究人员的兴趣。

本书并未要求读者先具备热中子散射的知识，但要求熟悉量子力学和固体物理学的基本概念，为方便读者利用该书，本书附录中简略地归纳了相关论题必需的一些基础知识，包括了简明扼要的数学推导和证明。

本书作者Gordon L. Squires （1924-2010）从1956年起担任剑桥大学物理学讲师和剑桥大学三一学院研究员，由剑桥大学出版社出版的他的“量子力学习题集”（Problems in Quantum Mechanics with Solutions）受到普遍的好评。1991年他退休之后直到2010年去世，一直担任卡文迪什实验室博物馆馆长，撰写了许多关于剑桥的科学家和科学发现的文章。

第3篇：量子力学基础理论范文

当计算机遇到化学……

提到化学模型，我们可能首先会联想到中学化学课上老师用塑料球和小棍搭起来的模型。现在，建模则由计算机完成。当计算机遇到化学，便形成了计算化学这一新的交叉学科。

化学研究的核心在于“化”字，即分子之间的相互转化，旧化学键断裂、新化学键生成。只有这样，才能创造出新材料，设计出新药物。可是，分子之间的转化经常发生得很快，在毫秒瞬间，电子便从一个原子核跃迁到另一个，传统的化学方式已很难捕捉这个过程，必须借助计算机这一工具。时至今日，计算机对化学家的作用已经和化学实验手段一样重要。因为计算机对化学反应的模拟能够非常逼真，化学家们已经能够通过计算机预测传统实验的结果了。

在20世纪70年代计算机还未被普及的时候，马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特及亚利耶·瓦谢尔就打造了坚实的计算机程序基础，为后人用于了解和预测化学反应进程作了强大铺垫。近年来，因为计算方法和计算机软硬件的飞速发展，在他们的基础上取得了很多的后续成果，并得到推广应用。

得益于他们的工作，我们将解开许多关于自然界的疑问。比如世界上最重要的化学反应——光合作用是怎么进行的？如果能模拟出来，那么我们就将能制造出更加高效的太阳能电池板；催化剂如何加快化学反应？如果深入了解其中的机理，我们可以尝试通过催化让水分子分解，从而开发出清洁的能源；药物如何在人体中发生作用？通过计算的方法，寻找出药物的靶点以及可能的药物干扰，我们就能设计出满足我们特定需求的理想药物。

诺贝尔“理综”奖？

如果化学反应在气相中发生，由于参与反应的分子受环境影响小，因此是理想的模型体

系（1986年，李远哲等三人因为用实验方法揭示气相化学反应微观细节而获得诺贝尔化学奖）；然而，化学反应更多是在液相，在生物体系中发生，体系自由度多，非常复杂，不容易弄清楚细节。而反映真实情况的多尺度模型可以用来研究复杂体系的分子行为，包括液相化学反应或者是生化反应。

为什么生物体系中的分子反应如此复杂呢？举例来说，“人体的一个细胞内就可有上百亿个蛋白质分子。一个大的蛋白质分子可包含上百万个原子。蛋白质内每两个原子间都有相互作用，这些原子处于不停的运动中，其情形就像北京城内同一时刻有两百万辆机动车行驶一样。计算和跟踪一个蛋白质的原子运动就像记录和监控北京的车辆一样。如此巨大的分析计算量必须借助计算机技术来存储和分析。”这番话出自中科院计算数学与科学工程计算研究所的卢本卓研究员，他的研究方向就与此次诺贝尔化学奖相关，而他原本是学物理出身。这是不是有点儿“乱套”了？当然没有，而且还恰恰反映了本届诺贝尔化学奖的交叉学科属性，即计算机、物理、数学、生物学和化学等多学科相互渗透和融合。难怪本届诺贝尔化学奖被戏称为诺贝尔“理综”奖。

这是化学的荣誉

虽然被戏称为“理综”奖，但这的的确确是属于化学的荣誉。理论化学发展到今天，其最大的组成部分就是计算化学。计算化学的基础理论大多来源于两部分：量子力学和牛顿经典力学，这两个学科在化学上的应用则分别诞生了量子化学和分子模拟两个学科。涉及电子的化学反应需要用量子化学来解决，一旦涉及到分子间的相互作用，其量子效应往往可以忽略不计，使用经典力学就足以描述，从而大大地简化了计算，这就是分子模拟。

当描述化学反应的过程时，量子力学的描述是小而精，经典力学的描述大却精度不高。如果都用高精度的方法来描述化学过程，理论上当然不错，但实际计算将难以进行。所以，多尺度组合的方法便成了最好的选择。这也体现了三位获奖者开创性工作之所在，即把两种体系中的精华部分提取了出来，并且找到了适用于二者的研究方法。

第4篇：量子力学基础理论范文

关键词：热力学与统计物理学；国家精品课程；统计热力学体系

“热力学与统计物理学”（简称“热统”）是我国高等院校本科物理专业的一门必修课程，是研究物质有关热现象（即宏观过程）规律的理论物理课，也是普通物理“热学”的后续课。内蒙古大学“热统”教学组在20多年教学实践中，不断更新教育观念，探索课程教学体系的改革，逐步建立了以微观理论为主线的教学体系，建设了首门“热统”国家精品课程（2004年）——“统计热力学”，陆续出版了配套教材[1]和学习辅导书[2]。

一、关于“热统”教学体系的思考

关于热现象的理论包括两部分，即宏观理论——“热力学”和微观理论——“统计物理学”。我国目前的“热统”课程由早年设置的 “热力学”和“统计物理学”两门课程合并而成，一直沿袭“热”、“统”相对独立的“一分为二”教学体系[3-5]。教学内容安排大体以学科发展历史和认识层次为序，由唯象到唯理，由宏观到微观。这种体系十分成熟，在多年教学实践中获得很大成功。随着科学技术和人类现代文明的飞速发展，人们认识世界的条件、增长知识的方式和获取信息的渠道发生了质的变化：昔日深奥难解的名词，今天已可闻之于街巷；诸多科学概念的理解，逐渐变得不很困难。在这种知识氛围和学习环境下，从中学到大学的物理教学内容均在不断地改革和深化。同时，现代科学成就在高新技术中的广泛应用向21世纪人才培养提出更高的要求。这一切，催动着大学物理课程改革的进程，也激发起我们对传统体系的思考。

从“热物理”系列课程改革现状来看，一方面，普通物理“热学”课程的内容已进行了必要的深化和后延，原有“热统”课程与现行“热学”课程内容出现较多重复。仅以汪志诚著《热力学 · 统计物理》[5]和秦允豪著《热学》[6]为例，二者内容重叠约为1/3。过多重复造成学习时间与精力的浪费，甚至引发学生的厌学情绪，使学习效益降低。另一方面，飞速发展的高新技术拉近了基础理论与应用技术的距离，就热物理而言，无论实际工作中的应用，还是继续深造时的基础，都对“热统”课程教学提出更高的要求。增加课程的统计物理比重，深化微观理论的系统理解势在必然。此外，改革开放以来，我国高等教育从学制到专业及课程设置均有较大幅度的变动，“热统”课教学时数多次削减（1208672、64），课堂教学的信息量和效益问题变得更加突出。面对这种形势，各校对“热统”课程的内容进行了不断的改革，逐步增加统计物理比重，努力减少和避免与“热学”的重复。然而，由于没有触动“一分为二”的体系，大量的简单重复难以避免，“热力学”内容仍然偏多，实际教学中统计物理的系统性难以保证。

针对上述问题，我们从体系结构着眼，对“热统”课程进行了较大力度的改革[1]。我们的改革思路是：打通“热物理”宏观与微观理论的壁垒，融二者为一体，削减学时、充实内容，有效地避免与普通物理的简单重复，提高教学效益；以微观理论为主导，确保统计物理体系的完整性与系统性，增加课程的先进性与适用性。在上述思想指导下，构建了“热统”课程的“统计热力学”体系。新体系从根本上解决了热物理课程中理论物理与普通物理之间层次交叠、内容重复的问题；大幅增加统计物理比重，使其理论及应用内容在总学时中占到3/4以上。

二、统计热力学体系的特色

统计热力学教学体系的主要特色是：热物理学以微观理论为框架；微观理论以系综理论为主线；系综理论以量子论为基础。体系知识结构框如上图所示。

1．以微观理论为框架，融微观与宏观一体

“统计热力学”以微观理论——统计物理为主导，建立了从微观到宏观、完整自恰的理论体系。

在传统的“一分为二”体系下，学生往往将过多精力用于热力学计算，不能很好地理解统计物理的理论体系，容易将热现象的宏观和微观理论割裂开来。本体系从微观理论出发，用统计物理理论导出热力学基本定律，讨论体系热力学性质，给出统计物理概念与宏观现象的对应，融热现象的微观、宏观理论于一体，结束了两种理论割裂的传统教学格局，提高了认识层次。同时，使理论物理与普通物理的分工更趋合理，便于解决传统体系难以避免的“热统”与“热学”过多重复问题。

本体系按照统计物理学的知识框架，将主要知识点划分为孤立系、封闭系和开放系等三个模块（参见上图）。各块均首先给出相应的统计分布，进而引入热力学势（特性函数），导出热力学基本定律，再用微观和宏观理论相结合的方法研究具体系统的热力学性质。例如：在孤立系一章，从等概率基本假设出发，引入统计物理的熵，导出热力学第一、第二定律，进而研究理想气体的平衡性质。在讨论封闭系时，从正则分布出发，引入热力学势——自由能，给出均匀系热力学基本微分式，进而导出麦克斯韦关系，介绍用热力学理论研究均匀物质宏观性质的方法，再具体讨论电、磁介质热力学、焦-汤效应等典型实例。同时用正则分布研究近独立子系构成的体系，导出麦-玻分布，介绍最概然法；进一步导出能均分定理，介绍运用统计理论研究半导体缺陷、负温度、理想和非理想气体等问题的方法。对于开放系，首先导出巨正则分布，再引入巨势，给出描述开放系的热力学微分式，研究多元复相系的平衡性质，讨论相变和化学热力学问题；用量子统计理论导出热力学第三定律，讨论低温化学反应的性质。另一方面，考虑全同性原理，用巨正则分布导出玻色、费密两种量子统计分布，给出它们的准经典极限——麦-玻统计分布，并运用获得的量子统计分布分别讨论电子气、半导体载流子、光子系的统计性质和玻色—爱因斯坦凝聚等应用实例。

2．以系综理论为主线，完善统计物理体系

与国内现流行体系不同，“统计热力学”的统计物理以“系综理论”为基础，具有更强的系统性。

现流行体系为便于学生理解，大多先避开系综理论，讲解统计物理中常用的分布和计算方法，如近独立粒子的最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计及其应用等，而在课程的最后介绍系综理论有关知识[5]。这种体系除内容不可避免地出现重复外，还在一定程度上牺牲了统计物理的系统性。在实际教学中，为了阐明有关分布和统计法，往往不可避免地运用如等概率假设、配分函数、巨配分函数等系综理论的基本概念，难免出现生吞活剥、“消化不良”的弊端。从体系实施现状来看，不少院校因学时有限，在热力学和基本统计方法的教学之后，对系综理论的介绍只能一带而过，学生难以完整掌握统计物理理论。

我们多年采用系综理论为主线的教学实践表明，“统计分布”与“系综”的“分割”是不必要的。本体系首先引入“系综”概念，将整个“统计热力学”的基础建立在系综理论之上，从一个基本假设——等概率假设（微正则系综）入手，渐次导出各种宏观条件下的系综分布，建立配分函数、巨配分函数等基本概念，给出相应的热力学势和热力学基本微分公式；同时，顺畅地导出如最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计法等常用分布和计算方法，并用于实际问题。在教学过程中，力求循序渐进地阐明统计物理的基本理论，使学生准确、清晰地掌握统计物理的基本概念，对热物理理论有完整系统的理解，能够全面、灵活地运用，为进一步学习更高深的知识和了解物理学的最新成果奠定扎实的基础。

3. 以量子理论为基础，认识微观运动本质

为使学生准确认识微观运动本质，“统计热力学”将系综理论建立在量子论的基础上，而经典统计则作为量子统计的极限给出。

传统体系多从经典统计入手，然后进入量子统计。我们教学实践的体会是，物理学历史上由经典论到量子论的认识过程没有必要在统计物理教学中重演。通过现设“普通物理学”课程的学习，学生已理解微观运动遵从量子力学规律，并具备了一定的量子论知识基础，在量子论基础上建立统计物理理论顺理成章。事实上，微观运动的正确描述须用量子理论，而量子统计与经典统计就统计规律性而言并无本质区别，经典统计只是量子统计的极限情形而已。以量子论为基础构建统计物理体系，更有利于学生尽快认识事物的本质，迅速进入对前沿科学的学习。

三、关于体系的兼容性——几个共同关注的问题

“统计热力学”以系综理论为主线，以量子论为基础,大幅提高统计物理比重，适当地增加了课程深度。在课时缩减，招生规模扩大的形势下,实施上述改革更有一定风险和难度。另一方面，新体系能否与流行体系兼容，也是国内同行普遍关注，需要在优化改革方案过程中解决的问题。为化解难度，提高兼容性，在体系建立和教学实践中，我们着力解决了以下几个问题：

问题之一：量子理论与系综理论理解困难问题。如前所述，学习本体系前应具备一定的量子论知识。目前国内物理专业的“热统”课程多排在“量子力学”之前。这就不可避免地出现了“前量子力学”困难。为解决这一问题，我们在课程引论中安排了量子论基本知识的讲授，介绍量子态、能级、简并、全同性、对应关系等概念。如此处理，再结合普通物理“原子物理学”中学到的量子力学初步知识，学生就能够较好地接受“量子统计”有关概念。此外，我们将“量子态”和“量子统计法”两个初学者较难理解的概念做分散处理：分别在第1章引入“系综”概念之前和第6章巨正则系综概念之后讲授，既分散了难点，又使概念和运用衔接紧密，有利于及时消化。

系综理论是统计物理中最核心、最抽象的内容，也是统计物理教学的难点。国内流行体系将系综理论与常用统计分布及计算方法分离，安排在课程最后集中单独介绍。我们实践的体会是，这种处理将多个难点（三种系综及相应热力学关系）集中，增加了学生的理解困难；加之系综概念孤立于基本统计方法和应用之外，更显抽象枯燥。学生学后或觉不知所云，或难纵观全局，终致应用乏力。鉴于此，我们遵循由表及里、由浅入深、循序渐进、层层推进的认识规律，将系综的基本概念和三个系综分散在七章中穿插讲授、逐步深入，并及时运用理论对相应系统的性质加以讨论。这样做，可分散认知难点，并及时结合应用，实现宏观微观的交错，避免枯燥无味的困惑，既保证了热物理理论的系统性和完整性，又解决了系综理论为主线的教学困难。

问题之二：关于最概然法与麦-玻统计问题。最概然（可几）法与麦克斯韦-玻尔兹曼（麦-玻）统计法，是统计物理中应用较广的两个方法。采用系综理论为主线的教学体系，是否会影响这两种方法的学习和运用？这也是国内同仁关注的问题之一。在新体系课程改革和教材编写中，对这两部分内容均给予充分的注意。在第三章（封闭系）导出正则分布和相应热力学公式之后，用两种方法导出麦-玻分布：一是作为近独立子系的平均分布，由正则分布导出；二是从微正则系综出发，用最概然法导出。同时还由麦-玻分布给出热力学公式，并讨论几种分布之间的关系，给出分布的应用实例。实践表明，这种处理模式能全面深化学生对最概然法与麦-玻分布的理解，以致在应用中得心应手；还能强化对系综理论和统计物理体系的理解。

问题之三：热力学基本方法掌握问题。热力学作为一种可靠的宏观理论，从基本定律出发，通过严格的数学推演，系统地给出热力学函数之间的有机联系，将其用于实际问题。深入理解热力学定律的主要推论和热力学关系，熟悉它们的应用，掌握热力学演绎推理方法，是“热统”课程不可或缺的内容。“统计热力学”体系以微观理论为框架组织教学，是否会削弱学生在热力学理论的理解和应用方面的训练？对这个问题，国内同行关注有加，各见仁智，也是我们在课程改革中始终注意的问题。我们的处理模式是：打通热物理宏观与微观理论的壁垒，针对不同宏观条件，在相应章节给出各种系综分布，然后导出热力学公式，并插入相应的热力学理论训练内容，确保足够篇幅讨论平衡态的热力学性质。例如：在建立封闭系的正则系综理论后，插入“均匀物质热力学性质”一章，集中讲授麦克斯韦关系、基本热力学函数和关系、特性函数等概念，介绍热力学基本方法和对典型实例的应用。建立开放系的巨正则系综理论后，又集中介绍与之相关的相平衡、化学平衡等问题的宏观理论。事实上，热物理的微观和宏观理论相得益彰、不可分割。在学习运用统计物理研究宏观过程的规律时，势必也会反复地运用热力学函数、公式和相应方法，使学习者得到相应训练。此外，再提供一定数量的习题，辅之以课外练习，以达到“学而时习之”的效果。这样，新体系虽然大量削减纯粹“热力学”内容，并未削弱对热力学理论的理解和方法的训练，相反可使其得到加强和升华。

内蒙古大学“热统”教学组近20年的课程改革和教学实践证明，用“统计热力学”体系组织本科物理专业“热统”课教学是可行的。采用同样的体系和教材，适当取舍内容，在应用物理和电子科学技术专业组织2学分“统计物理”教学，亦取得一定的经验，其效果令人欣慰。毋庸置疑，笔者主张统计热力学体系，丝毫无意否定“热统分治”的传统教学体系。两种体系，各有千秋，互补互鉴。究竟采用何种体系组织教学，还应视培养目标、师资力量、学生状况等，因地制宜地选择。

参考文献：

[1] 梁希侠，班士良. 统计热力学[M]. 呼和浩特：内蒙古大学出版社，2000.

梁希侠，班士良. 统计热力学(第二版)[M]. 北京：科学出版社，2008.

[2] 梁希侠，班士良，宫箭，崔鑫. 统计热力学（第二版）学习辅导[M]. 北京：科学出版社，2010.

[3] 王竹溪. 热力学简程[M]. 北京：高等教育出版社，1964.

[4] 王竹溪. 统计物理学导论[M]. 北京：高等教育出版社，1965.

第5篇：量子力学基础理论范文

（上海工程技术大学材料工程学院，中国 上海 201620）

【摘　要】《固体物理》是材料学科专业开设的一门重要基础课程。根据高等学校《固体物理》课程的特点以及材料类专业的学生对学习这门课程的需求不同，作者结合自身的教学心得和体会，分别从材料学专业《固体物理》课程教学现状、教学内容和教学方式等方面进行探讨。

关键词 固体物理；教学改革；材料学

《固体物理》作为一门基础性学科，受到了越来越多的重视[1-2]。作为连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁，它已经成为材料类专业学生必修的一门基础课程。但传统的《固体物理学》中有很多晦涩难懂的专业术语，复杂的图形与空间变换以及繁琐的理论推导，故而学习难度较大。学生学习《固体物理》时需完成《高等数学》、《热力学与统计物理》和《量子力学》等先修课程的学习。由于材料学科特点和学生培养目标的不同，材料类专业的学生往往只学习一部分或者没有学习这些先修课程，故而材料类专业学生学习《固体物理》时凡是涉及到一些严密的理论推导过程就会感到十分难懂，造成部分学生产生厌学情绪。针对材料类专业《固体物理》教学过程中出现的教师教学难，学生畏学这一现状，本文从教学内容和教学方式等方面，对如何提高材料类专业《固体物理》的教学质量和促进学生综合能力的培养方面提出了一些新的探讨。

1　教学内容改革

《固体物理》教科书通常由两大部分组成：第一部分为基础部分。主要包括晶体结构、晶体结合、晶体的振动与热力学性质、晶体的缺陷、能带理论和金属电子论等内容；第二部分为专业化部分。主要包括半导体、超导体、非晶固体和固体磁性等内容。其中基础部分是各理工科院校讲授的核心内容。对于材料类专业的学生来说，由于缺少《量子力学》与《热力学与统计物理》方面的知识，系统学习《固体物理》有一定的困难，为了解决上述矛盾，我们在教学过程中对于《固体物理》内容主要实行以下改革措施：

（1）有选择性的讲授。对于《固体物理》各章节的内容讲述要有详有略，作到详略得当。对于重点内容要精讲，对于不太主要或者在其它课程中能学到的内容可以略讲或不讲。例如：在讲述晶体的结合这部分内容时，材料类学生在学习《材料科学基础》和《化学基础课》过程中对于晶体的结合方式等内容都进行过系统学习，因此对这部分内容可以略讲。在讲解晶体的缺陷这部分内容时，学生在《材料科学基础》课程中也学习过，对这部分内容就可以略讲或者不讲。

（2）重思想轻推导。对于有些章节的内容，不追求繁琐的数学推导，更多的突出物理思想的传达，对于某一个具体理论要重点讲述它的建立过程与物理模型。物理模型尽量简单，深入浅出，让学生学会用《固体物理学》的方法去思考和处理问题。

（3）增加学科前沿内容。合理的补充与固体物理学紧密相连的凝聚态物理学和材料学最新的学术成就与进展，鼓励学生积极参与或参观学院相关老师的科研实验，多听相关的学术报告，让学生了解最新的学术动态，培养他们对科学研究的兴趣，为部分学生将来的继续深造和终身从事科学研究事业奠定基础。

2　教学方式的创新

长期以来，我国的大部分的教师都是采用传统的教学模式，即老师一个人在讲台上讲，学生在下面听。这种模式固然有可取之处，但是对于现代大学生来说，这种教学模式未免显得有些过于单调。现代的大学生喜欢新鲜事物，喜欢主动“出击”，所以作为一名现代的大学老师，对学生应当“投其所好”，改变一下固有的思维与教学模式，使学生乐于接受所学的新知识，变被动学习为主动学习。我们采取具体做法是：

（1）启发式教学。在教学过程中，教师的主要作用在于引导和启发学生积极思考，尤其《固体物理》这类理论性较强的课程。如果学生仅仅限于在课堂上被“填鸭式”式的灌输知识而不经过严密的思考与推理，很难深刻理解和掌握所学的内容。因此，就要求教师在授课过程中，适时的启发学生去思考问题的来龙去脉，教会学生科学的思维方法，往往能达到事半功倍的效果[4]。

（2）案例教学。选取符合知识点应用要求的、贴近生活与技术发展的、学生感兴趣的案例，师生共同分析、讨论，从而提高学生分析问题能力与知识应用能力。比如课程体系讲授到晶格常数时，引入聚苯乙烯微球人工微结构概念和半导体超晶格概念，并要求学生就相关概念进行文献分组调研，PPT制作，下次课程时间面向同学进行介绍。相比以前老师直接给学生举例的教学方式，案例教学法激发了学生的学习热情，使学生成为学习的主人、课堂的主角，课堂气氛生动活泼。

（3）实践教学。《固体物理》是一门与实践密切联系的课程，在《固体物理》教学中，强调理论与实际的联系，这样可以激发学生学习的主动性、自觉性和创造性，使学生感到所学知识的用处和价值，由此可培养学生灵活应用所学知识解决问题的实践能力。在《固体物理》的教学中，为了让学生更深刻地理解所学知识，应该适当安排《固体物理》实验。如讲授晶体结构时，可以安排学生作X射线衍射分析实验。通过亲自实验，学生不但掌握了晶体的衍射理论知识，也可使学生体会到现代分析方法在材料研究中的重要性和必要性。通过安排《固体物理》实验，不但使学生加深了对理论知识的理解，同时也大大提高了观察能力、动手能力和分析问题的能力。

3　结语

总之，在材料类专业《固体物理》教学过程中，要充分认识到材料类专业学生与物理学专业学生的不同，因材施教。此外，还要结合凝聚态物理与材料学发展的前沿和本校的科研工作，充分的利用现代化教学手段进行教学。实践证明，上述文中所提到的教学改革方法能有效提高学生的学习兴趣与综合素质。但是，《固体物理》教学改革是一个庞大而又复杂的系统工程，课程改革的进行涉及到诸多方面，这就需要我们广大教育工作者做更多地研究和探索，同时不断提高自身的能力。要造就创新人才，除改变教育观念，营造生动活泼的人文环境外，还要加强我们教师队伍建设，提高他们培养创新人才的能力。

参考文献

［1］冯端.固体物理学大辞典[M].北京:高等教育出版社,1995.

［2］黄昆,韩汝琦.固体物理学[M].北京:高等教育出版社,1997.

［3］冯端,师昌绪,刘治国.材料科学导论[M].北京:化学工业出版社,2002.

第6篇：量子力学基础理论范文

关键词：热力学与统计物理 教学内容 教学方法 考核方式 材料物理专业

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0170-02

材料物理专业是材料科学与物理学的一个交叉学科，专业特点要求在课程设置上既有材料科学方面的课程又要有物理类课程。安徽工业大学材料物理专业于2003年开始进行筹划建设，2005年实现了首次招生。经过几年的探索、规划和实践，基本完成了专业定位和课程体系设置[1]，正逐步完善专业建设。现阶段，保留了量子力学，热力学与统计物理（以下简称热统）和固体物理学作为本专业的物理类必修课程。其中，热力学与统计物理是一门重要的专业基础课，无论对后续的物理类还是材料类课程的学习都起到承上启下的知识连接作用。本课程的设置目的使学生能够熟练掌握热力学和统计力学的基本原理和研究方法，逐步建立分析微观世界的思路和方法，训练学生严格的逻辑思维能力，培养演绎推理能力，提高解决具体问题的能力。

1 热力学与统计物理课程教学中存在的主要问题

热统课程内容由热力学和统计物理两部分组成。其中，热力学是研究热现象的宏观理论，它从若干经验定律出发，通过严密的逻辑演绎方法，最终给出系统的宏观热性质；而统计物理则是研究热现象的微观理论，它从微观粒子的力学规律出发，加上统计假设，获得系统的宏观性质。从内容上来看，热统课程的理论性强，教学内容繁杂。尤其，在当前高校推行素质教育和培养应用型人才的指导下，基础理论课课程教学学时均有不同程度的压缩。我校热统课程安排为40个学时，由此带来了教学学识少和教学内容多的严重矛盾。我们根据我校材料物理专业特色方向和后续课程，在热统教学内容上做出了适当的调整。

现行的热统教材理论性强，较适合理科生使用，缺乏较合适的工科材料类学生使用的热统教材。在组织教学中，我们以汪志诚编写的《热力学・统计物理（第四版）》作为主要参考教材[2]，同时综合了多本经典教材，如：胡承正编著的《热力学与统计物理学》，包景东编著的《热力学与统计物理简明教程》等[3～4]。根据我校材料物理专业培养目标和专业特色方向，本着“先进、有效、有用”的原则，对热统课程的教学内容应该进行认真清理与重构，形成适合本校实际的课程讲义。

在教学方法和考核方式上也应根据我校实际进行相应的改革。热统课程是一个理论性强的课程，其中的物理概念抽象，物理公式繁杂。安徽工业大学材料物理专业是在工科背景下成立并发展起来的，学生的数理基础相对薄弱，在学习的过程中会有些吃力。长期的教学实践告诉我们，如果采取传统的灌输式教学方法，只能使热统课堂教学枯燥无味，学生被动的接受知识，失去了学习兴趣，甚至对后续的专业课学习产生抵触情绪。另外，传统的闭卷考试常造成学生不重视平时的学习过程，期末复习只看教学课件，期待老师划重点，搞突击记忆。

针对上述现状，我们尝试着进行了教学内容，教学方法和考核方式的改革和实践。

2 教学内容的改革

2.1 优化教学内容

热统课程的热力学部分与先修课程，如大学物理、物理化学和工程化学基础的部分内容重复率较高。我们在充分了解本专业学生的先修课程和后续课程的教学内容后，对与其他课程有交叉重叠的部分进行了压缩和删减。比如：热力学部分的热力学基本定律，热力学函数，化学平衡条件，理想气体的化学平衡等都在先修课程里面作为重点内容进行讲授的。在实际教学时，只作复习性的简述或以学生自学的方式完成。但为保证热力学基本概念与规律的严格性与系统性，对重要的基本概念和定律还是进行重点讲解。通过这样的调整，节省了热力学部分的教学学时，加大了统计物理部分的学时讲授。统计物理是从宏观系统的微观结构入手，从内容上与量子力学和固体物理课程联系紧密，也为后续的计算材料学课程，甚至可为本科毕业论文工作提供前期的知识准备。在统计物理教学部分，将在先修课程中学习过的麦克斯韦速度分布率和能均分定理略讲；固体的热容量的德拜理论是固体物理课程的重点教学内容，在热统教学中，这部分只简单提及。经过这样的教学内容优化后，节省了课时，加强了课程之间的联系，提高了教学效率。

2.2 适当引入材料学科前沿内容

创新型人才的培养要求课程内容要体现先进性和现代化。通过合理的补充与热统课程相关的材料学和物理学最新的学术成就与进展，有意识的突出课程的广度，丰富和具体化基本理论内容。增加学科前沿内容，我们从两个方面进行。一方面是在讲授基础理论知识的同时，引入与该知识密切相关的科学技术发展的介绍。例如：在对温度和温标作复习简述的时候，介绍测温仪表和测温技术。电阻温度计，热电偶测温技术，红外测温技术等在后续的材料类课程学习，课程设计和实验及毕业论文工作是非常重要的一部分。在讲授气体的节流和膨胀过程一节时，介绍了获得低温的技术，以及与低温有关的材料性能的变化，超导电现象的发展历史及科研现状等；在讲授单元系的相变时，加强了对二级相变和临界现象的讲授，介绍了磁性材料，超导材料，超流体等方面的最新研究进展；在统计物理部分，介绍玻色-爱因斯坦凝聚的新进展，讲授统计物理部分的金属中的自由电子时，适当介绍计算材料学和计算物理方面的研究现状等。另一方面是通过鼓励学生现场听取相关的学术报告，或者观看相关报告的视频。通过前沿知识的适当引进，开阔了学生的视野，激发了学生的学习和科研兴趣，获得了较好的教学效果。

2.3 注重理论联系实际

材料类专业是应用性很强的专业，要求热统课程教学内容要体现实用性，加强理论与实际的联系。我们鼓励学生通过本科生科研训练计划（SRTP）和大学生创新创业计划的方式参与相关教师的课题研究，或者开设课程设计和实验。如在讲授相变的章节时，为了让学生加深对二级相变的理解，开设了高温超导转变的实验，巨磁电阻材料的相变实验等。组织学生参观学校相关的实验室，如参观计算材料实验室，使学生了解相图的理论计算方法，第一性原理计算及材料设计方法。经过这样的训练，学生对物理概念有了深入的理解，提高学生的应用能力，研究能力和创新能力。

3 教学方法和考核方式的改革

3.1 学生为主体，教师为主导

在组织课堂教学时，认真贯彻以学生为主体，教师为主导的教学思想，加强师生互动，争取使学生由被动接受知识变为主动探索知识。在课前，给学生预留思考题进行课前预习，让学生带着问题去听课，做到有的放矢。在组织教学时，对重点章节进行精讲，适时开展物理基本概念和基本问题的讨论，启发学生思考和推理。对相对容易理解的章节组织学生自学，或者制作成ppt课件，在课堂上讲解，教师在做总结式讲授。课后，要求学生独立完成作业和习题，以期加深对基本概念的理解和应用。

3.2 重物理思想 简化数学推导

在组织教学的过程中，重点讲解基本概念，突出物理思想。借助于多媒体教学，对于较抽象、难理解的概念和原理，可通过制作图文并茂的课件，或者观看相关视频的方式，使抽象的概念形象化，增强学生的感性认识。适当补充基本概念辨析题和思考题以促进学生对基本概念的深入理解和掌握。对于必要的数学推导，使用板书的方式进行详解和推导，留给学生足够的时间思考并跟上教师的思路。

3.3 考核方式的改革

考核是教学过程的主要环节之一，应具有实用性和针对性，并能体现学生的综合素质。我们在考核方面，加大了平时成绩的比例，增加了课堂回答问题，课堂讨论，撰写科研小论文等环节的考核。在期末的闭卷考试中，减少死记硬背的概念题和公式，把考核重点放在学生对基本物理概念的理解和基本理论知识的实际应用上。

4 实践效果

在教学实践中逐步形成了适合我校材料物理专业实际的热统课程讲义。实践证明，改革措施在缓解授课学时与教学内容的矛盾，拓宽学生知识面等方面效果显著。尤其，热统课程作为材料物理专业的前期先修基础课，对后续的课程学习起着承上启下的重要作用。通过上述的教学改革后，学生的学习积极性大大提高，热爱本专业的学习，踊跃参加SRTP和大学生创新创业的计划，甚至部分同学提前加入教师团队的课题组，对未来的工作或者继续深造充满信心。

参考文献

[1] 方道来，童六牛，夏爱林，等.材料物理专业定位及课程体系设置的探索[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2011（23）：104-105.

[2] 汪志诚.热力学・统计物理[M].北京：高等教育出版社，2010.

第7篇：量子力学基础理论范文

纳米材料学研究作为纳米科技发展的基础其地位尤为重要。纳米科技在信息、国防、能源、医药、环境、材料、工程等众多领域都存在重要的应用前景。由于纳米材料对未来社会发展、经济振兴、国力增强有战略性影响力，为提高大学生的创新能力，近年来很多高校开始增设该课程为本科生和硕士生的专业课。

2005年起，笔者任教的内蒙古大学化学化工学院为本学院材料物理与化学专业的本科生及硕士研究生开设了该课程做为专业必修课。目的是让材料专业大学生掌握更多的纳米材料的基础理论知识，掌握纳米技术的前沿动态，拓宽他们的知识面，培养创新型人才。笔者在几年的纳米材料科学与技术课程教学工作中有以下几点体会。

一基础理论知识的透彻讲解

纳米材料是一种介观物质，其物理化学性质不同于宏观物体，也不同于微观原子和分子。众所周知，宏观材料的尺寸改变时其物理化学性质不会有大的改变，但当材料的尺寸减小到纳米级时，其物理化学性质会有很大的变化，显示出不同于宏观材料的物理化学特性，如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应、量子隧穿效应、库伦阻塞效应、巨磁阻效应等。这些特殊性质使得纳米材料在众多领域中有着重要的潜在应用前景，因而吸引着科研工作者的研究兴趣。

我学院为本科生开设这门课程是在大学四年级的第一学期，学生已经具有了一定的无机材料理论基础和实验经验，因此比较容易理解该课程内容。任课教师在讲解时注意引导学生对已学过的知识的运用。例如，介绍纳米微粒的制备方法时先讲解学生已经掌握的液相制备法如沉淀法和水热法，让学生认识到纳米材料不再神秘，又能触手可及，可以锻炼学生解决问题的能力。

在讲解量子隧穿效应时，运用量子力学的定态薛定谔方程来推导出一维势垒金属纳米粒子内部及外表面的电子运动状态波函数，结果金属纳米粒子外表面存在电子波函数，这种现象称为“隧道效应”。即金属纳米粒子表面处存在势垒，阻止内部电子向外逸出，但由于隧道效应，仍有一部分电子穿过表面势垒到达金属表面以外，并形成一层电子云。讲解量子隧道效应在扫描隧道显微镜纳米金属探针中的应用，使学生更容易理解和记忆枯燥的理论，进而达到活学活用的目的。

我院材料专业本科生在三年级时学习了X射线衍射技术。因此在讲解纳米颗粒粒径的表征方法时介绍了学生熟悉的X射线衍射技术中X射线衍射线线宽法（谢乐公式）测定一次颗粒晶粒度的方法。

碳纳米材料中多壁、单壁碳纳米管是大家关注的纳米材料。讲解单壁碳纳米管的结构时运用石墨片的模型。石墨片可以沿不同方向卷曲，得到各种螺旋度的纳米管，根据手性矢量Ch=na1+ma2的计算，可以将碳纳米管记为（n， m）。n和m的数值确定了纳米管的电学性质。例如当n=m时，纳米管为金属型，电子沿纳米管壁传输，因此金属型碳纳米管可用作纳米回路的导线等等。讲解单壁碳纳米管的表征方法时，采用透射电子显微镜的高分辨图片HRTEM和Raman光谱中的环呼吸振动峰等来进行表征。

二理论联系实际，激发学生积极性

纳米材料是一门实用性很强的学科，具有知识更新速度快的特点。大学四年级的学生面临着找工作、考研究生、考公务员等实际状况。如果任课老师此时一味地讲解基础理论知识，会使学生觉得枯燥无用，从而导致学生听课疲劳、厌学等现象，所以讲解时要注重理论联系实际。首先讲解与日常生活紧密相关的纳米材料，单臂碳纳米管阵列、磁性液体、钛酸钡纳米片及纳米纤维等。让学生了解这是一门有用的课程，激发他们深入学习的积极性，达到事半功倍的效果。

例如，讲解单臂碳纳米管阵列的合成及应用时，借助图像和动画，生动、直观地介绍了用微点阵技术将金属催化剂固定在硅基板上，然后采用化学气相沉积法在特定条件下使碳纳米管在硅片上垂直生长，形成单臂碳纳米管阵列。因为碳纳米管具有优异的场发射性质，单臂碳纳米管阵列可用于场发射高清晰度平板显示器等。

详细讲解磁性液体的多种用途，如用于旋转轴的动态密封、剂、增进扬声器功率、矿物浮选、传感器、阻尼器件等。

广泛应用于数码产品中的多层陶瓷电容器的发展方向趋于大容量和薄层化，其主要原料钛酸钡高纯超细粉体的制备工艺备受学术界关注。任课老师查阅最新的钛酸钡纳米片及纳米纤维的制备及表征的文献，介绍给学生并进行探讨，激发学生的学习兴趣。

三注重课程在研究课题中的应用

研究合成无机材料的同学很多会用到透射电子显微镜（TEM）技术进行晶体结构表征。讲解纳米材料的结构表征时，让本科学生了解透射电子显微镜（TEM）的结构的同时掌握支持膜法制备纳米粉末样品。而且该课程的内容可能在以后的研究生学习中起到重要的作用。

在为硕士生讲解时，要求他们掌握电子衍射原理和初等结晶学等内容，并选用立方晶系材料的选区电子衍射图片具体讲解了衍射斑点的指数标定方法，让学生认识到学习该课程的重要性。准备一些与课题有关的或最新的纳米材料英文文献，分组翻译，并进行讨论，将基础理论知识与研究课题相结合，提高他们的综合能力。

四营造和谐互动的课堂气氛

笔者是一位留学回国人员，在国外攻读硕博课程期间有很多的学习体会。例如每周举行一次组会。组会具体内容有基础理论学习、课题进展报告、文献研读等。与学生一起分享自己的研究和学习的经验，讨论学习方法、学习经验，从而可以使学生有计划、有目的地使用时间，获得事半功倍的学习效果。例如，利用关键词搜索大量文献，通过泛读找到与课题有关的研究背景，再进行精读，来了解课题进展情况等。根据自己的学习经历，参考部分国外的教学模式，例如组会模式，活跃课堂气氛，激发学生学习的积极主动性。

人类的每一次进步都和一种或多种新材料的开发密不可分。新技术的产生是以新材料为基础的。纳米材料对我们国家经济振兴及国力增强，实现中国梦具有战略性影响力。因此高校为本科生和硕士生开设纳米材料科学与技术的专业课程是有必要的。纳米科技具有发展迅速、知识更新速度快的特点，任课老师要针对课程特点不断地查阅最新文献，更新纳米材料科研成果的内容。讲解时要注重纳米科技理论知识和实际应用的联系，借助图像和动画等形式，激发学生的学习兴趣。营造和谐互动的课堂气氛，以学生为主体，帮助学生做好学习规划，有效利用时间，获得事半功倍的效果。

参考文献

[1]杨志伊.纳米科技[M].机械工业出版社，2004.

[2]汪信.纳米材料化学[M].化学工业出版社，2006.

[3]徐并社.纳米材料及应用技术[M].化学工业出版社，2004.1

[4]张全勤.纳米技术新进展[M].国防工业出版社，2005.

[5]朱永法.纳米材料的表征与测试技术[M].化学工业出版社，2006.

第8篇：量子力学基础理论范文

[关键词] 高等职业教育 广告设计专业 教学设计 课程设置

广告设计专业是一门涉及到绘画艺术、美学、艺术修养、审美能力、心理学、市场营销学的综合性边缘学科。从本行业专业理论的深度、广度和专业技能的多样性等角度来看，在三年内要培养出具有高等教育层次、鲜明职业特色的技能型、应用性职业技术专门人才，关键的是要有一套科学的、切实可行的教学设计方案。教学设计是一个专业从设置、确立培

养目标、组织教学，最后到如何适应社会需要的一个总体设计。高职教育是以能力为中心的教育，是以培养学生的职业能力和职业素质为主。因此，教学设计需要按照社会岗位所需要的职业能力模块组织教学。根据岗位对人才的要求，将专业素质细分为能力模块，并设置相应的课程。能力模块的划分，是高职教育中广告设计专业教学设计的关键。

一、行业现状分析与培养目标确立

根据对目前各类广告公司营运状况及广告专业历届毕业生进行分类调查研究的结果，我们逐渐掌握了社会对该专业在人才层次、专业方向、就业岗位、工作能力等方面的要求。确立了高职广告设计专业的培养目标，即培养专门从事广告设计、生产、施工及广告管理运作过程中的高级技术人才和管理人才。要使毕业生具有鲜明的法制观念、高尚的职业道德，同时具有现代审美能力和较高艺术修养、有较强的艺术造型能力、较高的设计水平、掌握数码设计手段，并且有较强的实践能力和社会能力，熟练掌握各种广告设计与制作技能的“设计师”和“工艺师”。毕业生在获得国家教委统一颁发的大专学历证书外，还应考取各种广告业执业资格证书。

二、岗位及专业能力分析

根据目前广告行业的现状和发展趋势，本专业的就业岗位和就业人数比例如下：广告公司设计人员，约占总人数的25％；企业设计部门的设计人员，约占总人数的15％；设计师助理，约占总人数的15％；广告施工技术管理人员，约占总人数的20％；广告业务员，约占总人数的15％。

广告行业对本专业的具体要求：有较强的手绘造型能力；能熟练使用电脑进行广告设计；能根据广告不同媒体、特点和客户的要求，提出创意新颖的各种广告设计方案，并能组织实施；掌握基本的包装装潢设计技术以及各种文字造型能力，其中能熟练掌握黑体美术字和宋体美术字的书写方法，进而推及其他种类的文学造型，并在设计中灵活运用；能熟练掌握现代摄影、影视技术等广告制作手段；能根据设计方案提出正确的施工(制作)方案，并根据这些方案能准确计算出各种广告的制作成本；英语能通过广东省二级考试并基本掌握广告专业用英语。

方法能力与社会能力的具体要求：有较强的自学能力；有抽象思维与形象思维的能力，能有效地综合各种信息，进行有计划、有步骤地实施各种广告设计方案；有较强的语言和文字表达能力及一定的外语阅读能力；有较强的群体适应能力和合作交流能力；有良好的为人民服务思想、法制观念、职业道德和行为规范。

三、知识结构的划分

在处理高职教学计划中的知识内容时，有一对矛盾是必须认真探讨的，那就是针对性与适应性的矛盾。作为职业教育，必须要针对一定的职业范围，学生不能培养成通才；作为高等教育，它又必定要与职业培训区别开来，学生除能上岗工作外，尚须有较强的适应性，具有本专业的可持续学习的基础。要满足针对性和适应性两方面的要求，高职人才必须有合理的知识结构。高职课程的知识内容，大致可分为三种类型：基础理论、专业理论和专业技术。基础理论的内涵是普遍的客观规律，包括自然科学和社会科学。专业理论是基础理论在一定专业范围内，沿着实际应用方向的综合和发展。专业技术知识是与高职人才的具体工作直接有关并频繁应用的知识。从三类知识的性质可知，专业技术知识是直接反映当前职业岗位的工作需求，体现了高职教学的针对性。专业理论是专业技术的基础，它常常是相近专业的

共同基础。基础理论表达的是自然与社会的普遍规律，它是专业理论的基础，覆盖面更广。因而，这两类知识支持着高职人才的适应能力。

三种类型知识的性质决定着它们的稳定性。它们的逻辑联系(或内容排序)是基础理论――专业理论一专业技术。实践证明，越在基层的知识，稳定性越高。当前，人们在惊呼的“知识老化”“知识淘汰”等大都是指技术知识。计算机软件的迅速发展，是最突出的实例。基础理论最为稳定，有时，即使“老化”了，但在一定时空下，仍然是有效的。例如当相对论、量子力学出现后，古典力学当然是“老化”了，但是，当前地球上的绝大部分的力学计算仍然是依靠古典力学来做的。专业理论的稳定性处于二者之间，例如广告设计课内容框架的变化是较缓慢的，但由于设计学的进展和计算机的应用，使得设计方法上产生了许多变化。

高职人才知识结构是否合理的关键，就是协调这三类知识的比重。高职人才的适应性是一定职业范围内的适应，没有必要在过分宽广的幅度中打基础。在高职课程内容中，应该加强的是专业理论，专业理论课要占35％，专业技术课占25％，基础理论课占15％，其理由可归纳为：专业理论是基础理论沿一定专业方向的综合和发展，是根据专业需要精选提炼出来的基础理论。因而，它是针x,-j要求和适应性要求的统一。专业理论是学习和发展多种同类专业技术的基础；专业理论具有足够的稳定性。

四、能力模块划分和课程设置

广告专业的专业能力模块划分是以社会调查和专业培养目标为依据，具体的思路是：广告行业的各种职业岗位或技术分工进行能力的分析，以确定与专业培训目标相对应的“应知”和“应会”；根据这些“应知”和“应会”来确定学生应当掌握的综合能力、专项能力、单项能力的若干能力要素；将各种能力分解整合成能力模块，来确定课程的设置。

1．职业道德及社会能力。要求有良好的职业道德和行为规范；敬业、乐业精神；良好的组织能力和适应能力；中、英文语言表达能力和书面表达能力。对应课程有政治理论、德育、英语、公文写作、体育、广告法规。

2．基本造型和设计能力。要求能够掌握现代平面造型、色彩装饰效果及立体空间构成的三大设计基础，并通过纯形式语言过渡到专业设计语汇的把握，从而创造性地运用到广告设计中去。对应课程有素描、色彩、三大构成。

3．文字造型与运用能力。要求掌握中英文的标准字、变体字,以及按设计属性进行不同风格的字体造型，能进行各种文字的组合与单项创意设计，并按工艺要求进行制作。对应课程有文字造型。

4．印刷广告制作能力。要求掌握各种开度页码编排法、印刷广告设计成本计算方法。对应课程是印刷广告。

5．影像技术造型能力。要求了解摄影、摄像的各种技巧，能独立完成作品创意及拍摄，并具有一定的后期加工制作能力。

6．广告材料选用及传统广告设计制作能力。要求熟悉路牌广告、灯箱广告、霓虹灯广告等传统广告媒体的设计与制作能力，了解各种广告材料的性能。对应课程是广告媒体、路牌广告制作、灯箱广告制作。

7．电脑制作能力。要求熟练地操作电脑，进行排版、文字编辑、图形创意等制作程序，熟悉平面设计所需的各种软件操作。对应课程是电脑设计。

8．广告设计能力。要求对广告诸要素具有较全面的综合表达能力，能独立完成广告方案、标识、广告主题、广告制作等工作，具备一定的系列广告筹划、设计、制作能力。对应课程是广告概论和广告设计。

9．策划与设计能力。掌握策划与设计原理和方法，采用中外优秀设计方案有辨析能力，能独立完成各种基础设计、应用设计及对企业策划执行计划的监督与指导。对应课程是策划。

10．外语能力。要求能阅查、收集有关专业资料和信息。对应课程是专业英语。

综上所述，并根据我国广告行业的现状和发展趋势，对高职广告设计专业所对应的职业岗位、人才的规格要求、能力素质进行的探析，高等职业技术教育广告设计专业的教学设计，主要面向广告行业五大工作岗位，需10多种能力模块及相应的20余门课程的支持。这样才能培养出适合社会形势发展需求的人才。

参考文献:

[1]张军:高等职业技术教育研究[M].上海：教育出版社，1998

[2]李文利．职业教育课程模式的比较研究[M].长沙：长沙人民出版社，1992

第9篇：量子力学基础理论范文

【论文摘要】针对目前医用物理学课堂教学中存在的教学内容不合理，学生学习兴趣不高等问题，应该改革教学内容，提高教师素质，优化教学方法，以实现教学目标，提高专业素质。

医用物理学是高等医药院校医学相关专业本科一年级的必修基础课。近两年我校教学改革，将临床医学专业的医用物理学课程的学时数改为36学时（理论学时），然而教学目的没有变。鉴于学时少、内容多的实际情况，怎样使医学生较好地掌握相关物理学基础理论知识的同时，科学素质也得到相应的提高，是我们迫切需要解决的问题。根据这两年本人从事医用物理学的教学实践，结合我校的实际，谈谈我的一些想法。

一、医用物理学课堂教学中存在的主要问题

1、学生的学习兴趣不高

第一，物理学是基础课，是解释生命现象的基础，却不能代替生命科学去解释生命现象，因此大部分学生认为物理学与跟自己的专业关系不大，学物理没什么用处。第二，主讲教师绝大多数不是医学专业出身，而是来自于物理学或物理教育专业，具有物理学和教育学的知识和能力，但从事医用物理教学还缺乏相关的医学知识。正是因为我们教师自身对医学知识了解不够，教学中不能很好地阐明物理学在医学中的应用，教学内容缺乏实用性，以及教学过程枯燥乏味，所以不能激发学生的学习兴趣[1]。第三，我校90%以上的学生在高中分科的时候，选读的科目是生物或化学，因此物理基础相对薄弱，很多学生认为物理学比较难学，存在畏难情绪。例如：我们学校临床医学（全科医学方向）05（2）班共63人，高中选物理的只有4人，占总人数的6%。

2、教学内容不合理

医用物理学以培养学生的逻辑思维能力和操作能力为目标，让学生通过学习物理学知识，理论联系实际去解释生命现象，学会发现问题、分析问题和解决问题，为以后的学习和研究做好铺垫。而我们的医用物理学教学中往往注重物理学体系的完整性，教学内容以讲授物理规律为主，仅仅是在每一章的最后一节加了一点物理学知识在医学上的应用，不能有效地把理论联系实际贯穿在整个授课过程[2]。另外，目前我校临床医学专业的医用物理学讲授的内容有：流体的运动、振动和波、电磁学、波动光学、几何光学、量子力学基础、原子核与放射性等部分，而与医学联系非常紧密的X射线、激光和核磁共振等，由于学时数不够没办法讲授。同时课时少、内容多的矛盾日益突出，物理教学以理论课为主，实验操作很少，使学生缺乏锻炼，仪器设备适应能力差，动手能力差。

3、考试内容不尽人意

考题内容多以理论分析、定量计算为主，偏重于物理理论的掌握和定量分析计算，纯物理味过浓，考试内容的应用性与医学相关性较差，较少涉及医学相关内容，不能体现医用物理学的特点[1]。

二、医用物理学课堂教学改革思路

1、改革教学内容

（1）精选教学内容。由于内容多，课时少的矛盾极为突出，根据基本保证物理学本身系统性，兼顾医学专业需要以及医学物理学的发展趋势的原则，选择物理学中与医学有密切联系的内容。建议将原来的量子力学基础部分换成x射线和激光。

（2）重视物理知识在实际生活特别是在医学中的应用。第一，主要介绍物理学与医学相结合的知识。例如，流体的运动部分侧重介绍与人体血液循环和呼吸过程有关的流体的运动；振动和波动部分主要介绍与人的声音和听觉有关的振动、波动和声；电磁学部分主要介绍对深入了解生物电磁现象和有效使用现代医学仪器而必备的电磁学知识；几何光学主要介绍人眼的光学结构，还有激光、X射线以及核医学物理基础等等。在教学过程中合理地引入临床医学问题，有助于综合应用物理学现象和物理规律，有助于学生理论联系实际，提高其分析问题、解决问题的能力，有助于活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣。第二，教学中尽量避免纯数学的推导和计算，增加与医学相关内容的讲授时间。由于高等数学与医用物理学都是大一上学期开课，医用物理学的有些内容需用到高等数学，但由于课时方面的原因，进度不能保证一致，如静电场中电场强度与电势的计算都需用到定积分，然而讲授静电场时，学生还没学到定积分。因此把高等数学中微积分的分析思路引入即可，不必定量计算，等到学生高等数学课跟上节拍后，自然就能解题。对重要的物理定律、公式、结论要讲清思路，讲明来源和应用思想，让学生了解、明白，会定性分析即可[1]。第三，注意物理新知识的延伸[3]，在适当的地方介绍一些近代物理知识及与医学相关的物理学成就,也可将教学内容中的重点和临床医学中的实际结合在一起，开展专题讲座。例如：激光医学专题、医学影像专题、电疗、磁疗等。

2、提高教师素质

（1）强化教师队伍的建设。要构建具有“医用”特色的物理学体系，就必须找到物理与医学的最佳切入点及生长点，以推动医用物理学的改革。这就要求医用物理学教师必须有较完善的知识结构，既要有充分的物理学的知识，又要有解剖学、病理学以及生理学等方面的医学基础知识。然而，主讲教师的医学知识缺乏，不能很好的将理论联系在医学实际中。为此，物理学教师必须主动适应知识的动态需求，走出课堂、调查研究、更新知识。首先，在保证教学的前提下，通过进修、攻读学位等方式，进一步强化教师队伍的建设。其次，鼓励和组织教师跨学科听课，以增长相关学科的知识和拓宽知识面，促使教学内容从单一化向多样化、综合化发展。再次，积极开展科学研究，及时追踪学科发展新动向及新技术、新方法。在此基础上，进一步了解临床和科研对物理学的需求，架构起二者联系的“桥梁”。[4]（2）加强集体备课。整合每一位教师的专长，定期召开研讨会，学重点，分解教学难点，争论教学热点，分析医学与物理在实践中的典型例子，充分发挥每个人的优势。

3、优化教学方法

（1）培养学生独立思考和自学能力。大一新生刚进入大学，思维方式还停留在中学的学习方法上。中学教师每节课讲的内容较少，课后做大量的习题，而大学课堂上每节课讲述的内容多，习题相对少，学生一时很难适应。因此我们在学期初应该在学习方法上对学生加以指导，培养学生独立思考和自学能力，帮助学生尽快地适应大学的学习方式[3]。例如：每次课结束的时候告诉学生下次课将要学习的内容，让学生提前预习，并把看不懂的地方记录下来，这样带着问题去听课，将会达到更好的效果。另外，也可以把下一节课要讲的内容分成几个主题，让学生分别去准备，要求学生带着问题去看书或者去图书馆查阅相关资料。学生通过预习书本上的内容和查阅相关文献把答案准备好，上课的时候由学生来讲，老师负责纠正错误并进行总结。这种方式不但充分调动了学生的积极性，还使讲课内容更加丰富。

（2）采用多种教学方法。例如：类比教学法：物理学中有些概念、规律较抽象，学生很难理解，我们可以拿学生熟悉的概念、规律与它们类比，这样学生就很容易接受。例如：我们讲到电势梯度的概念时，由于高等数学中与其相关矢量的知识没有学，因此有些学生不理解，如果我们拿学生很熟悉的速度的概念与电势梯度进行类比：速度是位移随时间的变化快慢，电势梯度实际上就是电势沿空间某个方向（这个方向就是等势面的法线方向）的变化快慢，这样学生就恍然大悟。归纳总结法：每学习完一节内容，我们应该做一个小结，学习完一章或者物理学一部分（例如：电磁学、波动光学、几何光学、原子核物理与放射性等）也要做总结，并且总结的时候要讲究方法，例如：对于相似的、容易混淆的物理概念或者规律，可以采用对比归纳法，这样更容易记忆，并且不容易混淆。例如：光的干涉和光的衍射都描述的是光的波动性，它们二者有什么相同点和不同点呢？我们可以从以下方面进行分析对比和归纳总结：干涉现象和衍射现象产生的条件；干涉现象和衍射现象的分类；不同类型的干涉条纹和衍射条纹中明暗条纹的条件；条纹间距；影响干涉条纹和衍射条纹的因素等等。我们可以采用列表或者框图的形式，这样更直观、更容易记忆。另外，对于有共性的物理量或者规律，可以放在一起来记忆。例如：静电场比较抽象，很多学生学习起来有些困难。例如我们可以把静电场力做功跟重力做功进行类比等等。当然，每个人都有适合自己的学习方法，如果教师做好所有的归纳总结，然后让学生被动地去接受，这样是不能达到较好的教学效果的。我们应该督促学生自己归纳总结，让所学的物理知识在他们的头脑中构建一个清晰的系统结构。

4、认真批改作业和讲评作业

每次布置的课后作业，都认真批改，作为平时成绩的一部分；指出学生的错误之处，并且把学生出错的地方都做好笔记，然后把各种不同的错误进行分析、归纳总结，做好相应的电子课件，该课件不仅展示作业的参考答案，而且还列举各种不同的错误做法，这样可以加深学生的印象，告诫他们以后不要出现此类错误。除此之外，对于学生频繁出错的地方，教师应该作自我总结，在以后的教学过程中要注意改进教学方法，着重强调这些地方。

5、改革考试内容

改变过去以计算题为主的做法，增加论述性、主观性、综合性、应用性（与医学相关的内容）和设计性的题目。这样可以帮助学生提高分析、比较、归纳、综合的能力和发现问题、解决问题的能力及语言、图形表达的能力。

总之，为了适应医学生物理基础培养的需要，落实素质教育目标，医用物理教学改革势在必行。医用物理学教学改革的宗旨应该是改过去枯燥、乏味、难学、缺乏实用性的教学模式为轻松愉快的教育形式。从总体培养目标出发，本着因材施教、因需施教的原则，改变过去物理教学中求精求深的教学方式，使教学方式多样化、内容实用化，加强与医学的有机结合，既保证医学生对物理基本概念的掌握，又保证大纲的完成。

【参考文献】

[1]艾拜都拉•肉孜，马远新，樊孝喜.医用物理学教学改革初探[J].新疆医科大学学报,2002,25(3):347-348.

[2]丰新胜.医用物理学教学探讨[J].山东医学高等专科学校学报,2007,29:275-276.