量子力学基本知识精选(九篇)

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第1篇：量子力学基本知识范文

关键词 量子力学 教学改革 创新能力 研究性教学

中图分类号：G643.0 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.07.017

Graduate Education Course Advanced Quantum Mechanics Teaching Reform

HU Ping， PENG Zhihua， GUO Ping， HU Jiwen

（College of Mathematics and Science， University of South China， Hengyang， Hu'nan 451001）

Abstract Postgraduate both the learning process to deepen the knowledge of the process is scientific ability， knowledge of scientific basis. From Graduate Teaching Mode existing problems， discusses the necessity of quantum mechanics graduate students in higher education， research teaching model introduced in the teaching process， improve the quality of teaching so that students master the basic principles of quantum mechanics， based on general ability， innovation ability has been greatly improved.

Key words Quantum Mechanics; teaching reform; innovative ability; research teaching

自上个世纪80年初期恢复研究生教育，我国的研究生教育进入了蓬勃发展的时期。①随着我国高等教育的发展，研究生教育规模的也迅速扩大，研究生教育质量已成为一个全社会关注的焦点问题。我国研究生的素质关系到国家的未来发展，研究生教育是为国家培养现代化建设、发展科技培养高水平、高层次人才;研究生教育是我国站上世界知识经济高点的重要支持;同时也是高校实现由教学型向研究型转变的重要基础。研究生教育不同于本科生教育，研究生教育不仅包含课程教学，同时包含了社会实践、学位论文等诸多环节。②然而作为科研能力、自主创新能力发展的基础――课程教学不仅要传授知识，更重要的是要指导研究生思考，是提高研究生培养质量的根本。

研究生教学质量是整个研究生教育的一个重要部分，如何合理利用现有教学资源条件，使得研究生教学质量能够稳步提高，则成为研究生管理的首要解决问题之一。自上个世纪80年代以来，高等教育改革逐渐兴起，其主要目标就是培养创新型人才，教育界越来越多地关注教学方法创新研究。首先，研究性教学，是一种能有效引导学生主动探究、培养学生创新能力的教学方式，引起全世界各地的教育及其相关部门的关注。目前，教育部实施研究生科研创新项目研究计划， 现在全国已有100多所大学参加这项计划。其次，在过去的几十年中，国内外在总结以前高等教育成果与不足的基础上，以培养创新型人才为教育主要目标，对原有的传统高等教育模式进行了改革。

自从20世纪50年代美国施瓦布教授首先提出学生的学习过程和科学家的研究过程是一致的以来，研究性学习引起了人们的广泛关注，提出了各种相关的理论。③④⑤ 然而，现在国内的高校课堂教学大部分都是基于传统教学模式：教师教学――课堂讲授为主的教学模式。而研究性学习，则主要是以研究问题为基础、由学生主动提出问题、并设计解决方案、解决问题，并在这一过程中获得知识、培养相应的能力，基于此中方式来展开教学与研究的教学模式在国内现有的教学理念与教学资源条件下，应用并不广泛。尤其是在相对较为抽象难懂的理工类课程如量子力学课程教学中应用更是甚少。⑥研究生教育主要是培养学生的科研能力与素养，首先要在“研究”的培养上下功夫，而研究生课程教学正好提供了这一平台。在本文中主要以高等量子力学课程教学为主要研究内容，探讨如何进行课堂教学改革。

自1978年国内恢复研究生招生制度以来，高等量子力学就被列为物理系各专业研究生必修的学位课程之一，同时高等量子力学也是报考博士研究生的考试科目之一，在原来本科阶段“量子力学”的基础上进行深化和拓展，主要是提供学生在后学研究工作中要用的一些知识和方法。量子理论已经成为解决物理学、生命科学、信息科学和材料科学等理论问题的关键。

量子力学作为一门微观物理课程，与经典物理学相比，有一个很明显的差异：其中很多理论很难与日常生活和经验对应，涉及的理论、概念非常抽象，同时涉及非常多的数学知识，如（线性代数、Hilbert 空间、群论、数学物理方法和复变函数等），内容繁多，知识结构广泛，使得学生理解起来有非常大的困难，同时容易诱使学生陷入复杂繁琐的计算，而失去对量子力学学习的兴趣。目前，从我校物理系硕士研究生的实际情况来看，学生的量子力学知识水平参差不齐，有的学生以前没有学习过量子力学，有的学生学量子力学学时非常短，同时每个研究方向对量子力学的需求也不尽相同。 因此，量子力学成为教师公认难教的课程、学生公认难学的课程。 高等量子力学的教学效果将直接影响学生以后的科学研究创新能力与论文水平。为了培养研究生日后的科研能力，我们主要从教学内容和教学方法上进行了改革探讨。

在教学内容上，结合本校教学时限（48学时）和本校学生的特点、学生的研究方向，主要目标是将量子力学的知识应用到其它领域，避免冗长的理论计算，激发学生的创新热情。重点学习量子力学的形式理论、微扰理论、对称性和守恒定律、量子散射理论等。

在教学方法上，根据学生的知识基础和教学内容的特点，改变传统的教学方式，采用学生为主的教学方式。传统的教学方式主要是以教师讲授为主的灌输式、填充式，由于量子力学本身的特点，这些教学方法对量子力学的教学实效非常有限。一方面，一个主角的表演使得本身比较枯燥的量子力学课堂毫无生气，学生面对复杂繁琐的数学推导，思维跟不上教师的节奏，学生的学习热情下降。另一方面，学生本身的角色没有改变，自主学习、自主思考没有可锻炼的平台。教师考虑到自然科学的特点，一定要从知识的传承角度出发，这样教师要去贯彻启发式的教学方式。学生学一门课，学的是前人从实践中总结出来的间接知识。一个好的教师，应当引导学生设身处地去思考，自己是否也能根据一定的实验现象，通过分析和推理去得出前人已认识到的规律？自然科学中任何一个新的概念和原理，总是在旧概念和原理与新的实验现象的矛盾中诞生的。⑦作为教师，要充分利用新旧理论的矛盾提出问题，让学生思考问题，并设计一套完成的解决方案。在量子力学的课堂教学中，笔者结合实际情况，主要采取的是学生讲授为主、教师辅导的方式。尽管学生对量子力学知识的理解有限，但是一方面可以促使学生在课前预习;另一方面学生为了准备一堂课，要查阅相关资料，这样就可以极大地提高学生查找资料的能力，拓展学生知识面。作为教师，从学生讲授中也可以得到一些启发，诸如学生对一个问题理解的切入点与教师理解的不同，从而教师可以调整日后的课堂教学，使得课堂教学的内容从抽象化为通俗。

将科学研究融入到课堂教学，也是实现课堂教学改革的有效方式之一。研究生不仅要学习知识，更要的是做科学研究，寓教于研同样可以提高教学效果。在课题教学中，针对一个主题，在讲授基本知识的同时，更多的引入与之相关的前沿知识，并要求学生设计相关的问题，展开调查研究，以论文、学术报告的方式提交研究成果。通过此种方式，研究生的科学研究能力得到锻炼，创新思维能力得到培养，符合我们培养创新型人才的目标。

本文结合本校研究生的实际情况以及量子力学学科特色，我们主要从从教学内容、教学方法两方面探讨高等量子力学课程的教学改革。随着我国高等教育的发展，研究生课程教学改革还有待进一步地深化，这样才能提升我国研究生教育的整体水平，为祖国的发展培养更多的人才，日益增强国家的综合国力。

本文得到南华大学教学改革研究课题，2014XJG49;南华大学研究生教学改革研究项目 资助

注释

① 周萍.量子力学研究性教学[J]. 中国科教创新导， 2011（17）： 89-90

② 高芬.美国高校研究生教学中的“教”与“学”――以美国马萨诸塞大学阿默斯特分校教育学院为例[J].学位与研究生教育，2011（3）：73-77.

③ 沈元华.设计性、研究性物理实验介绍[J].物理实验，2004（2）：33-37.

④ 顾沛.把握研究性教学、推进课堂教学方法改革[J].中国高等教育研究，2009， （7） ：3 1-33 .

⑤ 陈兴文，白日霞，李敏.开展研究性教学培养大学生创新能力[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2009（1）：123-125.

第2篇：量子力学基本知识范文

Concepts and Methods of 2D

Infrared Spectroscopy

2011,296pp

Hardback

ISBN9781107000056

本书介绍了二维红外（IR）光谱这一前沿技术，以及在能源科学、生物物理学和物理化学等不同学科的应用。这本书带领读者对二维红外光谱的基本概念一步一步建立起直观的认识，并深入进行了解。该书用深入浅出的方法，介绍了复杂的数学概念，同时结合了实验室实际操作的条件，对实验的方法进行设计。为帮助读者更好理解书中所涉及的概念，本书还为读者提供了用来模拟二维红外光谱的计算机代码和相关练习。通过此书，读者将掌握如何准确分析解释二维红外光谱，独立设计自己的光谱仪，建立自己的脉冲序列。

书中内容具体包含二维红外光谱的基本原理、红外光谱的多脉冲实验设计、微扰密度矩阵展开、偏振控制、分子耦合、二维红外光谱线形状、二维红外光谱动态交叉峰，以及具体的实验设计、数据收集和处理；最后，还介绍了若干实用的模拟方法，并提供了有关脉冲序列设计的一些例子。其中，书中第二章和第三章主要介绍了密度数学方法，包括布洛赫矢量、密度矩阵和费曼图等；第八章和第九章介绍了二维红外光谱线形状和动态交叉峰等实验方面的知识。为了进一步帮助读者理解相关内容，书中每一章的结尾均附有练习，所需的计算机代码和练习答案均可以从作者的网站省略/9781107000056下载。

本书的作者是瑞士苏黎世大学的彼得•哈姆和美国威斯康星大学麦迪逊分校的马丁•扎宁。作者依据自己多年的研究，系统描述了二维红外光谱的应用范围，以及对科学研究所起到的重要作用，还提供了进行二维红外光谱实验的多种方法，包括研究飞秒脉冲序列相互作用过程中的密度矩阵方法。并且，作者通过介绍非线性光学和量子力学、统计力学的相关知识，使读者充分理解二维红外光谱的原理，并能利用二维红外光谱技术进行相关实验设计，开展相关研究。

本书对于刚进入二维红外（IR）光谱研究领域的研究生和研究人员非常有帮助。阅读本书，需要读者具有非线性光学的基础，以及量子力学和统计力学的基本知识。

杨盈莹，

助理研究员

（中国科学院半导体研究所）

第3篇：量子力学基本知识范文

关键词：工程化学;教学实践;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）06-0150-02

工程化学课程是针对高等院校非化学化工专业本科生开设的公共基础必修课程，在工科大学生的知识结构体系中占据着重要地位，工程化学教学在专业培养中的定位是传授基础工程化学知识、健全学生的知识结构体系，训练学生掌握专业工程实际应用中涉及的基础化学知识和实验操作的技能[1]。工程化学课程从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发密切联系现代工程技术中遇到的如材料的选择和寿命、环境的污染与保护、能源的开发与利用、生命科学的发展等有关化学问题，使学生掌握有现实应用价值和有潜在应用价值的基础理论和基本知识，促使学生在今后实际工作中能有意识地运用化学观点去思考、认识和解决问题[2]。因此，工程化学课程的学习对非化学化工专业学生的全面培养起到相当重要的作用。

由于高考化学课程所占比例有所降低，过去原本在中学化学课程中讲授的内容放到大学来进行学习，工程化学基础课程对于现在非化学化工的大学一年级学生来说，存在着内容多、学时少，新名词新理论多、跨度大等问题，学生学习起来普遍感觉吃力、抓不住重点、掌握不住方法[3]。因而，在大学里工程化学的教学就显得尤为重要。

新疆大学建筑工程学院自2014年通过国家教育部土木工程专业评估后，为提高我校土木工程专业学生的化学素养及基本化学实验能力，将工程化学课程教学课时从原来的28学时调整为36学时，并增加了10学时的实验课课程教学。因此，如何在这有限的课堂教学和实验教学中提高我院土木工程专业学生的化学素养，让学生能在今后的学习和工作中能够有意识地运用化学观点去思考、认识和解决问题，是摆在工程化学课程授课教师面前的紧迫任务[4]。对此，笔者结合我院土木工程专业讲授工程化学课程的经验，结合我院大一新生特点，根据工程化学课程的内容并结合土木工程专业后续课程内容的需要，对工程化学基础课程的教学方法进行实践与思考。

一、优化课程教学内容

目前，工程化学课程使用化学工业出版社出版的贾朝霞教授主编的《工程化学》一书，全书从物质的聚集状态、化学反应的基本规律、溶液的离子平衡等基础理论出发，结合了无机材料、有机材料、常用油品和化学与环境保护等内容，适用范围较广。

结合我院土木工程专业的人才培养目标，对工程化学课程的基本知识、基本原理、专业知识和技能知识的讲授比例进行了优化，在保证基本知识和原理内容的教学课时的基础上，通过增加课程学时的办法，较大比例地增大了课程的专业性和技能性。当然，要想在有限的学时数里让学生掌握工程化学课程中涉及的所有内容，这是不现实的。因此，就需要教师在有限的讲授课时中，让学生真正领悟到化学是一门与我们生活息息相关的科学知识，激发学生学习兴趣，进而产生一股潜在的驱动力让学生提高自主学习的能力，使他们愿意将其学好、学透。

工程化学课程相较于化学化工专业的普通化学课程而言，是让非化学化工专业学生从较为具体和实际的化学角度认识和分析解决工程技术中的问题，这是一种通向学以致用的途径。因而工程化学课程应该有明确的专业针对性。因此，在基础理论的讲解过程中，对于应用量子力学的知识去理解核外电子运动状态的这部分内容，这部分教学内容笔者认为应重思维而轻具体内容，只需要求学生对量子力学解决原子结构问题的思路即可。讲授过程中可以较为系统地介绍人类认识微观世界的发展过程，从道尔顿提出的原子学说到卢瑟福的含核原子模型，由波尔理论、鲍林规则到量子力学理论的产生后，人类是如何逐步深入的探究微观粒子的运动状态、化学键和分子结构。使学生认识微观世界的本质，了解和掌握波粒二象性、测不准原理以及化学键的成键本质;再从微观本质的基础上，进一步学习化学变化的宏观现象，介绍如何运用这些原理来指导实际的科学问题。如可以现代液晶电视中分子间作用力是如何被表征的;混凝土中减水剂分子是如何通过表面化学现象实现高减水的等等。这样可使知识的讲授环环相扣，也避免了枯燥的理论满堂灌。

二、实验教学内容的更新和完善

工程化学实验是工程化学课程体系的重要组成部分，是培养学生工程实践基本素质的一个重要环节，为将来运用工程化学知识解决和化学有关的实际问题打下一定的基础。以往工程化学课程的实验项目多为验证性实验，如化学实验仪器的基本操作、酸碱滴定等，实验内容比较单一，综合性和设计性实验项目偏少，不能有效培养学生综合运用化学知识解决问题的能力[5];并且对于土木工程专业学生来说也无法突出专业特点，与后续专业课程的学习衔接性不好。

目前，我院对工程化学实验课的开设提出要积极增加综合性、设计性和创新性的实验项目，压缩验证性实验项目的要求。对此，实验室将原有化学实验仪器的认识和电子天平的使用、双指示剂法测定混合碱液中组分含量、水质检验及水硬度测定、氧化还原与电化学、固体氯化铵生成热的测定等五个实验调整为化学实验仪器的认识和电子天平的使用、粗食盐的提纯、水泥熟料中二氧化硅含量的测定和金属的防护与防腐等四个与今后专业课程内容联系更为紧密的实验项目。而且我院在实验室规定的开放实验时间内，学生可以通过查阅资料、拟定方案、设计实验并和老师讨论后可进实验室进行实验项目工作的开展，让学生自我发挥的空间更大。

新开的实验课项目在满足实验的基础性和创新性的前提下，注重了实验的设计与综合。大学实验课较为强调作为主体地位的学生在实验过程要有发散性的思维，敢于试错。指导教师要尊重学生的主体地位，不能再以教师为中心或者以知识权威者的身份进行知识的灌输，而是把学生作为中心，围绕学生的特点需要，以帮助学生学习不断进步为目的，与学生商讨问题，解决问题，把工程化学实验室建造成为大一新生步入的第一个进行研究性学习的场所，让他们学会利用大学的有利环境，锻炼提高自身的专业能力、心理能力和社会适应能力。

通过实际教学发现，根据专业需求设置实验项目内容，在大一新生掌握他们所需的化学知识和实验操作技能的基础上，还可使他们对今后所学专业的应用前景有一个初步的了解。

三、课程考核方式的改革

当前，工程化学课程在大一入学第一学期开设，我院对于土木工程专业将其设定为考查课。这对于大一新生来说，考核方式与高中一场接一场较为狭隘的学习目标有所不同。大一新生对大学的学习抱有强烈的好奇心，但经过对大学课程的接触后就会发现大学教学内容、方式和手段与中学时有很大差异，对于长期习惯于学生和老师捆绑式的鸟儿喂食的教学方法的大一新生开始感到茫然，很难在短时间里找到适应大学阶段的学习方法。而工程化学课程内容多、学时少、跨度大，入学的大一新生往往稍不努力学习，就会感觉学习吃力。高考胜利所带来的良好感觉将逐渐消失，精神压力也感觉较大。对此，笔者认为在授课过程就应指出大学工程化学课程与高中化学课程学习的巨大差异性，其中，课程的考核方式不在是单纯依靠期末的卷面成绩，而是要更多考查学生自主学习能力、实践能力和创新能力等综合素质的评价。

考勤（5%）+作业（5%）+实验成绩（10%）+期终卷面成绩（80%）这种传统的理论课考核权重方式和大一新生高中阶段的学习考核方式相仿，比较侧重于终结性的评价，笔者感觉这种方式由于与高中学习考核方式的相仿而不利于调动大一新生的学习积极性;对此，我院工程化学课程考核方式调整为考勤（5%）+作业（5%）+实验成绩（10%）+期终卷面成绩（40%）+个人专题论文（20%）+团队创新实验（20%）这样六部分构成。考核方式的多元化改革是希望学生逐步提高自主学习和团队合作的能力，在这种新体系的考核方式中，更突出了过程性考核，有利于学生将来走向社会后的职业发展。

四、结束语

通过实际教学发现，化学作为一门与工程实践紧密结合的基础科学，不仅要让学生掌握好基础理论，更要让学生学会运用所学的理论知识思考、解决所面对的生产实生活中的实际问题。

由于当前工程化学课程设置的教学时数和实验课时数相对较少，有限的学时往往也限制了部分教学方法和手段的使用，这些问题和不足，笔者认为随着今后互联网的蓬勃发展，信息化建设水平的不断提高，今后可在网络教学平台上搭建出一个不受教学时间和空间限制并且教师与学生能够良好互动的24小时教室。

总之，工程化学课程的教学改革取得了一些成绩，积累了一些经验，但改革是一项长期而艰巨的任务，需要相关教师在当前学校以教学为基础、以科研为导向的政策支持下，付出更多的努力。

参考文献：

[1]吴芳辉.关于工程化学基础课程教学策略的探讨[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2012，（29）：121-122.

[2]冉敬文，任乃林.《大学化学》教学经验与体会[J].广东化工，2009，（5）：214-215.

[3]王卫.基础化学原理教学改革探索[J].大学化学，2011，26（4）：21-23.

第4篇：量子力学基本知识范文

关键词：科学活动观；结构化学；课程教学

一、问题的提出

“结构化学”是高等院校化学专业的主干基础课程。它从微观视角阐明原子、分子和晶体的结构、性能和应用，主要包括量子力学基本原理及其在原子与分子体系中的应用和原子、分子与晶体结构的实验表征两大部分。后者又可根据被表征物质的形态及理论基础的不同，划分为谱学和晶体学两个不同体系[1]。

由于“结构化学”课程涉及面广、内容抽象、理论性强，要求学生具备较强的空间思维能力，严密的逻辑推理能力和扎实的数理功底；同时由于“结构化学”通常不作为考研基础科目，因此许多教师对教学有效性缺乏足够重视，大量采用灌输式教学或简化教学内容。这样看似在短时间内完成了课程内容的教学，但实际上产生了诸多问题，这些问题恰恰制约着课程目标的达成。

（1）学生难以形成对知识的整体性认识。教师将结构化学知识作为一种结果和定论传授给学生，从表面上看，学生能够机械记忆基本知识，能进行简单的运用和拓展。但由于没有经历和体验知识获得的过程，无法从本质上、整体上理解结构化学的知识体系的来龙去脉、因果关系。

（2）学生关于理论与计算化学的学习和研究能力非常欠缺。由于结构化学涉及许多微观物质的结构和抽象的概念，如果没有科学的方法支撑去解决问题、发现规律，学生难以理解理论与计算化学的核心观念并运用理论与计算化学的核心方法。

（3）学生的情感体验不足。由于结构化学本身具备较高的难度，学生容易产生抵触、焦虑等一系列不良情绪。仅仅将知识作为一种工具和经验传授给学生，他们将无法体验和感受在知识形成中的愉悦感和合作、会话、交流的过程，进而难以得到需要的满足和被尊重、被接纳的情感体验。

基于以上“结构化学”教学的问题，有必要探索、建立新的教学观念以改革“结构化学”课程教学。由于科学知识从本源来讲恰恰是在科学活动中产生的，因此将“结构化学”的教学活动和科学活动做适当的融合，通过深入探索化学科学活动的基本特点和形式，研究科学活动与“结构化学”教学的相互关系，进而探索以科学活动为中心的“结构化学”课程教学途径，不失为一种恰如其分的改革视角。

二、科学活动观——“结构化学”课程教学的新理念

人们对科学本质的认识是一个不断深化的过程。从动态的和生成性的观点看，科学作为“系统化的实证知识”的观点引起了人们高度反思。有人认为科学的本质是获得知识的活动，例如，保加利亚学者T. H. 伏尔科夫曾提到，科学的本质，不在于已经认识的真理，而在于探索真理；科学本身不是知识，而是产生知识的社会活动，是一种科学生产[2]。我国学者刘大椿曾将科学更多地看成是活动的过程，指出科学是人类特有的活动形式，是人类特定的社会活动成果；虽离不开独特的物质手段，但本质上是精神的、智力的活动[3]。这种以动态的角度认识科学本质的思想，能够使人们对科学的理解更加丰富、深刻和全面。

对科学本质的理解，决定着科学教育实践价值取向。以科学活动观指导“结构化学”课程改革，对于提高教学质量，让学生建立自己的“结构化学”乃至整个化学一级学科的知识框架体系，培养学生终身学习、自主学习的能力，引导学生掌握分子模拟研究的初步技能，有着显著的优势。

（1）科学活动观视角下的“结构化学”教学是为科学知识的获得服务的。学生获得的系统性的、基础性的结构化学知识大多是结构化学已有的成果，是科学家多年来积累的理论与计算化学的经验、概念、理论、技能和方法。将知识的获得过程还原于科学活动，符合结构化学教学活动和科学活动在知识形成过程中的本质共同性，有利于学生建立并巩固系统的结构化学知识体系。

（2）科学活动观视角下的“结构化学”教学为学生能力的培养带来了良机。体验结构化学研究过程、掌握结构化学研究方法，对学生走入结构化学研究、形成理论与计算化学的研究能力并进而发展对整个化学一级学科的研究能力都有着重要的意义。学生在以科学活动为背景的学习中感受科学研究的全过程，习得科学研究方法，感受科研的意义和价值，在获得结构化学知识的同时形成与提高科研能力。

（3）科学活动观视角下的“结构化学”教学给予学生体验科研情感的平台。科学活动创造了真实的结构化学科研情境，而科学情感等隐性目标都是在情境中通过感悟获得的。学生在对结构化学问题的研究过程中提高学习兴趣、产生学习热情、发扬团队精神，这就有效解决了因知识灌输式教学而带来的学生情感体验不足的问题。

三、“结构化学”课程教学——“知识学习与能力培养”并重

1.以挑战性问题为学习驱动，构建“结构化学”学习活动

基于挑战性问题的探究式教学方法是为了设计合理的科学活动、有效实施“结构化学”教学而设计的。所谓的挑战性问题是指教师提出的一些与教学内容相关的、具有探索意义和探究价值的问题，供学生小组根据自己的兴趣和思维特点进行选择，以此作为科学活动的一个驱动性引导。在学习过程中，学生通过查找资料、相互讨论、动手实践等多种形式，采用合理的结构化学研究方法对这个问题进行深入研究，完成研究报告。

在“量子力学基本原理及其在平动、振动、转动、原子与分子轨道理论中的应用”模块的教学过程中，教师选择了从简单到复杂的系列自主学习内容，组织学生开展了以挑战性问题为驱动的自主研究性学习。

例如，教师在过去的教学过程中发现，学生对类氢原子结构的球谐波函数和径向波函数的图像理解有难度，不清楚图像的来源和图像节点的性质。为此，教师向学生介绍matlab软件，并提出挑战性问题：如何利用matlab软件编写程序语言作图，帮助理解原子与分子轨道图像。并根据这个问题，分别提出了一套由简入深的系列问题：（1）利用matlab 软件将谐振子振动波函数数字图形化，并与教材上的图形进行对比分析，以此为例说明表层理解信息（naming something）和深层理解信息（knowing something）的区别。（2）利用matlab软件将粒子围绕球面转动的球谐波函数Y及其|Y|2数字图形化。（3）利用matlab软件将类氢原子的径向函数、径向分布函数、原子轨道（径向函数R与球谐函数Y之积）数字图形化并讨论其节点问题。（4）利用matlab软件将氢分子离子的分子轨道（分子轨道理论框架下的单电子波函数近似解）数字图形化并讨论其节点与成键与反键性质。（5）设计一个程序将矩阵对角化，为共轭体系的休克尔经验分子轨道理论的近似解提供一套矩阵算法（HC=SCE在休克尔近似下变为HC=CE），并重点理解分子轨道理论的核心在于变分原理——将不可能完成的精确求解多体薛定谔方程的任务转化为近似求解体系能量函数（尝试波函数的线性组合系数为变量）的条件极值问题。

该系列挑战性问题由若干不同难度的小问题组成，根据学生的认知特点和水平逐渐提高，既防止问题太宽泛而无从下手，又逐渐向学生发出挑战以激发学生求知欲。另外，该问题的解决方法不固定，解答结果也不唯一。它允许学生运用不同的方法来解决问题，并且将分子模拟技术融入理论课程之中，通过体验编写程序的过程，获得结构化学研究的思路，深化对理论知识的理解和掌握。在学习过程中，教师作为学生学习的主导者，对学生学习过程进行观察、把握和调配，当学生学习出现困难时，提供必要的指导和点拨。

学生通过分工合作、查找资料、熟悉软件、编写程序、运行程序、优化程序，逐渐解决了每一个子问题。在这个过程中，学生在原有知识经验基础上主动构建对知识的理解，充分将知识内化为自己的认知。比如对球谐函数图像的认识，不再是机械地“记忆”每一个函数对应的图像，而是充分理解其本质，将原理融入图像的绘制过程，整体把握“数-形”关系，在理解的层面上深刻记忆图像的性质和形状。不仅如此，学生在学习过程中熟悉了结构化学学习与研究的基本方法，充分将结构化学的理论知识与分子模拟实践相结合，体验了以科研的视角去分析问题、解决问题、获得新知的过程。更加难能可贵的是，有学生通过自己绘制一维谐振子振动波函数示意图，发现了教材附图中的一处印刷错误[4]。

科学的发展是建立在继承前人的研究结果，并在科学实践过程中不断地对已有认识形成批判而发展的。例如，原子结构理论模型正是一代又一代科学家在继承、借鉴、批判前人研究成果，并在孜孜不倦地分析与探索过程中逐步建立的。这种科学精神和科学意识的形成必须依赖于科学活动。如果仅仅是读书、聆听教师的讲授，思维往往会被局限，实证意识往往会变得淡漠；相反，学生通过审慎地思考、缜密地分析、严谨的践行，不仅能够让学生认识到科学的学习不能唯书唯上，还需自己亲历躬行。

2.以知识框架图为学习工具，建立“结构化学”学科网络

要具备良好的理论与计算化学的学习与研究能力，必须具备系统化的结构化学基础知识和基本技能，从整体上、宏观上驾驭整个学科体系。学生需要将自己在科学活动中所获得的知识与经验加以总结、提炼与提升，构建自己的知识网络。在以教师讲授为主的“结构化学”教学过程中，这一点做得很不够，不是忽视知识的系统化处理过程，就是将教师自我头脑中已经构建好的体系直接传递给学生，供学生直接借鉴、吸取，而缺乏探索和整理的过程，缺失个性。

在“结构化学”的课程教学过程中，通过学生自主根据自己的知识理解状况绘制知识框架图（Schema），以图形而非文字的形式将结构化学知识加以梳理。在具体的实施过程中，教师要求学生将结构化学知识进行梳理、归类，根据具体的内容绘制相应的知识框架图，不仅仅要全面涵盖该内容内所有的知识点，同时要呈现出各知识点之间的逻辑关系，清晰地表明知识的结构属性和形成方式，使知识逐渐从“点”向“线、面”过渡。学生在绘制知识框架图的时候，不需要根据课本上的章节顺序来设计，也没有固定的思路，更希望学生能够呈现出自己对知识结构的理解。

以量子力学基本原理一章为例，学生绘制了该章的知识框架图，展现出了量子力学基本原理所包括五方面内容。这种教学方式不仅有助于帮助学生梳理结构化学知识的来龙去脉，建立科学的结构化学知识体系，形成全面的关于结构化学基本学科逻辑结构和基本学习与研究思路的认识；更有助于学生反思科学研究活动过程和结果，总结开展科学学习与研究的视角和途径，探索有待进一步学习和研究的盲点和解决策略，最终建立起清晰的化学学科体系框架，并在具体知识基础上形成化学观念。

3.以多种形式呈现学习结果，提升能力同时以评促学

所谓“研而不发则囿”，在科学活动中，通过书面报告（论文）和口头汇报（学术报告）等形式，科学生动地、多样化地展示科学活动成果，是科学工作者必须具备的能力和素质。学生在实践中解决了挑战性问题，绘制了知识框架图之后，需要完成关于学习与研究过程与结果的书面报告，同时在课堂中将自己的学习与研究过程与结果通过口头汇报的形式向教师和同学展示。这样能够让教师了解学生的学习研究过程，让同学学习与借鉴研究方法和研究结果，同时也能够接受教师与同学的批评指正，认识到自己的研究不足之处，为今后开展深入的结构化学学习与研究工作启迪思维、创设条件、打好基础。

利用书面报告和口头汇报等形式表达学习和研究过程与结果，在提高学生的基本科学研究素养的同时，也有助于从过程的角度、从个性化的角度、从个人全面发展的角度来开展并落实过程评价、全员评价，将过程评价与终结性评价相结合。传统的以平时成绩和期末考试成绩为唯一评价指标的评价方式，过多地局限于知识点的掌握，却不能很好地考查学生的个性化学习能力和学习方式，更难以评价学生的科学研究基本素养。利用书面报告和口头汇报则有效地弥补了单一评价方式的不足之处，最终达到以评促学的根本目的。这种以多个评价者从多个角度对学习者进行评价的机制，关注学习者学习过程中所表现出来的各方面能力和素质而并非简单的学习结果，有效促进了学习者学习的积极性，体现了过程评价与终结性评价相结合的现代教育评价理念。

通过“活动-提炼-总结”方式的“结构化学”课程学习，学生能够在科学活动中找到自己的长处，发现自己的潜能，体验到相互合作的乐趣以及自己的想法被他人肯定和接纳时的成功愉悦感。学生在自主学习过程中收获的不仅仅是知识和能力，还有对自我的肯定，对他人的赞许，以及对学习、对科学研究的积极态度。同时，最难能可贵的是学生的学习能力普遍得到了提高，自主学习意识明显增强，为他们今后更好地开展分子模拟研究乃至从事化学理论与实验相结合的研究打下了良好的基础。

参考文献：

[1] 万坚等. “结构化学”课程内容体系与教学方法的研究与实践[A]//大学化学化工基础课程报告论坛论文集[C]. 北京：高等教育出版社，2007：264-267.

[2] 夏禹龙. 科学学基础[M]. 北京：科学出版社，1983：45.

第5篇：量子力学基本知识范文

关键词： 大学物理 教学改革 创新思维

大学物理是高等院校理、工、农、医等各专业学生的一门必修基础课。开设该课程的目的：一是要为后续课程准备必要的物理知识，二是使学生在物理思想、研究问题的科学方法与创新能力方面得到提高。本文分析大学物理的教学现状，并针对现状问题提出教学改革的三项措施。

一、大学物理教学现状

目前由于各省高考制度改革及高考科目的调整（3+x），大学新生的物理基础参差不齐；另外各院校、各专业所安排的大学物理教学课时也被一再压缩。一般大学物理教材中将所有内容分为十五个章节，每章又包含若干小节。按照传统的教法，该课程需要约200个课时方能讲授完全部内容，“内容多”与“时间紧”的矛盾非常突出。因而在大学物理课教学过程中，出现了难堪的局面：教师难教，学生难学。

许多教师在讲授过程中以经典物理为主，近代物理内容少；重视基本理论教学，少涉及物理学应用及和各专业领域的结合。这使学生误认为物理是成熟的、古老的、偏离实际的科学。学生修过大学物理课程，仍然对20世纪物理学的两大主要进展——量子力学和相对论知之甚少，对由物理学所引发的高新技术领域的应用更是少有涉猎。

有人认为大学物理以高等数学为工具解决物理问题，比中学物理的高明和进步之处在于微积分思想的应用。通常大学物理课程为大学一年级学生开设，与高等数学课程同步开设。这又引起一个突出矛盾：学生还不具备熟练运用微积分的能力。所以学生会感到大学物理课程课时少、内容多、解题繁、学习难度大，从而对物理失去兴趣。为解决困难，一种做法是大量削减教学内容，对有些内容避难就易、蜻蜓点水。其后果是使学生甚至有些非物理专业教师感觉大学物理学而无用。

二、改革大学物理教学的措施

可见，目前教师和学生更多地纠结于如何更好地进行经典物理知识的传授和学习，且教学内容陈旧，未能达到既定的教学目标。所以该课程亟待与时俱进地改革教学内容：弱化对高等数学的要求和依赖程度，精简经典物理内容，重视近代物理内容，优化学生的物理知识结构，并着重于实现对学生的物理思想、研究问题的科学方法与创新能力的培养。笔者根据学习和教学经验，提出下列改革措施。

（一）重视物理思想教学，改革教学内容。

重视物理思想教学，可以引导学生把书越读越薄，高屋建瓴地学习物理；而不是陷入细节的知识学习，即使考试得高分也依然低能。在教学过程中重视整合教学内容，贯穿物理学思想。另外由于课时限制，我们要大胆改革教学内容，不苛求全面、系统、面面俱到，但应具有一定的涵盖面和完整性，力求用通俗、简洁的语言描述物理现象和规律，避免复杂的物理推导和数学计算。

此改革措施成功运用的参考案例是Six Ideas That Shaped Physics系列丛书的出版及被广泛采用［1］。该系列丛书整合了物理学中的“六大思想”：守恒律、牛顿定律、相对论、电磁学理论、实物粒子的波动性、热力学。

物理专业学生不太熟悉的宇称守恒，现代物理基本知识和应用物理知识“六大思想”也并不是全新的提法，其实质与已有的一些理论不谋而合。首先守恒律是在物理教学中一直强调的基本物理思想，包括六种守恒定律：动量守恒、机械能守恒、角动量守恒，及质量守恒、电荷守恒、宇称守恒。除了守恒律之外的五大思想，则与物理学史上的“物理学的五次大综合”理论［2］相对应。我们应据此来将我国现行教材中彼此间缺乏联系的各个章节整合成统一的物理系统，使学生接受到的不是零星的、破碎的知识点。

在教学改革中，应适当添加近代物理内容即相对论和量子论，增加近代物理教学课时；将近代科学技术成果和前沿课题的内容融入教学中，扩大学生的科学视野。其意义不仅仅是完善物理知识结构，而且是思想上的一次革命，更关系到对创新能力的培养。相对论的学习可为学生树立全新的时空观、运动观和物质观；量子论的学习则有助于将人们的认识从宏观世界深入到微观世界，从根本上改变传统观念。另外量子论还为电子技术、半导体技术和激光技术奠定了理论基础，渗透到生活和高新技术的各个领域。轻视近代物理教学将难以适应时展对科技人才培养的新要求。

（二）结合物理学史教学，培养科学思维能力与创新能力。

结合物理学史教学，一方面可以让学生认识到科学探索的艰辛，培养学生吃苦耐劳的精神和孜孜不倦探索的精神。另一方面，有利于培养学生的原创力，提高科学思维能力。大物理学家玻恩在1965年为其弟子H.S.Green的《矩阵力学》（Matrix Mechanics）一书所写的前言中说：“……我印象中现在存在这样一种倾向，即（在教学中）忽视历史根由，而将理论建立在事实上是后来才发现的基础之上。这种方法毫无疑问能迅速接近现代问题，也很适合培养能够应用这些知识的专家。但是，我怀疑这是否是培养做原创性研究的好的教学方法，因为这种方法不能展示先驱者在成堆的无序事实及隐晦含糊的理论尝试中是如何发现他的（正确）道路的。”［3］

教学中将物理学史简要介绍给学生，可使大家了解物理学发展的基本脉络、掌握物理学发展的内在规律、了解来龙去脉、从中受到启迪，学会思考、学会“提问题”。例如，法国物理学家德布罗意采用类比的方法提出了实物粒子波动性假设。他提出这样的问题：“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于‘粒子’的图像想得太多，而过分地忽略了波的图像呢？”我们可从该段回顾物理学史的话中汲取其思想方法，碰到相关问题时学会提问。

（三）结合专门课题讨论，增强课程实用性与趣味性。

不要一成不变地去传授经典物理，否则学生会觉得物理是很遥远的事情，学而无用。要结合专门课题讨论，让学生感觉到物理就在自己身边、与自己息息相关，体现时代感。为了给专题讨论课留出空间，花在经典物理上面的时间要大大缩短。例如，在对医学专业学生讲授《医用物理学》［4］的过程中，可以不讲电流与电路、几何光学的基本理论等，但结合几何光学开展放大镜、显微镜专题讨论；另外结合流体力学开展血压测量、心脏做功专题讨论；结合多普勒效应开展对测量车速及医用超声多普勒诊断仪原理专题讨论，等等。

三、结语

物理教育是整个科学素质教育的摇篮。本文从教学现状、教学理念和教学内容的改革方面进行了探讨。我们应该积极进行教学改革，否则将不能实现大学物理教学对学生思维训练的功用，将影响我国大学生物理学观念的更新，影响到国家创新型复合人才的培养。

参考文献：

［1］Six Ideas Home Page..

［2］王立钧，张书源.从物理学得五次大综合看物理学基本观念的变革［J］.阴山学刊·自然科学版，1995，VOL13，（2）：74.

第6篇：量子力学基本知识范文

【关键词】数学方法；高等数学思想；应用

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1006-0278(2012)02-146-01

数学是一门高度抽象的理论性学科,又是一门应用广泛的工具性学科, 数学是许多自然学科的基础，数学思想是在对数学基本知识提炼出来的系统的具有规律性的理论和想法，而数学方法是在数学思想的基础上解决数学问题的步骤和程序，二者是相互联系的，反映了数学知识的精髓。

一、数学思想方法特征

（一）数学建模的思想方法

应用数学去解决各类实际问题时，建立数学模型是十分关键的一步，同时也是十分困难的一步。建立教学模型的过程，是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程。数学建模有以下几个过程：模型准备：了解问题的实际背景，明确其实际意义，掌握对象的各种信息。用数学语言来描述问题。模型假设：根据实际对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的简化，并用精确的语言提出一些恰当的假设。模型建立：在假设的基础上，利用适当的数学工具来刻划各变量之间的数学关系，建立相应的数学结构。模型求解：利用获取的数据资料，对模型的所有参数做出计算。模型分析：对所得的结果进行数学上的分析。模型检验：将模型分析结果与实际情形进行比较，以此来验证模型的准确性、合理性和适用性。如果模型与实际较吻合，则要对计算结果给出其实际含义，并进行解释。如果模型与实际吻合较差,则应该修改假设，再次重复建模过程。模型应用：应用方式因问题的性质和建模的目的而异。

（二）微积分和极限的思想方法

微积分学是微分学和积分学的总称。它是一种数学思想，“无限细分”就是微分，“无限求和”就是积分。微积分的出发点是直观的无穷小量，使用极限运算分析和处理函数在一点附近的变化规律。微分学包括求导数的运算，是一套关于变化率的理论。它使得函数、速度、加速度和曲线的斜率等均可用一套通用的符号进行讨论。积分学，包括求积分的运算，为定义和计算面积、体积等提供一套通用的方法。研究函数的微分和积分及其应用的一门数学分科在代数概念基础上建立，为其他科学提供了重要的数学工具。

二、数学思想方法在经济学领域的应用

（一）函数和微分方程

为了研究市场价格、供需求量等各种经济变量之间的关系，常需要运用到函数的思想。利用微分方程可以分析商品的市场价格与需求量(供给量) 之间的函数关系，根据市场调查和统计，建立正确的数学函数，来分析和研究市场行情。利用微分方程可以分析商品的市场价格与需求量(供给量) 之间的函数关系分析关于国民收入Y、储蓄S与投资I的关系问题等。比如在宏观经济研究中，国民收入Y，国民储蓄S，和投资I，均是关于时间t的函数。且在任一时刻t，储蓄额S(t)为国民收入Y(t)的倍，投资额I(t)是国民收入增长率的倍。假设在时刻t的储蓄额全部用于投资，即S=I，列出微分方程 t。

（二）导数和极限

经济学中的许多问题诸如边际问题，还和导数存在着密切的联系,在建立了正确的函数之后，要分析边际成本、边际需求、边际收益的量，就必须运用到微积分思想中的求导。在整个宏观经济市场，分析国民收入、储蓄与投资的关系问题。例如某企业对其商品的销售情况进行了大量调查和统计分析后，得出总利润W(Q)(元)与每月产量Q(吨)的关系为W=W(Q)=1000Q-5Q2，要分析每月销量分别是5、10、15时边际利润并作出经济解释，边际利润函数W’(Q)=100-10Q则W’(Q)|Q=5=50，L’(Q)|Q=10=0，W’(Q)|Q=15=-50，计算结果说明当每月生产量为5吨时再增加一吨,利润将增加50元；当产量每月为10吨时,再增加一吨,利润不变；当产量每月为15吨时,再增加一吨,利润减少50元。经过边际利润的分析说明，对企业家来说，并非生产的产品数量越多,利润越高。

三、数学思想方法在技术和工程领域的应用

到目前为止，数学的所有一级分支都已经找到了应用领域，从自然科学、社会科学、工程技术到信息技术，数学的影响无处不在。微积分是高等数学的基础，应用范围非常广，基本上涉及到函数的领域都需要微积分的知识。级数中，傅立叶级数和傅立叶变换主要应用在信号分析领域，包括滤波、数据压缩、电力系统的监控等，电子产品的制造离不开微积分的数学思想。线形代数是目前应用很广泛的数学分支，数据结构、程序算法、机械设计、电子电路、电子信号、自动控制、经济分析、管理科学、医学、会计等都需要用到线形代数的知识。微分方程包括常微分方程和偏微分方程，是流体力学、超导技术、量子力学、数理金融、材料科学、模式识别、信号(图像)处理 、工业控制、输配电、遥感测控、传染病分析、天气预报等领域重要工具之一。

综上所述，高等数学思想方法不仅在数学学科领域的教学和研究中发挥极大的作用，同时也有力的促进了诸如经济学、统计学和工程技术领域的飞速发展。

参考文献：

[1]王文省,陈德新,周金锋.谈数学思想方法的应用[J].高等理科教育,2003（1）.

第7篇：量子力学基本知识范文

关键词：高等物理化学；课程建设；研究生教育

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）51-0011-02

高等学校的教学工作是研究生培养的中心任务和核心化学学科的一个分支，主要任务是探索和解决化学变化的方向和限度、化学反应的速率和机理、物质能。高等物理化学是化学化工专业研究生的基础课程，物理化学涉及的是结构和性能之间的关系问题[1]。近代化学发展的趋势和特点是从宏观到微观，从体相到表相，从静态到动态，从定性到定量，从纯科学到边缘科学[1]。物理化学的主要理论支柱是热力学、统计热力学和量子力学，这些都是在长期的发展过程中形成的，同时在不断地发展着[2]。因此，在研究生阶段，物理化学内容应以现代物理化学的内容为主，如何更好地使宏观与微观相结合，使理论与应用相结合，是主要的学习内容。但因为研究生的高等物理化学课程没有统一的教材和规范的授课内容，绝大多数学校以自己的专业为主，从基础物理化学中节选大学中选修或未修的内容，甚至授课教师受专业方向影响，侧重点有很大的随意性。

随着时代的进步，高等教育在时空上不断扩展。近年来，研究生培养规模的扩大，学生多样性、差异化的增加，如有的学生跨专业考研，没有学过基础物理化学，有的学校的基础物理化学本科授课学时只有32学时，还有的本科物理化学学时数为128。学科的复杂性、广泛性在增长，知识的结构和广度、深度发生了根本转变，这就迫切需要一种全新的知识生成传播方式和人才培养模式与其相配合。课程体系的设计与构建，是高校人才培养目标实现的一项关键任务。为了提高教学质量，适应当前科学社会发展的新形势，高等物理化学课程必须与培养目标相匹配，对现有高等物理化学课程体系进行改革。

本文结合教学实践，对该课程的教学目标、教学内容、教学方法和手段及教学效果评价体系进行探索性研究，以构建适合我校化学与化工专业研究生培养的高等物理化学课程体系。

一、高等物理化学课程的建设内容

高等物理化学是化学学科的一个重要分支，是化学类专业研究生的一门主干基础课。学习本课程的目的，主要有[3]：①能系统地掌握物理化学的基本知识和基本原理，加深对自然现象本质的认识；②学会物理化学的科学思维方法，培养学生提出问题、研究问题、分析问题的能力，培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。

结合本校化学化工研究生的培养目标，提出高等物理化学课程体系的构建内容：建设一支具有战斗力的师资队伍；建设一套适合我校化学化工研究生培养的国内一流的高等物理化学教材；建设一个与我校化学化工研究生培养相匹配的实验室基地；建设一套完整科学的教学文件和教学档案；建设一套多种教学方法和评价方法相结合的教育体系；建设强化创新人才基本素质培养计划。

二、实施方案

基于自拟高等物理化学课程的构建内容，采取以下方案来实施，以实现目标。

1.师资队伍建设。建设一支善于学习和吸收成功经验、结构合理、人员稳定、学历层次高（博士占100%）、基础扎实、知识面宽、科研能力强、教学水平高、教学效果好、辅导和实验教师完备的师资队伍。

2.教材建设。加强教材建设，在选优的基础上，结合培养方向，编写适合于我校化学化工研究生培养目标的高等物理化学特色教材一部（适合48学时），特别是编写部分章节的补充讲义。

编写教材的要求是：①注意传统教材内容的更新，提高课程教学内容的严谨性和科学性；②适度反映现代物理化学发展的新动向、新趋势和新应用，力促课程教学的时代性和前瞻性；③积极贯彻国家标准，注意内容表述上的标准化、规范化，强化教材内容的先进性和通用性；④结构完整、合理，符合认知规律，突出研究生阶段高等物理化学的内容与特点，同时应有配套教学参考书，便于学生自学。

3.理论教学方式。发展中的高等物理化学课程，课程讲授范围广，知识量大，内容新，是一门理论性很强的课程，采用单一的教学方式，难以达到理想的教学效果。因此，在教学过程中，应注重教学方法和手段的改革，转变传统的“以教师、课堂、教材为中心”的思想和讲授灌输为主的单一教学方式和手段，树立“以学生掌握知识、培养创新能力为中心”的观念。

理论课程采用现代多媒体课件教育手段与传统板书相辅相成，教师讲课的启发式与课上学生的互动式相结合、课上讲解与课后答疑及教师网上在线答疑相结合、团队教学与模块教学模式相结合、理论教学方法案例化等多种手段并行，充分调动学生学习的主动性，努力改变课堂教学中满堂灌的弊端。

4.增设实验内容。加强实践教学是当前教学改革的基本方向，是保障教学质量的重要环节。在实验教学方面，采取科研化方式，对实验采用开放式教学，学生可自拟题目，也可用教师给的题目。实验时间和内容，在网上与开放实验室预约，在教师的协助下，自己独立完成。

5.评价体系建设。采用课程结束时一次性闭卷考试评价学生对本门课程知识体系掌握的标准，势必会造成学生对课本内容死记硬背，出现高分低能现象。培养学生的创造性思维，提高学生的综合素质，拓宽知识面，必须改革考试方法和考试内容，建立多维的评价体系，可以将“结果性”考核变为“过程性”或“阶段性”考核[4]。采用灵活多样的考核形式，注重过程监控，将实验成绩、课堂互动成绩、设计实验或设计理论课题成绩、平时作业成绩、理论考试成绩结合起来，建立科学合理的学生评价体系。

6.在校园网上，建设物理化学网站。课堂的容量是有限的，教师在课堂上只能传授知识的基本框架、基本原理、基本方法和基本思路。要提高学习的层次和效果，必须利用好课外的时间和资源[3]。为此，应在校园网上建立物理化学网站。在网站上，设有课程首页、授课方式、授课计划与内容、课程资源、物化智慧和申报材料等一级栏目；在网站中，物理化学信息、教师上课的内容和方式，让学生做好预习与准备。教师也可在线答疑，让学生及时解决问题，享受学校所有物理化学的师资资源等。

7.培养创新人才的基本素质。“创新思维之父”――德博诺博士提出的著名观点是，创造性思考和把思考作为技能直接教授，他提出的创新思维能力，是彻底改变思维方向、思维方式的能力[4]。创新人才的基本素质包括[5]：知识、思想、能力和境界（品德）。其中，知识是基础，思想是关键，实践是根本。实践是根本，认识来源于实践，又在实践中应用、发展、验证；实践教育的理念是实践教育（理念）实践教学（环节、过程）。理论教学中的实践教育，是主动思考，思中学，自求，自得，自我修养；实践教学中的实践教育，是主动实践，实践的对象、内容、方法和程序等都由实践者自定，主动实践的结果给实践者的感觉是，“啊，原来如此！而不是，噢，果真如此！”因此，实践教学的形式是：依附于理论教学，注重“学中做”；独立于理论教学，注重“做中学”；融合于理论教学，注重“做中思”；不要把实践教学简单化为实践训练，不要把工程背景简单化为工程场景，不要把工程实践简单化为岗位实习。高等教育被放在首位的永远是独立思考和判断的总体能力的培养，而非仅仅是获取特定知识。

新形势下，对研究生高等物理化学教学有了新的要求，这就要求从事研究生高等物理化学的教学者对原有内容、形式进行改革，建立规范化的教材、教学内容、教学形式、考核形式，围绕现代工业发展需求，构建高等物理化学课程科学化、规范化的教学体系。围绕培养方向，把改革成果固化到培养计划上，落实到教学大纲中，体现在课堂教学上。

参考文献：

[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学[M].北京：第五版.北京：高等教育出版社2006：1-7.

[2]王正烈，周亚平.物理化学[M].第四版.北京：高等教育出版社，2001：1-3.

[3]张树永，李英，苑世领，等.物理化学研究型教学的系统构建与实践[J].大学化学，2013，28（2）：11-14.

第8篇：量子力学基本知识范文

摘要：高中物理新课程走避课改实验省已近10年了。为了进一步推进新课程的实施，真正落实新课程的理念与课程目标。探索影响新课程实施的问题，本文回顾了高中物理新课程的整体设计思考，呈现了高中物理新课程实施中的一些问题，分析了全国物理考试大纲、各省考试方案与考试说明等对高中物理新课程推进的影响，在此基础上提出了进一步推进新课程的建议。

关键词：高中物理；新课程；选拔性考试；高考

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2013）1（s）-0001-5

课程从设计到实施总有一些调整与变化。本次构建的高中物理新课程，在实施过程中也出现了一些变化，如选择性的模块课程没有真正发挥作用，课程的整体性受到影响等。无疑，影响高中新课程实施的原因多种多样，如我国的传统价值观、人们对物理课程功能的理解、教师教学的追求以及考试评价的指挥棒作用等。下面侧重谈谈我国的选拔性考试对高中物理新课程推进的影响。

1、回顾普通高中物理新课程的设计与思考

1.1 普通高中物理课程的课程结构

在本次基础教育课程改革中，以学习领域、科目和模块为三个层次，构建了普通高中新课程，突出了高中课程的基础性、时代性和选择性。为此，高中物理新课程也有了如图1所示的新课程结构。

《普通高中物理课程标准（实验稿）》指出“本高中物理课程由12个模块构成，每个模块占2学分，其中物理1和物理2为共同必修模块。其余为选修模块。学生完成共同必修模块的学习后，可获4学分，接着必须再选择学习一个模块，以便完成6个必修学分的学习任务。在获得6个必修学分后，学生还可以根据自己的兴趣、发展潜力以及今后的职业需求继续学习若干选修模块。”课程标准进一步指出“学生最好参照‘高中物理课程结构框图’的顺序选择课程，以便循序渐进，为今后发展奠定基础”。

在图1中，物理1、物理2是全体高中学生共同学习的内容，学生通过对运动规律、相互作用、能量等核心内容及相关实验的学习，进一步体会物理学的特点和研究方法，同时了解自己的兴趣和发展潜能，为后续课程的选择和学习做准备。在这两个模块中，注重了基本知识与基本技能的学习，强调了科学探究和物理实验能力的培养。突出r物理学的研究方法和思想，关注了物理学与社会发展的相互作用，整合了近代物理的初步内容。

选修1-1、1-2为1系列，此系列以电磁学和热学核心内容为载体，强调了物理学与社会进步的相互关联，注重了物理学与人文学科的融合，强调了物理学对人类文明的影响。选修2-1、2-2、2-3为2系列，此系列以力学、电磁学、热学、光学及原子物理学为载体，侧重从技术应用的角度展示了物理学，强调了物理学与技术的结合，体现了物理学的应用性与实践性。选修3-1、3-2、3-3、3-4、3-5为3系列，此系列以电磁学、热学、光学及原子物理学为载体，注重让学生较全面学习物理学的基本内容，了解物理学的思想和方法，了解物理学的技术应用对经济、社会的影响。

在普通高中物理新课程中，既关注了学生学习的基本需求。强调了高中物理课程的基础性，考虑了物理学科的整体特点，又为学生有个性地发展提供了平台。

1.2 课程设计中的思考

我们深知，不存在没有争议的课程，只有相对合理的课程。在新课程实施中，各方专家与教师对此课程设计提出了一些质疑，如：为何必修学分中对应了选修模块的学习？为何设计三个系列？……下面，扼要谈谈课标组设计上述课程结构的一些主要思考。

其一，为何必修课程侧重要求力学和电磁学内容？

在只有6个必修学分的前提下。是让学生较全面地先学力、电、热、光、原，然后再选修，还是让学生先学力与电后再选修？课标组经过反复研讨及调查咨询后，最后选择了后者。因为前者与1990年实施的“必修”“选修”课程类似，在当年的“二一分段”模式中，教师不习惯“话到嘴边留半句”，多数学校都把必修和选修内容“打通”了让学生学习。在我国教育仍受考试制约的情况下，若在必修课程中纳入初步而较全面的物理内容，实际教学将像1990年的课程实践那样很难真正推进，加之6个必修学分也为学生较全面了解物理学内容增加了教学难度。为此，课标组选择了将部分内容（如力学、电磁学以及相对论量子论初步）作为必修课程，希望学生通过学习这些内容，了解物理学的思想方法，感受物理学科的特征，在此基础上再选修后续系列的物理课程。

其二，为何必修学分对应选修模块的内容？

在本次高中新课程实施方案中，规定物理学科必修学分为6，每学完一模块可获2学分。为此。高中学生必须首先学习物理1、物理2，获4学分，余下的2个必修学分可通过学习1-1、2-1或3-1获得，这为学生能真正选学感兴趣的物理学提供了机会。例如，若文科生与理科生的必修内容一样，可预测大多数文科生学完必修内容后不会再选修专为其设计的1系列的物理课程了，因其已穷于应对政、史、地的学习，而无暇顾及物理课程了。因此，若文、理科生的必修学分对应的必修内容一样，为文科生设计的物理课程将名存实亡；若文、理科生的必修内容不完全一样，为了学完必修学分的课程，文科生必然会选择专为其设计的l系列的课程学习。近几年的教学实践已证明，文科生几乎都选学了选修1-1，这说明在必修学分中对应选修模块的设计是有意义的，这为学生有个性地发展提供了空间。

其三，为何选修课程有三个系列？各系列课程的功能为何？

为了让不同学习兴趣、不同能力倾向的学生学到适合其发展需求的课程，分门别类地设计高中选修课程，已经是一个国际大趋势。有的国家高中物理课程全为选修，选学比较自由。如美国有些学校开设了四类物理选修课程，分别为文、理科生等开设了选修课程，并且还为学有所长的学生开设了定位于大学物理难度的高等位课程，既注重了全体学生的科学素养提升，又为特别擅长理科的学生提供了比较高端的平台。有的国家为高中物理设计了必修（科学或物理）和选修课程，如韩国、日本、加拿大等；有的国家则设置了不同的必修系列，一旦选择某系列后就须学完该系列的所有内容，如瑞典、荷兰等。

在我国的“两省一市”课程中，物理课由“二一分段”改为“两类物理课”，已含有“分类型”“有选择性”的思想。其中，Ⅰ类课提出了全体学生要达到的要求，是高中毕业会考的依据。Ⅱ类课要求较高，是理工科大学入学考试的依据。两类课在高一的内容相同，高二开始分类。“两省一市”方案在强调基础的同时，也体现了分类别给学生提供选择课程的思想。但在实施中，为了“使学生学习比较全面的物理知识”，必修课（Ⅰ类）内容过于饱和，内容与学时的矛盾突出，数理能力较差的学生感觉负担过重，对物理产生畏难情绪。

本次课改中，希望能顺应国际中学物理课程发展大势，为高中生开设基础性、时代性、选择性的课程。为有人文倾向、喜欢动手或者喜欢理科的学生分别开设选修1系列、2系列或3系列，以便在注重学生科学素养提升的基础上能根据其学习兴趣、职业需求以及个性特点等，为学生有个性地发展提供空间。

2、选拔性考试对高中物理新课程实施的影响

高中物理新课程在实施过程中受到诸多因素影响，其中很重要的影响来自高考。下面我们首先从全国考试大纲谈起。

2.1 从2007年考试大纲看必考与选考

教育部考试中心颁布的《2007年普通高等学校招生全国统一考试大纲》，在该考纲的物理部分。明确要求“把考试内容分为必考内容和选考内容两类，必考、选考内容各有4个模块。除必考内容外，考生还必须从4个选考模块中选择2个模块作为自己的考试内容，但不得同时选择模块2-2和3-3”（见表1）。

由上可见，物理考试大纲规定了必考模块：物理1，物理2，选修3-1和3-2，也规定了选考模块：在选修3-3，3-4，3-5和2-2中选考2个。根据这些规定，各省又出台了相关的考试说明。存各省的考试说明中，对于必考模块没有变化，但是对于选考模块则出现了不少的具体选择规定（表2）。

2.2 从调查结果看课程实施中的一些问题

由于考试的指挥棒作用，这样选考模块的模式导致了各地课程实施中的一些问题。例如，对于教科书的选择（见图2），师生所选用的教科书主要集中在必修1、必修2，对于理科生而言，所选教科书集中于选修3-1、选修3-2等，对于文科生而言则集中于选修1-1，对于选修3-3、3-4或3-5等，主要与选考模块有关，对于选修1-2、2-1、2-2及2-3。则很少有学生选学。

再如，有调查结果显示，在对高中物理课程模块任教老师的调查中，96.1%的教师任教过物理1模块；89.5%任教过物理2模块；36.7%的任教过1-1模块；80.1%的任教过3-1模块；72.8%的任教过3-2模块；46.7%的任教过3-3模块；55.8%的任教过3-4模块：49.9%的任教过3-5模块，这些模块皆有相当比例的老师任教。但是也有一些模块，老师任教的比例则很小，如对于1-2、2-1、2-2和2-3模块而言，任教过的老师的比例非常小。进一步的访谈得知，因为物理l、物理2、3-1、3-2为必考，所以任教老师的比例大，选修3-3、3-4、3-5为选考，任教老师比例次之，而l-1、1-2、2-1、2-2、2-3不考，则几乎没有老师任教。选修1-1仍然有一定比例的老师任教，因为那通常是文科生的必修学分模块。

从上面调查结果可见，考纲中对模块选考的要求显然已对学校课程开设产生了相当的影响。目前，大多数学校开设课程的依据是针对考纲对高考的要求，而国家课程标准的要求形同虚设。这种根据考纲开设课程的做法已带来了诸多影响。如，使高中物理课程的多样化、选择性名存实亡，影响了学生有个性地发展；由于学生学习主要根据考试模块选学，这也肢解了《课标》中关于物理学科整体性及系统性的考虑。事实上，在新课程实施中，考纲取代了课程标准，考纲指挥了教学，若这样的机制不调整，制定的课程标准再好，也很难改变现存的状况，因此，不断修订课程标准、不断完善推进新课程的机制，皆是非常必要的。

3、关于高中物理课程标准修订的思考

《国家中长期教育改革与发展规划纲要》指出，“加快普及高中阶段教育。高中阶段教育是学生个性形成、自主发展的关键时期，对提高国民素质和培养创新人才具有特殊意义。注重培养学生自主学习、自强自立和适应社会的能力，克服应试教育倾向。”这为高中课改进一步深入提出了明确目标。

随着时展，课程需要不断改进：根据教学一线的实践反馈，课程需要不断调整。而如何落实课程理念、课程目标以及课程相关要求等，则与一系列的课程内涵、外延与外部环境密切相关。为此，以下几点是修订高中物理课程标准时需要强调的。

3.1 提升学生科学素养——高中物理课程应坚持的课程培养目标

物理学是人类科学文化的重要组成部分，引领着人类探索大自然的奥秘，深化着人类对自然界的认识，是技术进步的重要基础。尤其是20世纪初建立的相对论和量子论，引发了物理学的革命，对化学、生物学、地学、天文学等自然科学产生了重要影响，推动了材料、能源、环境、信息等科学技术的进步，改变了人类的生产、生活方式，对人类文明和社会进步做出了重要的贡献。物理学不仅含有人类探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。

作为一种人类的社会活动，物理学是一种支配社会活动的精神、态度和规则；作为一种人类的文化活动，物理学是一种文化积淀的历史：作为一种人类的认知活动，物理学反映了人类世界观的形成和不断完善的过程。从古希腊时代的自然哲学。到牛顿时代的经典力学。直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学家科学发现、科学精神以及科学思维的有形体现。

因此，高中物理课程应综合反映人类在探索自然规律过程中的成果，以提高学生科学素养为目标。此阶段的物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练，而且应注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识以及科学态度、科学精神等方面的培养。

3.2 注重基础性、时代性与选择性——高中物理课程应坚持的基本原则

高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，普通高中教育仍属于基础教育，应注重全体学生的共同基础，同时应针对学生的兴趣、发展潜能和今后的职业需求，设计供学生选择的物理课程模块，以满足学生的不同学习需求，促进学生自主地、富有个性地学习。在关注共同基础的前提下，开设多样化的选修课程也是一个国际中学物理课程发展的大趋势。各国在设计课程结构时，都力图体现课程的基础性、时代性和选择性。在保证学生基本素养的基础之上，尽可能开设选修课程，以便满足不同学生的学习需求。同样，我同在修订普通高中物理课程时也应坚持强调课程的基础性、时代性与选择性。

当然，如何加强基础性？如何拓展选择性？共同基础课程与选择课程如何设置？它们相互的关联如何？在注重共同基础的同时如何为学生的选学搭建平台？这些都是需要认真研究的问题。

反思高中物理课标研制初期，课标组也构建了若干类型的必修与选修的组合，如高一年级学习涵盖力、电、热、光、原的共同必修课程，高二、高三再分系列学习，但々家审议中提出了教科书编写难度及教学操作难度大等问题，故这一组合没通过；再如，高一就分系列学习，让有文、理、工科倾向的学生进入高中就开始选系列学习物理。以便其能学到自己感兴趣的内容，但审读意见反馈，这种类型让有文、理、工科倾向的学生过早分科，故这一组合也没有通过。经过多次征求各个层面的反馈意见，课标组才确定了现行的普通高中物理课程结构，确定了必修与选修的模块组合。这应该是当时相对而言大家比较认可的一种类型。

当然，随着课程改革的深入，来自一线的实践反馈为高中物理课程的完善提出了修订建议，在此基础上高中物理课程应为学生提供更高的学习平台、为其走向社会奠定更好的基础、为其有个性发展提供更多的机会。

3.3 以《课标》为考试依据——落实课程目标的先决条件

在基础教育课程改革纲要中明确指出：“国家课程标准是教材编写、教学、评估和考试命题的依据，是国家管理和评价课程的基础。”不过，当下课程实施现状不是以课程标准作为教学、评估和考试命题的依据，而更多是以考纲作为其依据。制定课程标准时，课程标准研制组比较研究了国际中学物理课程的特点，分析总结了我国物理课程的发展历程，调查研究了中学一线的教学现状和社会需求。综合研究了学生学习心理，多次请不同层面的专家审查，最后才南教育部颁布了课程标准。然而，经过这样严格把关、层层审读的课程标准却很难发挥其应有的功能。我们认为高中物理课程功能的真正落实，高中物理课程的基础性、时代性与选择性的真正体现，需要制度的保障。我们一方面应有教育的理想，为学生的终身发展而设置课程目标，应强调高中物理课程不是为了高考设置的课程，教育的根本目的不是应试。但另一方面也应加强课程标准在高考评价中的权威性。加强对高考大纲、高考方案、高考说明的审议，加强相关部门的协调与配合。

第9篇：量子力学基本知识范文

关键词：农科物理实验；实验教学改革；机遇和挑战

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）35-0252-02

物理学作为一门实验科学，伴随着现代物理农业的迅速发展，物理学技术、物理实验、物理学理论、物理学思维方式等知识在生物学领域中的应用逐渐扩大。其中物理实验是科学实验中的重要组成部分，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，也是高校物理教学的重要环节，在农科物理实验教学中对培养学生的理论与实践相结合的能力有着重要的促进作用，对学生综合能力的提高有着重要的意义。农科院校学生就业面对的是农业生产及如何为农业生产服务等工作，在校学习物理实验时，应侧重于如何将物理知识应用于农业生产中。应用特定的物理技术处理农作物，能促进作物生长，控制病虫害，绿色无污染。它是一种新兴的农业生产技术，与化学农业相比，现代物理农业具有许多明显的优势，可在减少化肥和农药使用量的同时，达到增产、优质、抗病和高效的目的。与化学农业相比，现代物理农业具有许多明显的优势，既可以减少化肥农药的投入，节约生产成本，有利于农民增收，又可以生产出优质、无公害的农产品来满足人们生活的需要。但因物理方法见效慢，不如化学方法直接。物理技术大多只应用于科技园区或农业示范园区，物理技术的应用普及率偏低。这需要农科院校的学生通过在校期间对物理知识的学习和实验，在就业后面临的生产实践中不断开发、完善新技术，普及推广这一新技术。

鉴于北京农学院对农科普通物理实验的课时安排较少（20学时），物理实验教学目前均以基础性、验证性实验教学为主，这种实验教学安排阻碍了学生学习的主动性，更谈不上对学生创新能力的培养。针对北京农学院的农科普通物理实验教学改革和管理，谈谈自己的几点思考。

1.验证性实验进行演示实验教学。充分利用实验课时，将需要保留的验证性实验在实验课内进行演示，既使大家能更多地了解物理理论的发展过程和物理理论的获得过程，又可节约时间。

2.基本性实验注重基本实验技能、基础实验方法和基本实验仪器使用的学习。所选实验特点应能反映物理思想、注重基础操作技能和运用经典实验方法。培养学生的实验观察能力，学习常见的数据处理方法，掌握误差理论的基本知识，学习对实验结果进行分析。重视在实验动手过程中贯穿讨论和交流，实验过程设计为先讨论、再实验、再讨论的步骤，重视学生的口头报告和实验报告。

3.综合性、设计性实验要重视对学生解决问题能力的培养。实验室为学生提供足够的实验条件，除了通用仪器（如示波器、信号源等）外，尽量不采用集成化仪器，以便在实验过程中充分发挥学生的主观能动性，使学生置身于一种富有探索和创造性的环境中，积极主动地思考、分析问题，既培养了学生的创造能力和实验技能，又能使学生在实验研究方法、实验设计思想等科学素质方面得到锻炼和提高。

4.仿真物理实验可以丰富和深化物理实验教学内容。在物理实验中，很多物理概念实际存在却无法看到，如电场、磁场等，很多物理实验现象出现时间极短，难以看见或看清等，这些问题在计算机、多媒体网络技术广泛使用推广后得到了有效解决。仿真物理实验的模拟场景可以很多，能够自己通过实验要求自己来创建相应的实验对象，这样可以通过这些实验对象和实验环境来进行自己的模拟实验，可以实现大部分物理理论知识的验证，如相对论、量子力学等。这种实验不仅能加深学生对物理现象的印象，提供空间让学生发挥自己的想象力和创造力，还能使学生不受时间、空间的制约。

5.自编的实验教材更能适应本校的实验教学内容、仪器的不断更新和新技术的应用。目前，为了适用于各院校大学物理实验教学，一般大学物理实验教材覆盖面很广，将所有可能要做的大学物理实验均罗列在上，实验目录中实验数量很多，但因我校实验课时少，能开出的实验相应也少，学生对所购买的教材使用率意见较大。自编实验教材会根据学校的专业要求、课时安排和学校已有的实验仪器设定所要开出的各类实验，针对性强，并能由浅入深，循序渐进，既能吸收传统实验的精华，又能突出现代实验的特点，还能做到物理实验和农业各专业的有机结合，学习如何将物理知识应用于农业生产中。

6.加强实验室建设。一支责任心强、业务水平高的专职实验技术人员队伍是实验室最宝贵、最重要的资源，是实验室正常、有效运转的有力保证。实验技术人员应具有很强的业务能力和很高的实验室管理水平，能及时将科研成果转化为新实验。重视实验队伍的建设，加强对实验人员的培养，才能使实验室焕发出生机与活力，使实验教学能更好地为教学科研服务。

7.引入现代化教育设备为物理实验教学提供一个崭新的平台。在物理实验教学中引进信息技术，不但充实了实验教学的需要，弥补了一些实验仪器的不足，对物理实验教学的改革和物理实验仪器的更新起到了重要的促进作用。信息技术结合物理教材，可以通过互联网技术在校网上利用Flas模拟实验、利用PPT课件进行课堂知识教学、利用Excel表格对物理实验数据进行处理等，学生还可以在课余时间利用学校局域网查找各类文献资料，撰写实验论文等，在一定程度上提高了学生独立自主学习的能力和创新实践能力，使得学生的整体素质进一步提升。

以传授知识为主的传统教学方法已不能适应新的教学体系，现有物理实验课程设置不能适应时代的发展和要求，建立新的物理实验教学新体系迫在眉睫，而建立物理实验新体系的核心应以培养学生的实践能力、解决实际问题的能力和创新精神为出发点，以农业物理产业为依托，打破物理技术、生物技术、农业生产的界限，实现各学科的有机结合。在有限的时间里，将原有的物理实验重新整合，形成从基础到前沿、从接受知识型到具有独立解决实际问题能力型的物理实验课程新体系。

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