量子化学和量子力学的关系精选(九篇)

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第1篇：量子化学和量子力学的关系范文

摘要：本文针对大学化学的学科特点，从四个方面探讨了量子化学计算软件在大学化学教学的应用实例。运用形象直观的量子化学软件，结合多媒体教学手段，将枯燥、深奥、抽象的化学知识和概念以一种形象、生动、直观、立体的形式呈现出来，帮助学生建立形象思维，使学生进入一种喜闻乐见、生动活泼的学习氛围，从而开拓学生思路，激发学生学习兴趣。结果表明，该方法对激发学生学习化学的兴趣具有显著的促进作用，取得了良好的教学效果，同时也丰富了大学化学课程的教学方法。

关键词：量子化学；密度泛函理论；计算化学；Gaussian 09

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）50-0176-04

传统的化学是一门实验科学，它的发展已经经历了几千年的时间。发展至今，化学科学已经成为了包含有机化学、无机化学、物理化学、生物化学、分析化学、实验化学、理论化学、应用化学、精细化学、材料化学等众多子学科的中心学科。在大学化学基础理论的教学中，涉及很多抽象的化学知识和概念，比如原子、分子及晶体结构等，无法通过肉眼进行直接观测，而且微观结构难以用宏观模型进行科学的描述。传统的教学模式很难满足学生学习化学的需求，这就需要引入新型的先进教学方法和手段。上个世纪20年代开始形成了一门新的化学子学科――量子化学。量子化学是用量子力学原理研究原子、分子和晶体的电子层结构、化学键理论、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱的理论，以及无机和有机化合物、生物大分子和各种功能材料的结构和性能关系的科学[1]。理论与计算化学能渗透到化学领域的很多方面，与其他学科交叉，并形成了很多分支学科，例如：物理化学方面，我们可以通过量子化学方法计算分子的热力学性质、动力学性质、光谱性质、固体的化学成键性质等，从而形成了量子电化学、量子反应动力学等子学科；在有机化学方面，可以通过量子化学计算预测异构体的相对稳定性、反应中间体性质、反应机理与谱学性质（NMR，ESR…）等，因而衍生了量子有机化学；在分析化学方面，可以借助于计算化学进行实验光谱的解析等；无机化学方面，可以进行过渡金属化合物的成键性质的解析等，并形成了量子无机化学；在生物化学领域中，也可以通过理论计算研究生物分子活性中心结构、结构环境效应、酶与底物相互作用等，并逐渐产生了量子生物化学。随着计算量子化学方法与计算机科学的发展，本世纪有望在复杂体系的精确量子化学计算研究方面取得较大进展，从而更好地从微观角度去理解和预测宏观化学现象。本文通过四个教学实例，运用形象直观的量子化学软件，结合多媒体教学手段，将枯燥、深奥、抽象的化学知识和概念以一种形象、生动、直观、立体的形式呈现出来，帮助学生建立形象思维，使学生进入一种喜闻乐见、生动活泼的学习氛围，从而开拓学生思路，激发学生学习兴趣。结果表明，该方法对激发学生学习化学的兴趣具有显著的促进作用，取得了良好的教学效果，同时也丰富了大学化学课程的教学方法。

一、常用量子化学软件Gaussian/GaussView简介

Gaussian软件是一个功能强大的量子化学综合软件包，它可以在Windows，Linux，Unix操作系统中运行，是在半经验计算和从头计算中使用最为广泛的计算化学软件之一。该软件可以计算分子的能量和结构、键和反应能量、分子轨道、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径等。该软件的量子化学计算可以对体系的基态或激发态执行，可以预测周期体系的能量，结构和分子道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响、化学反应机理、势能曲面和激发能等等，因此我们可以从微观角度去理解和预测很多宏观的化学性质及现象。Gaussian计算软件经常与相应的可视化软件GaussView连用。目前Gaussian软件的最新版本是Gaussian 09[2]。

二、量子化学理论及软件在大学化学教学中的应用实例

1.分子稳定性预测。1，3-丁二烯分子中的碳-碳单键能够自由旋转，因而理论上可以形成顺式和反式异构体。那么两种异构体的热力学稳定性如何？我们可以通过理论计算给出合理的预测。运用密度泛函理论（density functional theory，DFT），在B3LYP/6-31G*水平，我们分别优化了顺式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的几何结构，并做了频率分析。频率计算无虚频，说明所得到的顺式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯均为最小点。图1给出了B3LYP/6-31G*优化得到的顺式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的几何结构和相对应的分子的能量。理论计算结果表明，相对于顺式1，3丁二烯的能量，反式1，3-丁二烯的能量大约低3.55 kcal/mol，所以反式1，3丁二烯的热力学稳定性更强，这就解释了为什么实验上没有发现顺式-1，3丁二烯构象的存在。

2.分子的红外吸收光谱和振动模式。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外光谱法的工作原理是由于振动能级不同，化学键具有不同的频率。因此，通过理论上的频率计算，就可以相应地得到分子的红外吸收光谱，并可以与实验得到的红外光谱进行比较。以最常见的H2O为例，基于水分子稳定点，通过DFT理论，在B3LYP/6-31G*水平计算了H2O分子的频率，并得到了相应的红外光谱图。如图2所示，在计算的水分子的红外光谱图中，一共有三个吸收峰，理论值与实验值（括号内的数值）是一致的。并且按照波数从小到大，分别对应H2O分子中O-H键的三种振动模式，分别是剪式振动，对称性伸缩振动，非对称的伸缩振动模式。通过理论计算和图形界面的动画演示，有利于加强学生对红外光谱的理解。

3.苯的前线分子轨道。分子轨道理论是结构化学教学的重点和难点内容之一。分子轨道理论是指当原子组合成分子时，原来专属于某个原子的电子将在整个分子范围内运动，其轨道也不再是原来的原子轨道，而成为整个分子所共有的分子轨道。关于分子轨道的概念非常抽象，单纯从理论和数学的角度学生难以理解[3，4]。如果能够结合量子化学软件将分子轨道图形化，有助于学生深入理解该理论。以苯分子的分子轨道计算为例，简单说明量子化学在结构化学教学中的应用。苯分子中有6个碳原子，6个π电子。这6个π电子杂化成6个π型分子轨道，其中三个成键轨道三个反键轨道。图3是通过Gaussian 09软件，在B3LYP/6-31G*水平计算得到苯分子的所有π型轨道，并通过GaussView可视化软件，将这6个π轨道显示出来。从图3中可以看出，这6个π型分子轨道的节面数分别是0，1，2或3。这6个π型轨道共有四个能级，节面为1和2的分子轨道，分别有两个简并能级。

4.溶剂化显色效应的模拟及其机理解释。溶剂分子能引起溶质吸收带的位置，强度，甚至谱线形状的变化[5]。这种现象称为溶剂化显色现象。在从微观结构研究溶剂对噻吩类化合物结构及性能影响方面，理论计算起着越来越重要的作用。图4（a）展示了含时密度泛函（TD-DFT）方法计算得到的齐聚噻吩的吸收光谱图，谱线按Lorentzian线形展开，从气相到强极性的水溶液，聚噻吩的吸收光谱发生了红移现象，与实验现象一致。根据Frank-Condon原理，垂直激发通常伴随着电荷的重新分布，因此激发过程可能会导致溶质偶极矩和能量发生变化。基于此，我们采用完全活性空间自洽场方法（complete active space self-consistent field）CASSCF（12，10）/6-31G*方法分别计算了二噻吩气相与溶液中基态和第一单重激发态的能量。如图4（b）所示，随着溶剂极性的增加，基态和激发态能量均随着溶剂极性增加而降低，但是激发态的能量降低的比基态的能量降低的要多一些，从而从本质上解释了噻吩吸收光谱发生红移的原因[6]。

运用量子化学计算软件Gaussian 09和可视化软件GaussView，结合多媒体技术，将大学化学教学中抽象难懂的化学知识以一种形象、直观、易于理解的形式呈现出来，有利于学生更加深入形象地理解化学知识，还能提高学习效率，对激发学生学习化学的兴趣具有显著的促M作用，取得了良好的教学效果，同时也丰富了大学化学课程教学的方法。

参考文献：

[1]Lewars，E. Computational Chemistry-Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics，Kluwer Acadamic Publishers：New York，Boston，Dordrecht，London，Moscow，2004：1-5.

[2]Frisch，M. J. et al.，Gaussian 09，Revision A. 02，Gaussian，Inc.，Wallingford，CT，2009.

[3]李延伟，姚金环，杨建文，申玉芬，邹正光.量子化学计算软件在物质结构教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012，（5）.

[4]刘杨先.量子化学Gaussian软件在“燃烧学”教学中的应用[J].课程教材改革，2012，（19）：41-42.

第2篇：量子化学和量子力学的关系范文

关键词： 结构化学；教学效果；探索与实践

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0256-02

0 引言

结构化学作为普通高校化学专业的重要基础理论专业课，此课程是以量子力学和现代分析测试仪器为理论和技术基础，研究原子、分子以及晶体的微观结构、运动规律和结构与性质之间的关系的一门学科，这门课的核心内容包含两部分内容-电子结构和空间结构，前者研究描述电子运动状态的波函数，后者主要是分子和晶体在空间的排布情况；一条主线为结构决定性质[1-3]。量子化学是结构化学的理论基础，它有固有的不可避免的数学结构，还有很多复杂抽象的哲学概念，因此很多学生感到难学，容易丧失结构化学学习的兴趣。所以，本文针对课程特点，在总结结构化学教学经验基础上，探索教学方法，提高学生积极性，提高课堂教学效果。

1 教学与学科发展史相结合

量子力学虽然是结构化学学习的理论基础，但并不是主要内容，在课程上只是用量子力学引出对结构化学非常重要的新概念，例如原子轨道、分子轨道、能级等，从微观世界解释或预言化学问题，但根本不会把课程深入到量子力学的丛林中。所以在课程开篇时让学生了解量子力学发展史上一些事件，接受量子概念，理解化学问题，从而学到科学方法论。

例如在课程开篇前介绍课程大致框架，介绍结构化学发展史与诺贝尔奖，通过诺贝尔奖获得者的简介让学生了解结构化学发展史，从而吸引学生学习兴趣。在介绍19世纪末经典力学时，引入开尔文在新年献词中的话-物理学上空飘着两朵乌云：Michelson-Morley实验和黑体辐射，吸引学生们的学习兴趣。在后期教学中，向学生介绍德布罗意：他大学学习历史毕业后受哥哥影响对物理发生兴趣，一战后随朗之万攻读博士，在博士论文里面提出的理论揭示了光子和物质粒子之间的对称性，并得到了爱因斯坦的肯定，在1929年获得诺贝尔奖。通过德布罗意的简介告诉学生兴趣是最好的老师，学习结构化学也是如此，从而克服学生畏难情绪。

另外，在教学中根据学科发展，适时增加教材中没有的学科前沿热点和动态，学生反馈意见表明，通过教学与学科发展史相结合、课堂与学科前沿相结合的讲授方式，使学生学到基础知识同时，又能知道课程知识与科研之间的联系， 激发了学生们的学习兴趣和从事科研的热情。

2 课堂教学注重准确性和条理性

由于结构化学的课程特点，教师讲授过程中如果稍有疏忽，容易导致学生继续学习的兴趣下降。所以，在授课过程中不能照本宣科，不能照着PPT课件念，必须对于基本概念基本理论要有准确的描述和解释，不能模棱两可。很多的数理推导贯穿于结构化学课程中，但是对于这些推导过程并不要求学生掌握，但是教师也不能避而不谈，必须讲清楚详细的推导过程，让学生知道来龙去脉，从而学生才能更好的掌握和理解这些结论。例如在讲解单电子原子的Schr dinger方程及其解这一节时，先给学生简单介绍氢原子体系薛定谔方程的处理，在变数分离以后得到三个方程，从而根据方程的边界条件引入三个量子数，让学生明白根据三个方程分别得到的是哪些量子数，这样学生对量子数就有了清晰的认识，再结合无机化学课程里面的知识，对下一节量子数的物理意义就有了很好的认识。

3 理论联系实际，注重能力培养

结构和性能的关系是结构化学课程的一条主线，虽然本课程理论性很强，但是还是有实验和技术基础的支撑。在课本第四章分子的对称性理论课结束后增加1-2周的模型实习，给出第四章课本出现的分子的球棍模型，让学生了解其对称性，让后将分子拆开后再组装起来，通过这种练习加深学生对分子对称性的理解。另外，基于学校的科研平台，让学生参与教师的科研课题中来，在仪器的使用实验过程中，将所学知识用到实际操作中，学会处理数据，将所学知识应用到实践中，加深对课程知识的理解，加深学生科研能力。实践表明，化学专业部分学生通过这个过程提高了动手能力，在研究生面试实验环节以及中学教学中都取得了很好的效果，部分研究生总体面试成绩还是名列前茅。

4 充分利用多媒体教学手段辅助教学

随着科学技术的发展，计算机在各个领域得到了广泛的应用，各个学校均使用了多媒体教学。可以把大量知识点列于幻灯片中，通过教师讲解框架结构，让学生充分理解课程知识点之间的联系，加深对知识的掌握。结构化学是在微观层面研究原子、分子以及晶体的结构和性质。传统教学没有直观演示，学生会刚拿到枯燥无味，难以理解结构和性质之间的内在关系。因此在教学中我们用Chemwindow6.0，Origin 7.5，Flash等软件制作原子轨道线性组合成分子轨道动态图、分子的三维空间结构图，晶体结构图，使得抽象变得具体，更直观更清晰地展示出分子的三维空间结构图，让学生在短时间内获得大量知识，从而提高了教学效率。

5 课程教学与练习同步

在课程教学前，教师可以提前制作结构化学题库，题库内容应每章节的知识点，主要题型为选择题、判断题、填空题、问答题和计算题。在每一章教学中和结束后，始终贯穿着练习，随时把握学生掌握情况，及时解决学生出现问题。考核学生掌握情况可以包括课堂提问和发问，课后作业以及每章从题库抽取的练习题测试等多种形式，在教与学中把“过程”和“终结”有机结合起来，例如在讲授完量子数意义后，引入一道化学奥赛题：假如某星球的元素量子数服从下面限制：n为正整数；l=0、1、2……；m=±l；ms=+1/2，那么在这个星球上，前4个惰性元素的原子序数各是多少？在解这样的题中让学生学会活学活用。总之，采用引起学生注意、提供学习的指导、后期反馈等一系列环节，学生的学习兴趣提高，学习效果有很大的改善。

6 小结

在结构化学教学中，通过以上几种方法的有机结合，学生教学评价最多的是学习主动性显著提高，兴趣有很大提高，课堂气氛活跃。学生自己获取和应用知识、解决课程问题能力有了很大的提高，学生也不再感觉“结构学习如登天”、“结构不再是噩梦”。

参考文献：

[1]周公度，段连运.结构化学基础（第四版）[M].北京：北京大学出版社，2008.

第3篇：量子化学和量子力学的关系范文

结构化学是用现代物理化学实验方法和量子力学原理，在原子―分子水平上研究物质分子构型与组成的相互关系及其结构与性能之间关系的一门科学。由于这门课数理推导多、概念抽象，好多学生在学习本课程时都有畏难情绪，学习此课程的自信心不足。随着计算机技术及互联网的进步，将计算机软件用于辅助结构化学的教学日益受到老师们的重视。美国剑桥软件公司研制的Chem 3D Ultra11.0是当前结构化学教学中常用的编辑软件。Chem 3D Ultra11.0软件可编辑各类十分复杂的结构化学中的结构式、检查分子结构的合理性以及立体化学的空间表达，还可以精确表达有机物分子中指定官能团部分的多种光谱，并且还能绘制DNA的分子螺旋结构，预测分子的某些常见分子轨道。Gaussian是化学领域进行半经验计算和从头计算中使用最广泛的量子化学软件。Gaussian可用于研究分子能量和结构、化学键和反应能量、过渡态能量和结构、原子电荷和电势、红外和拉曼光谱、分子轨道、极化率和超极化率、振动频率、核磁性质、反应路径、热力学性质等，是研究取代反应、反应机理、势能面和激发态能量的有力工具。Gaussian View是专门为Gaussian用户开发的，帮助建立输入文件和查看输出结果而设计的图形用户界面程序。

一 Chem 3D Ultra在前线分子轨道理论教学中的应用

前线分子轨道理论是日本理论化学家福井谦一成名的理论，这一理论将分子中的单电子波函数根据能量细分为不同能级的分子轨道，该理论认为有电子排布的、能量最高的分子轨道（即最高占据轨道HOMO）和没有被电子占据的、能量最低的分子轨道（即最低未占轨道LUMO）是决定一个体系发生化学反应的关键。在以往的结构化学教学过程中，分子轨道主要由教师手绘，非常费时也不严谨。Chem 3D Ultra11.0经过计算模拟后可显示全部分子轨道图像，在教学中非常明了直观。例如，在Chem 3D中首先可以方便地绘出乙烯分子的结构图，从结构图中很容易看出乙烯分子的6个原子处在同一平面上，属于D2h分子点群。通过[Calculations]计算完以后，我们就可以通过[Surfaces]显示如图1的前线分子轨道图，其中HOMO是p成键轨道，LUMO是p反键轨道。用Chem 3D软件显示出的分子轨道，学生很容易理解。用同样的方法我们也可以方便地得到其他分子的轨道图。

二 Gaussian View在分子光谱教学中的应用

分子的红外光谱起源于分子的振动基态 与振动激发态 之间的跃迁。只有在跃迁的过程中有偶极矩变化

的跃迁，即 不为零的振动才会出现红外光谱，

这称为红外活性。在振动过程中，偶极矩改变大者，其红外吸收就强；偶极矩不改变者，就不出现红外吸收，为非红外活性。用Gaussian程序，在B3LYP/6-311++g（2d，2p）水平上优化得到H2O的最小能量结构，并且

* 榆林学院精品课程项目（编号：JP1302）、榆林学院发展专项资助项目（编号：HGY2015-3）

做FREQ频率分析，然后用Gaussian View程序显示，可得图3，即H2O的红外振动光谱图。为了显示H2O的3种红外振动模式的动画形式，首先用Gaussian View打开H2O的out文件，然后点击[Results][Vibrations][Start]，即可显示动画形式。从动画、图2及图3可以看出，对称伸缩偶极矩变化不大，所以它的振动强度（Intensity）就非常小，其他两个振动，振动强度比较大。非常直观明了，学生通过看动画很容易理解深奥的理论。

三 键级的计算

在结构化学教学中，我们常常通过对分子的结构进行分析来解释或预测化学反应的性质，这也是结构化学的重要应用之一。比如在结构化学教学中求解得到的电荷密度、键级、自由价和分子图等概念可以用来解释分子的活性位置、说明化学反应的过程和机理，也可以用来解释分子的动力学行为等。但如果我们要得到自由价、电荷密度和键级的值，首先要利用休克尔分子轨道理论法求解不饱和分子的薛定鄂方程，然后根据课本上的公式进行计算，整个过程非常复杂，也比较繁琐，一般在课堂上由于时间较短很难做到。而Gaussian提供了简易的计算程序，只要在优化好的分子上并加上关键词iop（6/80=1）即可得到分子的Mayer键级。如图4，就是在B3lyp/6

-311G*水平上优化好分子后得到的1，3-丁二烯的Mayer键级，从图中可以看出，C1和C2及C3和C4之间的键级较大，而C2和C3之间的键级较小，从而可以解释为什么1，3-丁二烯的加成反应发生在1，4位而不是2，3位；C1和C2的键长小于C2和C3的键长，等等。

第4篇：量子化学和量子力学的关系范文

关键词：学科交叉；理论优位；实践转向；默会；介入

        一、学科交叉现有理解的科学哲学背景

        一个学科的理论是另一学科的理论基础；两个学科的理论可以结合而发展出新的理论。我们通常在理论角度理解学科交叉。例如，量子化学是以量子力学为理论基础应用于对化学过程的解释。

        我们在实验、仪器、技术等角度也看到过学科交叉。x射线衍射方法对dna结构的发现有极为关键的作用。但通常理解这是生物学研究中应用了物理学的结果。这种理解背后暗含的还是学科理论间的结合。

        我们还往往通过回溯去理解学科交叉。当科学成果出现后，回顾科学史发现有学科交叉的重要作用。这样，我们在科研过程中难以意识到存在哪些交叉的可能，限制了我们有意创造机会各异的学科交叉。

        我们对学科交叉的这些理解有它的科学哲学背景。从逻辑实证主义出现，无论批判理性主义还是范式（paradigm）理论等等，所有传统科学哲学都采取了理论优位的观点。ssk强纲领以种种社会利益因素解释科学活动[1]的社会学研究进路虽然对前述科学哲学形成强烈冲击，但它只是将科学理论以自然为基础转变为以社会为根源，并未改变理论优位的立场。

        只关注科学的理论形态是理论优位的传统科学哲学和ssk的一个共同特点。除此之外，它们都试图在理论上为科学寻找普适性的所谓合理性与方法论，而忽略科学研究的具体过程和历史轨迹。由此又可以得出传统科学哲学和ssk的另一个特点：忽视对科学研究过程做科学哲学上的研究。

        理论优位的科学哲学忽视了对科学研究过程的研究，也就看不到科学研究中仪器、技术、实验、研究者、财力、政治等等诸多因素的相互牵制与促动，也不认为科学是自然、理论、仪器、解释等诸多方面巧妙组合出的“自我辩护（self-vindication）”[2]。古丁（d. gooding）感言“主流科学哲学……没有一次涉及实验过程（experimentation）”[3]。

        科学哲学体现的是科学观。我们从理论角度对学科交叉的理解来自理论优位的科学哲学背景。对这一状况的扭转需要我们进入科学哲学的实践视野。

        二、 一些科学实践哲学观点

        随着科学哲学的实践转向，一些颇有见地的观点出现。

        哈金（i. hacking）认为科学是人介入（intervening）其中的过程[4]，科学是仪器、解释、自然、理论等等“彼此培育”出的“自我辩护”[2]。皮克林（a. pickering）认为科学是各种异质要素冲撞（mangle）的筑模过程（modelling）[5]。古丁（d. gooding）将“观察的精细结构中手、眼与脑的相互结合”[3]总结为实验实践的两个特征之一。劳斯（j. rouse）认为“范式首先不是获得认同的理论立场，而是……获得和应用一种技能”[6]。“科学研究……根植于对专门构建的地方性情景（典型的是实验室）的技能性把握”[6]。伽利森（p. galison）认为科学存在仪器、理论、实验等亚文化，这些传统不是同时转换而是相互交叉与重叠[7]。其中一个传统（例如理论传统）出现断裂并不影响其它传统的连续。

        科学是处于不同社会领域的众多参与者共同活动的综合结果，边界对象（boundary objects）[8]和标准化整合（standardized packages）[9]揭示了科学研究的这一特点。“边界对象处于几个不同的社会领域的交界面上……边界对象的可塑性足够适合采用它们的几个不同团体的地域需要与限制……还足以充分维持着一种跨越不同场所的公共认同性”[8]。可塑性意味着不同社会领域、不同团体在不同场景中研究同一个被称作边界对象的东西，在不同场景中对边界对象虽有不同理解，但它适合于各个场景。标准化整合则是由科学理论和被标准化了的技术组成，由于它们被不同社会领域成员的共同采用才建构出科学。

        上述这些观点都体现出对科学研究过程的关注。它们不是单纯把科学看作知识体系，而是把科学看成一个实践过程。它们不是把科学看作理论的转换与延续，而是不同文化传统的融合与演进。它们认为科学已经没有严格的“内”“外”之分和学科界限。它们看到的是科学活动过程中各种异质要素的相互冲撞与耦合；看到的是研究者的技能和人介入到不同的研究情景（context）之中；看到的是理论、仪器、技术、实验、相应解释、社会利益、文化传统等各个方面的相互牵动。科学的这些异质性和相应的复杂性，为我们展示出学科交叉的多样性与丰富性。

        三、科学实践哲学对学科交叉的新理解

        （一）多种可能的学科交叉

        科学研究是各种异质要素的冲撞过程。

这些异质要素来自仪器、实验、技术、理论、假设、社会利益、文化传统、观念、自然、物质条件、人的技能等诸多方面。这样，学科交叉就不是一种可能，而是在各种异质要素的牵动中出现多种可能的交叉。伽利森的亚文化传统相互重叠本身也意味着不同文化传统之间存在的交叉。边界对象和标准化整合本身就是不同研究领域间的交叉带。科学实践哲学凸显了我们以前没有直接揭示的学科交叉新形式。

       在不同于理论优位的实践视野中，仪器、方法、实验、技术、背景理论、研究指向、解释性理论等等之间可以存在交叉。例如同一学科中在它所关注的同一研究问题上可能涉及不同的技术，从而形成不同的交叉。同是粒子物理中探测中微子，采用电子学探测器时涉及到电子技术和计算机数据处理技术。同样问题上，对探测器中的水进行纯化或从四氯化碳液体中提取出中微子的反应产物，利用的是化学工程的提纯技术。这两种方式都涉及技术因素，都形成技术与研究指向之间的交叉，但显然是不同的交叉形式。

        学科交叉也可以出现在不同亚文化之间。例如粒子物理探测中曾有图像和逻辑两种亚文化传统[7]，现在的粒子物理探测器多是大型谱仪。大型谱仪既获得逻辑信号（即数字信号）也获得图像信号，这些信息由计算机进行数据重建。数据重建时，对采集的图像信号也经过计算机的逻辑电路进行处理，对采集的数字信号（即逻辑信号）也可以生成可见图像。逻辑传统与图像传统交叉于同一套仪器的同一次探测过程中，并且这种交叉是必须进行的，否则我们无法获得对粒子事件的探测和理解。

        （二）科学活动中人的介入与学科交叉

        科学实践哲学的独到视点是看到了科学研究中研究者的技能（craft knowledge）和默会（tacit knowledge）。这样，研究者把一个学科中习得的默会、技能带入了另一学科中也可以形成学科交叉。科学哲学实践视野还看到了传统的融合。这都使我们对学科交叉有了新的理解。如何进行文化传统的融合，如何在新的领域运用研究者的默会与技能，在这些方面的适当把握可以促成新的交叉。

        为解决色散对短周期脉冲星观测的制约，赫尔斯（r. a. hulse）发展了消色散算法[10]。实际应用时，必须运用自己的默会与技能判断观测结果。对消色散算法的运用又发展了他的技能。他凭借这种技能，通过观测数据判断发现了脉冲双星，这一判断又需要把电子学信号处理传统与天体力学数据处理传统相融合。在此基础上，他又运用射电手段检验引力波。这是在射电观测的新情景中应用已有的传统和技能。他因发现脉冲双星并检验引力波而获诺贝尔物理学奖，必有这些交叉的贡献。

        （三）边界对象和标准化整合带来的新思考

        边界对象和标准化整合都是由不同社会领域的不同学科所共同关注并建构而成的。边界对象使得对它有兴趣的不同领域间相互招募，标准化整合则是不同研究领域共同构筑和认可的一致标准。

        由于不同领域对它们的共同兴趣，使得我们既要考虑学科交叉的可能，也要考虑交叉的结果。考虑可能意味着其它相关学科也会关注同样的问题，只是方法、侧重点、利益不同而已。考虑结果意味着该研究问题对其它学科的可接纳性，因为这关系到能否形成标准化整合而使研究结果得到共识。这种新特点与理论优位看待学科交叉非常不同，应当引出对学科交叉与以往不同的自觉性。

        各种各样的学科交叉就存在于丰富而复杂的科学研究过程中，关键是我们能否意识到它们，是否获得了在各种可能的方式上学科交叉的自觉。 

参考文献：

[1]shapin,s.the politics of observation:cerebral anatomy and social interests in the edinburgh phrenology disputes.on the margins of science:the social construction of rejected knowledge,sociological review monograph 27.university of keele,139-178.

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[3]（美）古丁.让力量回归实验[a].（美）安德鲁?皮克林编著；柯文,伊梅译.作为实践和文化的科学[c].北京：中国人民大学出版社,2006,69-118.

[4]hacking,i.representing and intervening:introductory topics in the philosophy of natural science.cambridge:cambridge university press,1983.

[5]pickering,a.the mangle of practice:time,agency and science.chicago:the university of chicago press,1995,19.

[6]（美）劳斯著；盛晓明,邱慧,孟强译.知识与权力：走向科学的政治哲学[m].北京：北京大学出版社,2004,31,124.

[7]galison,p.image and logic:a material culture of microphysics.chicago:university of chicago press,1997.784-803.

[8]star,s.l.& j.r.griesermer.institutional ecology,“translation”,and boundary objects:amateurs and professionals in berkeley’s museum of vertebrate zoology.social studies of science vol.19(1989):387-402,393.