導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇量子力學(xué)概念總結(jié)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)改革；物理思想

作者簡(jiǎn)介：王永強(qiáng)（1980-），男，山西河曲人，鄭州輕工業(yè)學(xué)院技術(shù)物理系，講師。（河南?鄭州?450002）

基金項(xiàng)目：本文系鄭州輕工業(yè)學(xué)院第九批教學(xué)改革項(xiàng)目“《量子力學(xué)》課程體系與教學(xué)內(nèi)容的綜合改革和實(shí)踐”資助的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）20-0070-02

“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對(duì)科學(xué)研究和人類(lèi)文明進(jìn)步的兩大標(biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為物理學(xué)專(zhuān)業(yè)及部分工科專(zhuān)業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)習(xí)“固體物理”、“材料科學(xué)”、“材料物理與化學(xué)”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)。通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，這門(mén)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學(xué)”本身是一門(mén)非常抽象的課程，眾多學(xué)生談“量子”色變，教學(xué)效果可想而知。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高量子力學(xué)的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。近年來(lái)，筆者在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我?！保┙虒W(xué)實(shí)際，在“量子力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的改革

量子力學(xué)理論與學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問(wèn)題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無(wú)關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類(lèi)比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。因此，在“量子力學(xué)”教學(xué)中，一方面需要學(xué)生摒棄在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中形成的固有觀念和認(rèn)識(shí)，另一方面在學(xué)習(xí)某些基本概念和基本理論時(shí)又要求學(xué)生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)困惑不堪。此外，這門(mén)課程理論性較強(qiáng)，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。針對(duì)以上教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，筆者對(duì)“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容作了一些有益的調(diào)整。

1.理清脈絡(luò)，強(qiáng)化知識(shí)背景

從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行細(xì)致的、實(shí)事求是的分析，特別是對(duì)量子理論早期的概念發(fā)展有一個(gè)準(zhǔn)確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認(rèn)的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學(xué)生對(duì)量子力學(xué)中基本概念和基本理論的形成和建立的科學(xué)歷史背景有一深刻了解，有助于學(xué)生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對(duì)這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學(xué)生對(duì)蘊(yùn)藏在這一歷程中的智慧火花和科學(xué)思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)。比如：對(duì)于玻爾理論，由于對(duì)量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來(lái)解釋?zhuān)瑢W(xué)生往往會(huì)覺(jué)得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學(xué)生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛(ài)因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡(jiǎn)單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實(shí)驗(yàn)事實(shí)存在嚴(yán)重背離。為了解決這些問(wèn)題，玻爾理論才應(yīng)運(yùn)而生。在用量子力學(xué)求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時(shí)，還可以通過(guò)定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實(shí)存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。通過(guò)這樣講述，學(xué)生可以清晰地體會(huì)到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學(xué)中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)

在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來(lái)表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒(méi)在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師要著重于加強(qiáng)基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊(yùn)含的物理實(shí)質(zhì)。對(duì)一些涉及繁難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的內(nèi)容，在教學(xué)中刻意忽略具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，著重于使學(xué)生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問(wèn)題的教學(xué)中，對(duì)于數(shù)學(xué)方面的問(wèn)題，只要求學(xué)生能正確寫(xiě)出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類(lèi)問(wèn)題所蘊(yùn)含的物理意義及對(duì)現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。這樣，學(xué)生就不會(huì)感到枯燥無(wú)味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。

二、教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中始終處于被動(dòng)接受地位，極大地壓制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，十分不利于知識(shí)的獲取以及對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力及科學(xué)思維的培養(yǎng)。而且，“量子力學(xué)”這門(mén)課程本身實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱、理論性較強(qiáng)，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢(shì)必感到枯燥，甚至厭煩。長(zhǎng)期以往，學(xué)習(xí)積極性必然受挫，學(xué)習(xí)效果自然大打折扣。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，筆者在教學(xué)方法上進(jìn)行了一些有益的探索。

1.發(fā)揮學(xué)生主體作用

除卻必要的教學(xué)內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動(dòng)時(shí)間。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究討論，或者針對(duì)已講授內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、總結(jié)、辨析，以加深理解；或者針對(duì)未講授內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣（比如，在講授完一維無(wú)限深方勢(shì)阱和一維線性諧振子這兩個(gè)典型的束縛態(tài)問(wèn)題后就可引導(dǎo)學(xué)生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），[1]這樣學(xué)生就會(huì)積極地預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容；或者選擇一些有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。對(duì)于在課堂上不能解決的問(wèn)題，積極鼓勵(lì)學(xué)生利用圖書(shū)館及網(wǎng)絡(luò)資源等尋求解決，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。此外，還可使學(xué)生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進(jìn)行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，另一方面使其接受初步的科研訓(xùn)練，一舉兩得。

2.注重構(gòu)建物理圖像

在實(shí)際教學(xué)中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學(xué)生對(duì)一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)，通過(guò)三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)過(guò)程（強(qiáng)電子束、弱電子束及弱電子束長(zhǎng)時(shí)間曝光），即可為實(shí)物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)圖像，再以光波類(lèi)比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)籟2]借助電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)圖像，可使學(xué)生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標(biāo)系，可很好地為學(xué)生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標(biāo)系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學(xué)生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學(xué)生非常容易地接受和理解量子力學(xué)中難以言明的概念和理論，同時(shí)，也可使學(xué)生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。

三、教學(xué)手段和考核方式改革

1.課程教學(xué)采用多種先進(jìn)的教學(xué)方式

如安排小組討論課，對(duì)難于理解的概念和規(guī)律進(jìn)行討論。先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對(duì)各小組討論和辯論的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有的學(xué)生認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。這些問(wèn)題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家開(kāi)展系列量子力學(xué)講座等都是不錯(cuò)的方式。

2.堅(jiān)持研究型教學(xué)方式[3]

把課程教學(xué)和科研相結(jié)合，在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過(guò)結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在量子力學(xué)誕生后，作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學(xué)的每一個(gè)分支及相關(guān)的邊緣學(xué)科都離不開(kāi)量子力學(xué)這個(gè)基礎(chǔ)，量子理論與其他學(xué)科的交叉越來(lái)越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個(gè)層次的研究以量子力學(xué)為基礎(chǔ)；量子力學(xué)在通信和納米技術(shù)中的應(yīng)用；量子理論在生物學(xué)中的應(yīng)用；量子力學(xué)與正在研究的量子計(jì)算機(jī)的關(guān)系等，在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的片面認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

3.利用量子力學(xué)課程將人文教育與專(zhuān)業(yè)教學(xué)相結(jié)合

量子力學(xué)從誕生到發(fā)展的物理學(xué)史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門(mén)學(xué)科都難以比擬的。在19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴空萬(wàn)里，然而黑體輻射、光電效應(yīng)、原子光譜等物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重沖擊經(jīng)典物理學(xué)理論，讓經(jīng)典物理學(xué)陷入危機(jī)四伏的境地。1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克創(chuàng)造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象，量子概念誕生。1905年，愛(ài)因斯坦進(jìn)一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時(shí)是不連續(xù)的（普朗克假設(shè)），而且在物質(zhì)相互作用中也是不連續(xù)的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經(jīng)驗(yàn)光譜公式。泡利突破玻爾半經(jīng)典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應(yīng)以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開(kāi)始與經(jīng)典理論分庭抗禮。[4]和學(xué)生一起重溫量子力學(xué)史的發(fā)展之路，在教學(xué)過(guò)程中展現(xiàn)量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式之美，使學(xué)生在科學(xué)海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學(xué)中采用了教考分離，通過(guò)小考題的形式復(fù)習(xí)章節(jié)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平適當(dāng)輔導(dǎo)答疑，注重學(xué)生對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)理解的考核。對(duì)于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立，其中平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、討論、綜合表現(xiàn)等）占30％，期末考試占70％。從實(shí)施的效果來(lái)看，督促了學(xué)生的學(xué)習(xí)，收到了較好的效果，受到學(xué)生的歡迎。

四、結(jié)論

通過(guò)近年來(lái)的改革嘗試，我校的“量子力學(xué)”教學(xué)水平穩(wěn)步提高，加速了專(zhuān)業(yè)建設(shè)。2009年，我?！傲孔恿W(xué)”被評(píng)為校級(jí)精品課程，教學(xué)改革成果初現(xiàn)。然而，關(guān)于這門(mén)課程的教學(xué)仍存在不少問(wèn)題，如教學(xué)手段單一、與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學(xué)中進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周世勛.量子力學(xué)教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]呂增建.從量子力學(xué)的建立看類(lèi)比思維的創(chuàng)新作用[J].力學(xué)與實(shí)踐,

2009,(4).

篇2

關(guān)鍵詞：量子力學(xué) 教學(xué)改革 物理思想

“量子力學(xué)”作為學(xué)習(xí)“固體物理”、“材料科學(xué)”、“材料物理與化學(xué)”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)工科專(zhuān)業(yè)最核心的基礎(chǔ)課程之一。20世紀(jì)，“量子學(xué)說(shuō)”被作為物理科學(xué)研究和人類(lèi)文明進(jìn)步的標(biāo)志性貢獻(xiàn)，引起了廣泛地重視。通過(guò)對(duì)量子學(xué)說(shuō)的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生充分利用到所學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和尋求解決方法，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。盡管如此，但該門(mén)課程所涉及的內(nèi)容較為空洞、抽象，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)造成阻礙，使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生也很難熟練掌握量子學(xué)說(shuō)課程的要點(diǎn)。因此，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的關(guān)鍵，但是如何調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，成為了廣大教師很棘手的問(wèn)題。筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)模式，綜合長(zhǎng)江大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）的教學(xué)現(xiàn)狀，在“量子學(xué)說(shuō)”教學(xué)方面，整理出一套符合我校教學(xué)實(shí)際的改革和嘗試，并取得了較好的效果。

1.“量子力學(xué)’’教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)。量子學(xué)說(shuō)的理論與以往所學(xué)的傳統(tǒng)物理體系大有不同，重點(diǎn)表現(xiàn)在處理問(wèn)題的方式上，但是卻又與傳統(tǒng)物理有著不可分割的關(guān)系，可以說(shuō)，量子學(xué)說(shuō)中很多的概念和理論都來(lái)源于傳統(tǒng)的物理學(xué)說(shuō)。這就要求在學(xué)習(xí)量子學(xué)說(shuō)的同時(shí)，既要摒棄以往學(xué)習(xí)物理形成的固有思考方式，又要遵循某些與傳統(tǒng)物理中相通之處的原理和學(xué)習(xí)法則。然而，這種思維上的反差必然導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)的困惑，除此之外，量子學(xué)說(shuō)較強(qiáng)的理論性也誤導(dǎo)學(xué)生陷于數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的煩惱中，從而使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)這些教學(xué)中存在的問(wèn)題，筆者提出了以下相應(yīng)的有益改進(jìn)。

（1）知識(shí)條理化，強(qiáng)化知識(shí)背景，增強(qiáng)趣味性。量子學(xué)說(shuō)從誕生到最終建立，每一步的發(fā)展都經(jīng)過(guò)了縝密、細(xì)致、實(shí)事求是的分析，并不斷地完善和改進(jìn)。通過(guò)介紹量子學(xué)說(shuō)的發(fā)展背景，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并有利于學(xué)生明確量子學(xué)說(shuō)與傳統(tǒng)物理之間的區(qū)別，同時(shí)讓學(xué)生在發(fā)展歷程中尋找合適的學(xué)習(xí)方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。在解釋某些理論和原理時(shí)，可以穿插講述其歷史背景，方便學(xué)生理解。通過(guò)這種方式，既能讓學(xué)生掌握理論知識(shí)，又有利于學(xué)生區(qū)分量子學(xué)說(shuō)與傳統(tǒng)物理的區(qū)別[1]。

（2）重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)。數(shù)學(xué)在其相關(guān)學(xué)科的運(yùn)用，所起到的作用只是一種輔助工具。在物理研究中也不例外，如果過(guò)分強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的地位和作用，只會(huì)本末倒置。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)著重加強(qiáng)基本概念和蘊(yùn)含的區(qū)里實(shí)質(zhì)，而不能將物理思想埋沒(méi)在數(shù)學(xué)公式之中，應(yīng)把重點(diǎn)放在物理意義和實(shí)際運(yùn)用上，只有這樣，學(xué)生才能保持較好的學(xué)習(xí)熱情。

2.教學(xué)方法改革。傳統(tǒng)的教學(xué)模式使學(xué)生一直處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)下，抑制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不僅不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取，更阻礙了其創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，而且量子學(xué)說(shuō)的理論抽象，很難被學(xué)生理解，傳統(tǒng)的教學(xué)方法，無(wú)法被學(xué)生接受，并會(huì)引起學(xué)生的反感，甚至厭學(xué)。如此一來(lái)，必然打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，更降低了學(xué)習(xí)效率。為了促進(jìn)學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)，筆者在教學(xué)模式上，探索出一些有效的措施。

（1）發(fā)揮學(xué)生主體作用。教師在課堂學(xué)習(xí)中有著舉足輕重的作用，除了傳授學(xué)生知識(shí)以外，還有著更重要的引導(dǎo)作用。在講解完規(guī)定的教學(xué)任務(wù)之外，還應(yīng)設(shè)定教師與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和分析，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)。另外，還可以通過(guò)以問(wèn)題的形式結(jié)束未講授的內(nèi)容，引起學(xué)生的興趣，并鼓勵(lì)學(xué)生課下利用課外資源尋求答案；還可以以小組的形式，讓學(xué)生團(tuán)結(jié)合作，對(duì)感興趣的物理理論進(jìn)行探討分析，并完成相關(guān)的小組論文。

（2）注重構(gòu)建物理圖像。由于物理理論都比較抽象，不利于理解，所以構(gòu)建圖像很重要，它不僅能夠完整地表達(dá)所要傳達(dá)的信息，而且能夠方便學(xué)生理解和記憶。圖像簡(jiǎn)潔、清新的特點(diǎn)，使學(xué)生更熟練地掌握物理圖像的構(gòu)建能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維也有促進(jìn)作用。

3.教學(xué)手段和考核方式改革。（1）用多種先進(jìn)的教學(xué)模式。采用小組討論課，可安排小組內(nèi)討論，然后是小組之間進(jìn)行辯論，最后由教師對(duì)辯論進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和更正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有的學(xué)生認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。這些問(wèn)題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外布置課外論文和邀請(qǐng)知名專(zhuān)家進(jìn)行講座都是不錯(cuò)的方式。

（2）堅(jiān)持研究型教學(xué)方式。教學(xué)中不再單一地只講授課堂知識(shí)，而是把科研融入到課堂學(xué)習(xí)之中，結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生介紹所學(xué)的原理在其相關(guān)領(lǐng)域中的運(yùn)用，以引起學(xué)生的興趣。

（3）將人文教育與專(zhuān)業(yè)教學(xué)相結(jié)合。量子概念誕生于1900年，它首次由德國(guó)物理學(xué)家普朗克引入；1905年，愛(ài)因斯坦進(jìn)一步完善了量子的概念；1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中；1924年，德布羅意通過(guò)量子的概念提出微觀粒子具有波粒二象性；由此可見(jiàn)，物理學(xué)史上，力學(xué)從誕生到發(fā)展所蘊(yùn)含的創(chuàng)新思維是迄今為止任何一門(mén)學(xué)科都難以比擬的，教師和學(xué)生一起回顧量子力學(xué)的發(fā)展之路，讓學(xué)生了解到量子力學(xué)的魅力所在，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

篇3

2000多年前的物理學(xué)，中國(guó)、古希臘都有研究，但是真正意義上的精確科學(xué)，也就是說(shuō)用數(shù)學(xué)、微積分這樣的精確科學(xué)，實(shí)際上是在中世紀(jì)即在15世紀(jì)16世紀(jì)的時(shí)候，也就是牛頓、伽利略的時(shí)代，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)精確科學(xué)的先河，此后物理學(xué)得到了很大發(fā)展，后來(lái)的熱學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)、連續(xù)介質(zhì)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題也在十七、十八、十九三個(gè)世紀(jì)取得了很大發(fā)展?，F(xiàn)在就從牛頓、伽利略時(shí)代起談?wù)勎锢韺W(xué)的發(fā)展與人類(lèi)的文明進(jìn)步的關(guān)系。

一、工業(yè)革命前的人類(lèi)文明

工業(yè)革命前的物理學(xué)雖然在漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中不斷發(fā)展，但是并沒(méi)有給人類(lèi)帶來(lái)生產(chǎn)力上的巨大改變，人類(lèi)還處于刀耕火種的農(nóng)業(yè)時(shí)代，那是的生產(chǎn)力很低下，人們的生活水平上千年來(lái)沒(méi)有真正的突破。

二、人類(lèi)的機(jī)械化時(shí)代

牛頓力學(xué)的建立和熱力學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了第一次工業(yè)革命

1665年夏，年僅23的牛頓因英國(guó)爆發(fā)瘟疫而避居鄉(xiāng)下，他一生最重要的成果，幾乎所有的重要數(shù)學(xué)物理思想多誕生與不這個(gè)時(shí)期。在他45歲時(shí)，劃時(shí)代的偉大巨著《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》出版，奠定了整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，并對(duì)其他自然科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了不可磨滅的推動(dòng)和影響。

三、人類(lèi)的電氣化時(shí)代

經(jīng)典電磁學(xué)是研究宏觀電磁現(xiàn)象和客觀物體的電磁性質(zhì)。人們很早就接觸到電和磁的現(xiàn)象，并知道磁棒有南北兩極。在18世紀(jì)，發(fā)現(xiàn)電荷有兩種：正電荷和負(fù)電荷。不論是電荷還是磁極都是同性相斥，異性相吸，作用力的方向在電荷之間或磁極之間的連接線上，力的大小和它們之間的距離的平方成反比。在這兩點(diǎn)上和萬(wàn)有引力很相似。18世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)電荷能夠流動(dòng)，這就是電流。但長(zhǎng)期沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電和磁之間的聯(lián)系。

19世紀(jì)前期，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使小磁針偏轉(zhuǎn)。而后安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向，以及磁針到通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直。不久之后，法拉第又發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁棒插入導(dǎo)線圈時(shí)，導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生電流。這些實(shí)驗(yàn)表明，在電和磁之間存在著密切的聯(lián)系。法拉第用過(guò)的線圈

電和磁之間的聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)后，人們認(rèn)識(shí)到電磁力的性質(zhì)在一些方面同萬(wàn)有引力相似。為此法拉第引進(jìn)了力線的概念，認(rèn)為電流產(chǎn)生圍繞著導(dǎo)線的磁力線，電荷向各個(gè)方向產(chǎn)生電力線，并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了電磁場(chǎng)的概念。

19世紀(jì)下半葉，麥克斯韋總結(jié)宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，并引進(jìn)位移電流的概念。這個(gè)概念的核心思想是：變化著的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)；變化著的磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上他提出了一組偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律。這套方程稱(chēng)為麥克斯韋方程組，磁學(xué)的基本方程。麥克斯韋的電磁理論預(yù)言了電磁波的存在，其傳播速度等于光速。于是人們認(rèn)識(shí)到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，肯定了光也是一種電磁波。該理論實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)的第三次綜合，即電、磁、光的綜合。

四、人類(lèi)的高科技時(shí)代

人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到今天，已進(jìn)入信息時(shí)代、核能時(shí)代、新材料時(shí)代和太空時(shí)代，也就是說(shuō)進(jìn)入了高科技時(shí)代。而這一切的基礎(chǔ)是20世紀(jì)物理學(xué)革命的產(chǎn)物――相對(duì)論和量子力學(xué)。

19世紀(jì)，經(jīng)典物理學(xué)的成就到達(dá)了頂峰?？墒?，世紀(jì)末的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)和黑體輻射實(shí)驗(yàn)形成了物理學(xué)萬(wàn)里晴空中的“兩朵烏云”；而電子、X射線和放射性等新發(fā)現(xiàn)，使經(jīng)典物理學(xué)遇到了極大的困難。有的物理學(xué)家呼喚：“我們?nèi)匀辉谄诖诙€(gè)牛頓?！毙枰奕说臅r(shí)代造就了巨人。這第二個(gè)牛頓便是愛(ài)因斯坦。

1905年，愛(ài)因斯坦以“同時(shí)”的相對(duì)性為突破口，提出了“光速不變?cè)怼焙臀锢硪?guī)律在慣性系中不變的“相對(duì)性原理”，導(dǎo)出了洛侖茲變換，從而驅(qū)散了第一朵“烏云”。這就是狹義相對(duì)論。在此基礎(chǔ)上，他又得到的質(zhì)能相當(dāng)?shù)耐普揈=mc2，預(yù)示了原子能利用的可能。

1913～1916年，愛(ài)因斯坦從引力場(chǎng)中一切物體具有相同的加速度得到啟發(fā)，提出了“加速參照系與引力場(chǎng)等效”和物理規(guī)律在非慣性系中不變的“相對(duì)性原理”，從而得到了引力場(chǎng)方程。這就是廣義相對(duì)論。他預(yù)言，光線從太陽(yáng)旁邊通邊時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。1919年，英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)丁頓以全日蝕觀測(cè)證實(shí)了這一預(yù)言，從而開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代天文學(xué)的新紀(jì)元。愛(ài)因斯坦也因此名噪全球。

1900年，普朗克為驅(qū)散第二朵“烏云”，提出了“能量子”假設(shè)，量子論誕生了。1905年，愛(ài)因斯坦在此基礎(chǔ)上提出“光量子”假說(shuō)，用光的波粒二象性成功地解釋了“光電效變”。同年，他把量子概念用點(diǎn)陣振動(dòng)來(lái)解釋固體比熱。1912年，愛(ài)因斯坦又由量子概念提出了光化學(xué)當(dāng)量定律。1916年，他由玻爾的原子理論提出了自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的概念，孕育了激光技術(shù)。此后，對(duì)量子力學(xué)的建立作出重要貢獻(xiàn)的著名物理學(xué)家還有：1923年提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性的德布羅意，1925年建立量子力學(xué)的矩陣力學(xué)體系的玻恩和海森伯等，1926年建立量子力學(xué)的波動(dòng)方程的薛定諤。同年，玻恩給出了波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋?zhuān)Ｉ岢龇从澄⒂^世界特性的“不確定度關(guān)系”。量子力學(xué)揭示了微觀世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。它是20世紀(jì)物理學(xué)革命的。

篇4

傳統(tǒng)的原子物理學(xué)教科書(shū)大多按照歷史發(fā)展的時(shí)間順序，即按照人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子世界的具體過(guò)程，從“光譜”這一概念入手組織教學(xué)。這種教學(xué)的特點(diǎn)是以光譜實(shí)驗(yàn)事實(shí)為主線，以玻爾的舊量子論為重點(diǎn)，用半經(jīng)典半量子論的方法講授課程。但是對(duì)于這樣的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排，學(xué)生并不容易掌握，而且讓學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間掌握這些不易理解最終又要被量子論修正的理論，看起來(lái)確實(shí)是沒(méi)有必要的。因此傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容有些陳舊并且不易理解，也不能及時(shí)反映現(xiàn)代物理理論和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新水平，因此必須用新觀點(diǎn)和新思想重新組織教學(xué)內(nèi)容，以全新的角度構(gòu)建這門(mén)課程的知識(shí)體系。在材料物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生原子物理學(xué)的教學(xué)中，可直接用量子力學(xué)的理論研究原子結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。原子中電子的運(yùn)動(dòng)都遵循著量子力學(xué)的理論，而傳統(tǒng)教學(xué)中以學(xué)生不好理解的舊量子論為基礎(chǔ)，再用量子力學(xué)修正的做法并不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因此可以直接用量子力學(xué)的理論來(lái)研究原子結(jié)構(gòu)及其規(guī)律[1]，而將舊量子論僅僅作為一種鋪墊。實(shí)際教學(xué)中，可以先簡(jiǎn)明扼要地介紹舊量子論的核心內(nèi)容，而不必過(guò)多講授軌道的概念?？梢詣h除橢圓軌道理論和堿金屬原子的原子實(shí)極化和軌道貫穿等內(nèi)容。這樣就實(shí)現(xiàn)了原子物理學(xué)課程知識(shí)體系現(xiàn)代化的第一步，用最新的量子力學(xué)理論成果講述原子中電子的行為。量子力學(xué)理論是從特有的波函數(shù)、哈密頓算符以及薛定諤方程等形式化的理論，以高度濃縮的數(shù)學(xué)形式借鑒了各學(xué)科的研究成果，從而形成了一套獨(dú)特的理論體系。實(shí)際講授中可以薛定諤方程為主線，由薛定諤方程引入微觀粒子的波函數(shù)，建立二階偏微分方程，從而定量描述微觀粒子客體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。一方面，根據(jù)不同的勢(shì)能表達(dá)，建立各種原子的薛定諤方程并求解，向?qū)W生闡述這些解的物理意義，并與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相對(duì)照，從而加深學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而把握原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。另一方面，要突出德布羅意物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容總是先從經(jīng)典物理學(xué)的角度和觀點(diǎn)看“粒子”和“波”這兩個(gè)概念，指出二者之間的相互排斥性，然后再引出微觀粒子的波粒二象性，并強(qiáng)調(diào)波粒二象性是微觀粒子客體區(qū)別于宏觀客體的一種屬性。這種講法常常會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生困惑，覺(jué)得微觀客體很不可思議，超過(guò)了他們的認(rèn)知和理解范圍。因此在講授時(shí)可以直接給出對(duì)德布羅意波的正確解釋?zhuān)U明微觀粒子的波動(dòng)性并非指粒子和波一樣彌漫到整個(gè)空間，它本質(zhì)上是粒子位置分布的一種概率波。為了更好實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化，還應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中穿插關(guān)于物理學(xué)前沿知識(shí)的專(zhuān)題，介紹近代物理學(xué)中和原子物理相關(guān)的最新發(fā)展和高新技術(shù)。在講授某些概念和原理時(shí)，可適當(dāng)介紹最新應(yīng)用成果和科技前沿。例如在講授原子的能級(jí)和激發(fā)時(shí)，可以詳細(xì)介紹激光產(chǎn)生的原理、特性以及應(yīng)用等；在講到隧道效應(yīng)時(shí)，可以介紹掃描隧道顯微鏡的原理及其發(fā)展；在講授X射線的吸收和透射時(shí)，可以介紹在醫(yī)學(xué)診斷和治療中具有廣泛應(yīng)用的CT技術(shù)。增設(shè)這些前沿內(nèi)容，一方面是為了加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)際的聯(lián)系，使內(nèi)容變得生動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面可以讓學(xué)生體會(huì)到當(dāng)今科學(xué)與技術(shù)、生活的高度融合，開(kāi)擴(kuò)他們的視野，激發(fā)他們的創(chuàng)新熱情。原子物理學(xué)的發(fā)展伴隨了20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，并且隨著新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、新模型新理論的建立而不斷深入[2]。從歷史上看，原子物理學(xué)的每次重大突破，都經(jīng)歷著非常復(fù)雜曲折的過(guò)程，同時(shí)閃耀著物理學(xué)家創(chuàng)新精神的光芒。在課堂教學(xué)中，教師可以結(jié)合現(xiàn)代化的教學(xué)內(nèi)容，抓住典型的歷史案例進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生了解到科學(xué)探究過(guò)程的艱辛，體會(huì)創(chuàng)新精神的可貴性，并學(xué)習(xí)科學(xué)家們?yōu)榱颂角罂陀^世界真理不畏艱辛、執(zhí)著追求的科學(xué)品質(zhì)和創(chuàng)新精神。

二、實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的現(xiàn)代化，突出學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

教師教學(xué)的主要任務(wù)是傳授知識(shí)同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生入門(mén)，為了更好地突出學(xué)生的主觀能動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師有必要改進(jìn)原有的教學(xué)方法。除了教師講授、學(xué)生聽(tīng)講的傳統(tǒng)教學(xué)方式外，還必須引入更加現(xiàn)代化的教學(xué)方式進(jìn)行有益的補(bǔ)充[3，4]。在原子物理學(xué)課程的教學(xué)中，近代物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)占有舉足輕重的地位，很多重要的理論和結(jié)論都是由實(shí)驗(yàn)直接引出的。因此要特別重視近代物理實(shí)驗(yàn)，課堂教學(xué)時(shí)可以結(jié)合近代物理實(shí)驗(yàn)，如夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)、塞曼效應(yīng)等。在實(shí)驗(yàn)演示中，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)，為他們提供更好的認(rèn)識(shí)微觀世界的途徑。同時(shí)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件允許時(shí)，可以讓學(xué)生先動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，然后針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)規(guī)律，從理論上給予解釋?zhuān)瑥亩由顚W(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。在此過(guò)程中，可以給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)重現(xiàn)當(dāng)年物理學(xué)家們探究的過(guò)程，讓學(xué)生能夠親身參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。另外可以指導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)與課程相關(guān)的小論文，幫助培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生撰寫(xiě)的小論文，作為平時(shí)成績(jī)的一部分，計(jì)入學(xué)生的總評(píng)成績(jī)。論文的題目可以圍繞原子物理學(xué)的基本規(guī)律和應(yīng)用，由學(xué)生自己選題、搜索資料并獨(dú)立撰寫(xiě)。不僅可以激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，拓寬他們的知識(shí)面，還可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新的品質(zhì)。在這種教學(xué)過(guò)程中，可以充分體現(xiàn)教師引導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)理念和方法，加強(qiáng)學(xué)生在專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)中的主觀能動(dòng)性，同時(shí)有意識(shí)地培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

三、實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的現(xiàn)代化，為學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)創(chuàng)造情境條件

篇5

關(guān)鍵詞：固體物理學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0143-02

固體物理學(xué)是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及闡明其性能與用途的學(xué)科[1]。從學(xué)科結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上看，該課程內(nèi)容基于普通物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理等課程，主要講述晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)和能帶理論等方面知識(shí)。它既是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一，也是許多新學(xué)科的基礎(chǔ)。由該學(xué)科發(fā)展起來(lái)的基本概念、基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已向其他相鄰學(xué)科領(lǐng)域滲透，并促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展[2]。如：金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理、電介質(zhì)物理、表面物理、非晶態(tài)物理、材料科學(xué)等。幾十年來(lái)，以固體物理的理論為基礎(chǔ)，在半導(dǎo)體、磁學(xué)、激光、超導(dǎo)、納米材料等現(xiàn)代技術(shù)研究方面取得了重要突破。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固體物理課程的教學(xué)在新的歷史條件下已面臨前所未有的挑戰(zhàn)，碰到了許多難以回避的新問(wèn)題、新情況。傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)內(nèi)容對(duì)固體物理前沿的新成果、新概念介紹得不夠，且傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，不利于學(xué)生解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了適應(yīng)精英教育、構(gòu)建研究型大學(xué)人才培養(yǎng)的需要，固體物理學(xué)的教學(xué)改革十分必要。因此，筆者結(jié)合自己在學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)過(guò)程中的感想，針對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面作出如下探索。

1 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，學(xué)生既要學(xué)習(xí)原有的經(jīng)典知識(shí)，又要接受更多的課程和社會(huì)信息，如何在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這兩者的有效結(jié)合，是當(dāng)今各個(gè)階段的教育都面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。面對(duì)知識(shí)更新速度的加快，我們的教育目標(biāo)也應(yīng)該有所調(diào)整，即努力實(shí)現(xiàn)由“授之以魚(yú)”向“授之以漁”的轉(zhuǎn)變[3]。尤其是對(duì)于大學(xué)生，他們已經(jīng)接受了十多年傳統(tǒng)的學(xué)校教育，有了較多的知識(shí)積累，大學(xué)階段的教育一方面是教給他們以知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力，使他們掌握研究性學(xué)習(xí)的方法，以便走向社會(huì)后具備自我學(xué)習(xí)、獲取新知識(shí)和開(kāi)展新工作的能力。明確了這樣的培養(yǎng)目標(biāo)之后，在教學(xué)過(guò)程中，就應(yīng)該有針對(duì)性的創(chuàng)造各種條件，讓學(xué)生自主參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中來(lái)。例如，在講授布洛赫波的時(shí)候，先向?qū)W生強(qiáng)調(diào)晶體中電子波函數(shù)是按晶格周期調(diào)幅的平面波，接著啟發(fā)學(xué)生考慮自由電子波函數(shù)的形式（量子力學(xué)已經(jīng)講述過(guò)），經(jīng)過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生回想起自由電子的波函數(shù)是平面波的形式，之后再分析晶體中電子是受到晶格勢(shì)場(chǎng)的周期性調(diào)制，所以需在平面波的波函數(shù)前面加上一個(gè)調(diào)幅因子，最終形成了布洛赫波函數(shù)。經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)過(guò)程，學(xué)生可以自主的回顧以前所學(xué)的知識(shí)，并將其和新內(nèi)容相聯(lián)系，有助于新舊知識(shí)的融合和貫通。與此同時(shí)，也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。

2 教學(xué)內(nèi)容的精選

固體物理內(nèi)容十分豐富，體系龐大，各部分有各自的特點(diǎn)。其中復(fù)雜抽象的概念體系、晶體結(jié)構(gòu)的描述、嚴(yán)密的理論推導(dǎo)等要求任課教師具有較好的數(shù)學(xué)和物理學(xué)修養(yǎng)，要熟悉固體物理學(xué)發(fā)展歷史和前沿研究的新動(dòng)態(tài)、新概念，且能夠?qū)ξ锢韴D像進(jìn)行透徹的講解；要求學(xué)生具有扎實(shí)的微積分、線性代數(shù)、群論等數(shù)學(xué)知識(shí)和量子力學(xué)、原子物理學(xué)、理論力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理知識(shí)。同時(shí)，固體物理學(xué)知識(shí)比較零散、概念多、模型多、原理和定律多，這對(duì)教師和學(xué)生都是一種挑戰(zhàn)。面對(duì)如此龐大的知識(shí)體系和豐富的內(nèi)容，在講授過(guò)程中如何組織授課思路和精選教學(xué)內(nèi)容，是教師要解決的一個(gè)問(wèn)題。首先，理清固體物理的主線是非常重要的，即明確固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律及闡明其性能與用途的學(xué)科，是從微觀的角度來(lái)揭示固體的宏觀物理現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析教材，同時(shí)參考其他經(jīng)典教材，精選教學(xué)內(nèi)容，重在物理概念和模型，至于公式的推導(dǎo)和方程的求解等環(huán)節(jié)可適當(dāng)簡(jiǎn)化，留給學(xué)生課后自行解決。按照這樣的思路進(jìn)行下來(lái)，即使在有限的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生對(duì)物理概念、物理圖像的認(rèn)識(shí)也會(huì)比較清晰，有利于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握.

3 重視章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系

固體物理學(xué)雖然涉及內(nèi)容較多，但是認(rèn)真分析后，不難發(fā)現(xiàn)各章節(jié)之間銜接緊密。以胡安的《固體物理學(xué)》為例，本科階段的教學(xué)內(nèi)容主要是前四章：第一章主要講晶體的周期性結(jié)構(gòu)，那么這些結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)在機(jī)理是什么，就要考慮粒子間的相互作用，這樣就引出了第二章關(guān)于晶體結(jié)合的問(wèn)題；同時(shí)，由晶體的結(jié)合類(lèi)型和結(jié)合能，表明在不同的條件下，原子間會(huì)出現(xiàn)某種形式的引力和電子云的斥力，這些相反的作用力決定著平衡時(shí)原子間距，再考慮到絕熱近似，實(shí)際晶格則在平衡位置附近振動(dòng)，由此可引出第三章關(guān)于晶格動(dòng)力學(xué)和晶體熱學(xué)性質(zhì)的內(nèi)容；晶格動(dòng)力學(xué)主要是針對(duì)原子的水平上的內(nèi)容，而晶體中還包括電子，那么電子的狀態(tài)是怎樣的呢？這就引出了第四章能帶論.由此可見(jiàn)，在教學(xué)中，抓住知識(shí)體系的主線，突出概念和模型，便于學(xué)生識(shí)記、理解、掌握知識(shí)體系。

4 注入學(xué)科前沿知識(shí)

固體物理學(xué)是一門(mén)發(fā)展十分迅速的基礎(chǔ)科學(xué)，與當(dāng)今最活躍的凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連，也在其他多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得以應(yīng)用，因此面對(duì)不斷涌現(xiàn)的新的現(xiàn)象和新的科研成果，固體物理學(xué)的前沿動(dòng)態(tài)在教學(xué)中應(yīng)該有所反映[4]，這將有助于提高學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的積極性和明確努力方向，同時(shí)也使課堂教學(xué)增添活力.例如，在講授晶體的共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，筆者就聯(lián)系自己的科研實(shí)際，介紹了碳納米管和石墨中碳原子的成鍵形式的差異，說(shuō)明了二者在物理性質(zhì)上的區(qū)別和聯(lián)系，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹了低維碳納米材料近年來(lái)的研究進(jìn)展。再如講授能帶理論的時(shí)候，筆者向?qū)W生介紹了石墨烯的能帶特征，說(shuō)明了在低能極限下，石墨烯呈現(xiàn)出線性的能量色散關(guān)系，使得傳導(dǎo)電子可以看作是無(wú)質(zhì)量的Dirac費(fèi)米子，這種類(lèi)似于光子的特性，使其可用于相對(duì)論量子力學(xué)的研究，同時(shí)表明其獨(dú)特的載流子特性和優(yōu)異的電學(xué)特性，這些都是近幾年凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)。所以，把科學(xué)前沿知識(shí)引入課堂，不僅可以讓學(xué)生強(qiáng)烈地感受到科學(xué)發(fā)展的脈搏和動(dòng)力，極大的拓展了學(xué)生的視野，還可以激發(fā)起學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科理論實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的勇氣和欲望。這與“著重于啟迪學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生智能，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，努力拓寬學(xué)生的知識(shí)面，為探索未知世界鋪路架橋”的世界一流大學(xué)培養(yǎng)人才模式是相呼應(yīng)的。

5 教學(xué)手段的優(yōu)化組合

固體物理課程中包括大量的立體圖像和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，還涉及晶格振動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高。傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的課堂教學(xué)手段就有一定的弊端， 因此可以將現(xiàn)代化的教學(xué)手段融入進(jìn)來(lái)[5]。例如，使用多媒體課件演示晶體結(jié)構(gòu)、倒格子、能帶、晶格振動(dòng)等模型，再結(jié)合自制教具，實(shí)現(xiàn)圖片、動(dòng)畫(huà)和實(shí)體模型相結(jié)合，使學(xué)生建立形象的空間模型概念，更直觀的理解教學(xué)內(nèi)容。所以，多媒體教學(xué)技術(shù)以其趣味性、形象性，可以增強(qiáng)教學(xué)的感染力，為固體物理教學(xué)注入了新的活力，從根本上改變了固體物理傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。但是，多媒體課件不完全適合固體物理學(xué)教學(xué)，應(yīng)根據(jù)具體內(nèi)容和教學(xué)反饋進(jìn)行取舍。例如，在講授倒點(diǎn)陣、布洛赫定理、聲子態(tài)密度等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容時(shí)，要配合節(jié)奏相對(duì)緩慢的板書(shū)，使學(xué)生理解知識(shí)要點(diǎn)，學(xué)會(huì)推理，從而有效的學(xué)習(xí)。

6 結(jié)語(yǔ)

上述教學(xué)改革方案是筆者在自己學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)的過(guò)程中總結(jié)出來(lái)的，可以概括為“抓主線，選內(nèi)容，重前沿，講方法”，目前在教學(xué)活動(dòng)中也一直在實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。但是，固體物理教學(xué)改革是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，課程改革的進(jìn)行涉及到諸多方面，需要廣大教育工作者不斷研究和探索，進(jìn)行多次“實(shí)踐―反思―總結(jié)”，方可真正跟上當(dāng)今科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的要求，培養(yǎng)出新世紀(jì)合格的高素質(zhì)和創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡安，章維益.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2010（29）.

[3] 華中，宋春玲，劉研.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（4）.

篇6

【關(guān)鍵詞】光存儲(chǔ)電磁感生透明暗態(tài)極化聲子絕熱相干操控

一、全光型光纖通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

二十一世紀(jì)是信息高度發(fā)展的世紀(jì)，信息技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)方面，并發(fā)揮著不可替代的作用。隨著人們對(duì)于信息技術(shù)的需求不斷增加，信息傳遞技術(shù)的創(chuàng)新迫在眉睫，如何才能滿(mǎn)足信息量日益增多的現(xiàn)狀成為信息傳遞首要解決的難題。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而言，激光是滿(mǎn)足日益復(fù)雜信息傳遞的最佳工具，因此催生了全光通信技術(shù)的發(fā)展。

目前研究的重點(diǎn)就是利用何種技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的光學(xué)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于光信號(hào)的隨意控制。上世紀(jì)末美國(guó)率先解決了對(duì)于光脈沖群速度的隨意控制難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于光信息的人工控制，這意味著光存儲(chǔ)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

二、電磁感生透明及原子介質(zhì)中的光群速減慢

電磁感生透明也是由美國(guó)科學(xué)家提出的新概念，電磁感生透明是種量子干涉效效應(yīng)，電磁感生透明的意思是指在光吸收的介質(zhì)中，假設(shè)用兩個(gè)具有輕微失諧的光脈沖共同作用于該介質(zhì)，在共振的情況下，光吸收介質(zhì)就變?yōu)榱斯馔该鹘橘|(zhì)。一旦出現(xiàn)電磁感生透明現(xiàn)象，光脈沖的群速度也會(huì)相應(yīng)降低，而且降低的幅度也比較大，并且可以將光信息以原子態(tài)的形式儲(chǔ)存。現(xiàn)階段研究人員提出要想實(shí)現(xiàn)電磁感生透明現(xiàn)象，必須要滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件，其一就是必須有兩束光，而且相位和頻率必須固定，一束光作為控制光線，一般情況下都是脈寬比較寬的脈沖，另外一束則為信號(hào)光束，其光束的強(qiáng)度比控制光束的強(qiáng)度要小很多。再者兩束光線必須都能與三能級(jí)原子介質(zhì)發(fā)生相互作用，還必須滿(mǎn)足共振條件。上述兩種條件都能滿(mǎn)足的光束能夠使原子處于暗態(tài)，進(jìn)而提高光介質(zhì)的透明率。換句話說(shuō)調(diào)整光的強(qiáng)度就能夠控制原子介質(zhì)的投射率，也就是色散情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于光脈沖信號(hào)群速度的控制。

電磁感生透明現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，最為重要的應(yīng)用就是控制光脈沖的速度，在此之前已經(jīng)能夠?qū)⒐饷}沖的群速度降低，但是降低的幅度較小，還不能滿(mǎn)足人們生活生產(chǎn)的需要，電磁感生透明技術(shù)能夠有效降低光脈沖的群速度，并且通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，利用相干操控技術(shù)，光脈沖群速度與慢光之間還能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。

光存儲(chǔ)的暗態(tài)極化聲子理論及原子介質(zhì)中的光存儲(chǔ)

隨著電磁感生透明技術(shù)的發(fā)展，人們不僅要控制光脈沖群速度，而且要讓其完全停下來(lái)。如果能夠?qū)⒐饷}沖的群速度完全的停止下來(lái)，就能實(shí)現(xiàn)全光通信中的光儲(chǔ)存。經(jīng)過(guò)人們不懈努力，現(xiàn)在終于能夠通過(guò)冷原子和熱原子實(shí)現(xiàn)將光脈沖的群速度完全的控制下來(lái)，光儲(chǔ)存技術(shù)的關(guān)鍵就是要?jiǎng)?chuàng)設(shè)合適的環(huán)境，也就是說(shuō)在對(duì)光脈沖群速度的完全停止過(guò)程中，絕熱地關(guān)掉，并打開(kāi)控制光束，對(duì)于絕熱開(kāi)關(guān)的過(guò)程其實(shí)就是光儲(chǔ)存的過(guò)程。

目前德國(guó)科學(xué)家又提出一個(gè)新的概念叫做暗態(tài)極化聲子，該概念已經(jīng)能夠定量的計(jì)算出操控光脈沖群速度并且將信息儲(chǔ)存的具體方式，主要方法就是將光脈沖函數(shù)與原子函數(shù)共同組成一個(gè)波函數(shù)，當(dāng)進(jìn)行光儲(chǔ)存過(guò)程時(shí)，在兩束光束處于暗態(tài)的前提下，光脈沖與原子脈沖組成的新粒子將會(huì)穩(wěn)定的傳遞，這其中最為關(guān)鍵的就是光脈沖攜帶的信息和原子態(tài)可以通過(guò)光強(qiáng)的改變而被人工控制，隨著暗態(tài)極化聲子技術(shù)的出現(xiàn)，大大縮短了人們研究光儲(chǔ)存的時(shí)間，很快就有研究人員表示能夠?qū)崿F(xiàn)光脈沖的儲(chǔ)存和自由釋放，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一毫秒甚至是兩百微秒，并且隨著研究的不斷深入，光儲(chǔ)存的時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng)?，F(xiàn)階段人們不單單是研究其他介質(zhì)的光儲(chǔ)存，而且將研究對(duì)象轉(zhuǎn)向了固體介質(zhì)中的光儲(chǔ)存，并且已經(jīng)在常溫晶體中取得了較為明顯的成就。

我國(guó)在光儲(chǔ)存及光脈沖群速度的控制研究中，一直處于世界前列。對(duì)于電磁感生透明技術(shù)為代表的量子干涉技術(shù)的研究也一直在不斷的深入中。我國(guó)率先提出了將電磁感生透明技術(shù)以量子形式儲(chǔ)存應(yīng)用在全光通信中這一概念。并且已經(jīng)開(kāi)始致力與研究多能級(jí)構(gòu)型的原子介質(zhì)中不同光束的相干控制及稀有氣體原子的電磁感生透明現(xiàn)象，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)二十五微秒的光儲(chǔ)存。隨著量子技術(shù)的發(fā)展，人們的研究范圍也將突破現(xiàn)有的光脈沖儲(chǔ)存，進(jìn)一步擴(kuò)大到遠(yuǎn)距離量子通信技術(shù)的研究。

三、總結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段人類(lèi)在量子光學(xué)研究尤其是量子干涉中已經(jīng)取得了巨大的成就，為全光通信的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)可能，但是還有很長(zhǎng)的研究之路要走，我們要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入研究量子干涉技術(shù)，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)全光通信。

參考文獻(xiàn)

[1]羅有華.冷原子在靜電勢(shì)阱中的量子力學(xué)效應(yīng)[J].物理學(xué)報(bào). 2002

篇7

關(guān)鍵詞：智能信息處理技術(shù)；量子計(jì)算智能導(dǎo)論；教學(xué)實(shí)踐

人類(lèi)正被數(shù)據(jù)淹沒(méi)，卻饑渴于知識(shí)。面臨浩瀚無(wú)際而被污染的數(shù)據(jù)，人們呼喚從數(shù)據(jù)中來(lái)一個(gè)去粗取精、去偽存真的技術(shù)。而數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中識(shí)別出有效的、新穎的、潛在有用的，以及最終可理解的知識(shí)和模式的高級(jí)操作過(guò)程，所以數(shù)據(jù)挖掘也可以說(shuō)是一個(gè)模式識(shí)別的過(guò)程，因此模式識(shí)別領(lǐng)域的許多技術(shù)經(jīng)過(guò)一定的改進(jìn)便可以在數(shù)據(jù)挖掘中起重要的作用。計(jì)算智能(Computational Intelligence-CI)方法是傳統(tǒng)人工智能(Artificial Intelligence，AI)的擴(kuò)展，它是模式識(shí)別技術(shù)發(fā)展的新階段[1]。

科學(xué)家預(yù)言：“21世紀(jì)，人類(lèi)將從經(jīng)典信息時(shí)代跨越到量子信息時(shí)代”。創(chuàng)立了一個(gè)世紀(jì)的量子力學(xué)隨著20世紀(jì)90年代與信息科學(xué)交叉融合誕生的量子信息學(xué)，已成為量子信息時(shí)代來(lái)臨的重要標(biāo)志[2]。量子計(jì)算智能導(dǎo)論作為信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、智能信息處理、人工智能等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生專(zhuān)業(yè)課程，已經(jīng)在越來(lái)越多的高等學(xué)校開(kāi)設(shè)。

由于量子計(jì)算智能是一門(mén)跨越包括物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子機(jī)械、通訊、生理學(xué)、進(jìn)化理論和心理學(xué)等學(xué)科在內(nèi)的深?yuàn)W科學(xué)，因此量子計(jì)算智能導(dǎo)論的教學(xué)內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)的安排目前仍處在探索階段，尤其作為研究生課程如何使得學(xué)生在掌握深?yuàn)W理論的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，將理論轉(zhuǎn)化為技術(shù)與工具，從而提高動(dòng)手能力，這是每個(gè)研究生專(zhuān)業(yè)課任課老師的核心探索所在，因此就要求老師在授業(yè)解惑的同時(shí)關(guān)注前沿，以該學(xué)科的前沿領(lǐng)域?yàn)榻虒W(xué)指引，進(jìn)而更好的培養(yǎng)研究生主動(dòng)探索知識(shí)的能力。

1教材選擇

一本好的教材為教學(xué)起到了畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用，因此教材的選擇即是老師對(duì)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的選擇。我們選擇教材，期望該教材由淺入深、深入淺出、可讀性好，具有系統(tǒng)性、交叉性、前沿性等特點(diǎn)。由于量子計(jì)算智能導(dǎo)論為全校研究生的專(zhuān)業(yè)課程，而量子計(jì)算智能是一門(mén)多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科，因此我們要考慮到來(lái)自學(xué)校不同專(zhuān)業(yè)背景，以及在物理，數(shù)學(xué)，工程優(yōu)化和進(jìn)化理論基礎(chǔ)有限的兩難困境，所以首先選擇了一本關(guān)于量子計(jì)算的英文原版書(shū)作為教材之一，Michael Nielsen等人所著的《Quantum Computation and Quantum Information》[3]，2003年高等教育出版社出版，該書(shū)全面介紹了量子計(jì)算與量子信息學(xué)領(lǐng)域的主要思想與技術(shù)。到目前為止，該領(lǐng)域的高速進(jìn)展與學(xué)科交叉的特性使得初學(xué)者感到困惑而不易對(duì)其主要技術(shù)與結(jié)論有綜合性的認(rèn)識(shí)，而該書(shū)特色在于對(duì)量子機(jī)制和計(jì)算機(jī)科學(xué)給予了指導(dǎo)性介紹，使得那些沒(méi)有物理學(xué)或計(jì)算機(jī)科學(xué)背景的學(xué)生對(duì)此也易于接受，為學(xué)生提供了詳實(shí)的關(guān)于量子計(jì)算的物理原理和基本概念；另外考慮到這門(mén)課程面向研究生，無(wú)論將來(lái)他們是直接就業(yè)還是繼續(xù)深造，都要注重實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，要能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)的書(shū)本知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)和工具，去解決實(shí)際的工程和科研問(wèn)題，因此我們還選擇了另外一門(mén)書(shū)，由李士勇教授所著的《量子計(jì)算與量子優(yōu)化算法》[4]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社于2009年出版，該書(shū)著重講解了量子優(yōu)化算法，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了新的思路，并啟發(fā)大家在量子計(jì)算機(jī)沒(méi)有走出實(shí)驗(yàn)室的今天，如何利用現(xiàn)有的數(shù)字式計(jì)算機(jī)構(gòu)造具有量子特性的快速算法。當(dāng)然考慮到全校研究生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景不同，我們也推薦了中南大學(xué)蔡自興教授等編著，2004年由清華大學(xué)出版社出版的《人工智能及其應(yīng)用：研究生用書(shū)(第三版)》[5]，該書(shū)是蔡自興為主講教授的國(guó)家精品課程人工智能的配套教材，該本書(shū)中系統(tǒng)全面的講解了高級(jí)知識(shí)推理、分布式人工智能與艾真體、計(jì)算智能、進(jìn)化計(jì)算、群智能優(yōu)化、自然計(jì)算、免疫計(jì)算以及知識(shí)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等近年的熱點(diǎn)智能方法，從而輔助學(xué)生了解人工智能，以及人工智能如何發(fā)展到計(jì)算智能，使得學(xué)生全面認(rèn)識(shí)學(xué)科的發(fā)展和傳承性，為今后學(xué)習(xí)量子計(jì)算智能打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2教學(xué)內(nèi)容

本課程從量子計(jì)算的基本概念和原理出發(fā)，重點(diǎn)講解量子計(jì)算基礎(chǔ)和基本的量子算法；并從量子優(yōu)化算法拓展開(kāi)來(lái)。該門(mén)課程我們安排了46學(xué)時(shí)，具體安排如下：第1章，量子力學(xué)基礎(chǔ)(2學(xué)時(shí))；第2章，量子計(jì)算基礎(chǔ)(4學(xué)時(shí))；第3章，基本量子算法(4學(xué)時(shí))；第4章，Grover量子搜索算法的改進(jìn)(4學(xué)時(shí))；第5章，量子遺傳算法(8學(xué)時(shí))；第6章，量子群智能優(yōu)化算法(8學(xué)時(shí))；第7章，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法(8學(xué)時(shí))；第8章，量子遺傳算法在模糊神經(jīng)控制中的應(yīng)用(8學(xué)時(shí))。

3教學(xué)方法

3.1理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法

量子計(jì)算智能導(dǎo)論是一門(mén)多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科。選課的同學(xué)來(lái)自全校，各個(gè)的專(zhuān)業(yè)背景不同，但是大家的共同需求是一樣的，就是從課程中掌握一種用于解決實(shí)際問(wèn)題的工程技術(shù)，但是工程技術(shù)的掌握也需要理論的支撐，因此我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中總結(jié)出了一套方法，具體做法是將教學(xué)內(nèi)容劃分為：理論型和實(shí)踐型。

理論型教學(xué)指的是發(fā)展完善的量子計(jì)算基本原理和方法。其內(nèi)容包括：量子位、量子線路、量子Fourier 變換、量子搜索算法和量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)等。而其中量子位、量子線路以及量子算法都是以量子相對(duì)論為基礎(chǔ)的，這也是量子計(jì)算的本質(zhì)原理，而較之我們熟悉的數(shù)字式計(jì)算機(jī)和計(jì)算方式有著本質(zhì)的區(qū)別。我們?cè)诮虒W(xué)中由淺入深，通過(guò)PPT授課，采取理論與實(shí)例相結(jié)合的講授方式。下面給出了一個(gè)我們?cè)诮虒W(xué)中的實(shí)例：將量子計(jì)算問(wèn)題形象化。具體內(nèi)容如下。

讓我們想象一下下面這個(gè)問(wèn)題。我們要找一條穿過(guò)復(fù)雜迷宮的路。每次我們沿著一條路走，很快就會(huì)碰到新的岔路。即使知道出去的路，還是容易迷路。換句話說(shuō)，有一個(gè)著名的走迷宮算法就是右手法則――順著右手邊的墻走，直到出去(包括繞過(guò)絕路)。這條路也許并不很短，但是至少您不會(huì)反復(fù)走相同的過(guò)道。以計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)表述，這條規(guī)則也可以稱(chēng)作遞歸樹(shù)下行?，F(xiàn)在讓我們想象另外一種解決方案。站在迷宮入口，釋放足夠數(shù)量的著色氣體，以同時(shí)充滿(mǎn)迷宮的每條過(guò)道。讓一位合作者站在出口處。當(dāng)她看到一縷著色氣體出來(lái)時(shí)，就向那些氣體粒子詢(xún)問(wèn)它們走過(guò)的路徑。她詢(xún)問(wèn)的第一個(gè)粒子走過(guò)的路徑最有可能是穿過(guò)迷宮的所有可能路徑中最短的一條。當(dāng)然，氣體顆粒絕不會(huì)給我們講述它們的旅行。但是 量子算法以一種同我們的方案非常類(lèi)似的方式運(yùn)作。即，量子算法先把整個(gè)問(wèn)題空間填滿(mǎn)，然后只需費(fèi)心去問(wèn)問(wèn)正確的解決方案(把所有的絕路排除在答案空間以外)。這樣以來(lái)，一個(gè)枯燥晦澀的量子算法就被很形象的解釋?zhuān)虼嗽鰪?qiáng)了學(xué)生的記憶也加深了理解，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)踐型教學(xué)指的是正在發(fā)展中的量子計(jì)算智能方法的熱點(diǎn)問(wèn)題。其內(nèi)容包括：量子遺傳算法，混沌量子免疫算法，量子蟻群算法，量子粒子群算法，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法，和這些算法在實(shí)際工程優(yōu)化中的應(yīng)用。這部分內(nèi)容屬于本學(xué)科的前沿，但也是熱點(diǎn)問(wèn)題，因此這部分我們?cè)诮虒W(xué)中忽略理論推導(dǎo)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作，在PPT課件中增加仿真實(shí)例的講解；并在課下布置相應(yīng)的上機(jī)操作習(xí)題，配合上機(jī)實(shí)踐課程，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)也引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注這些前沿，從而培養(yǎng)他們的科研素養(yǎng)。

為了體現(xiàn)該門(mén)課的教學(xué)特點(diǎn)，我們?cè)诳己朔绞缴?，采取考試與報(bào)告相結(jié)合的方式，其中理論部分我們采取閉卷考試，占總考評(píng)分?jǐn)?shù)的40%；實(shí)踐部分采取上機(jī)技術(shù)報(bào)告考核，內(nèi)容為上機(jī)實(shí)踐課程布置的大作業(yè)，給出詳實(shí)的算法流程圖和仿真結(jié)果與分析，占總考評(píng)分?jǐn)?shù)的40%；出勤率占總考評(píng)分?jǐn)?shù)的20%。

3.2科研素養(yǎng)的培養(yǎng)與實(shí)踐能力的提高

科研素養(yǎng)的最核心部分，就是一個(gè)人對(duì)待科研情感態(tài)度和價(jià)值觀，科研素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅使學(xué)生獲得知識(shí)和技能，更重要的是使其獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)。正如溫總理說(shuō)的那樣：“教是為了不教，學(xué)是為了會(huì)學(xué)”，當(dāng)學(xué)生將課本內(nèi)容遺忘后，遺留下來(lái)的東西即是他們所具備的科研素養(yǎng)。因此，在教學(xué)中，我們的宗旨也是提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，量子計(jì)算智能導(dǎo)論是一門(mén)理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科，該學(xué)科的發(fā)展日新月異，在信息處理領(lǐng)域的關(guān)注度也越來(lái)越高。在教學(xué)實(shí)踐中，我們采用了上機(jī)實(shí)踐和技術(shù)報(bào)告相結(jié)合的教學(xué)方式。掌握各種量子計(jì)算智能方法的原理和流程是這門(mén)課程教學(xué)的首要任務(wù)，因此學(xué)生結(jié)合各自研究方向?qū)崿F(xiàn)量子智能算法在實(shí)際科研任務(wù)中的優(yōu)化問(wèn)題求解。在上機(jī)實(shí)踐中，學(xué)生不僅要掌握該智能算法的流程而且重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)

自己科研任務(wù)的建模，學(xué)會(huì)系統(tǒng)分析問(wèn)題，建立合理的數(shù)學(xué)模型，并給出理論分析。上機(jī)實(shí)踐驗(yàn)收中，我們不但考察其結(jié)果展示，更增加了上機(jī)實(shí)踐的技術(shù)報(bào)告，用來(lái)分析模型建立的合理性，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待科研問(wèn)題的分析素養(yǎng)和建模素養(yǎng)。在技術(shù)報(bào)告中，我們要求學(xué)生給出幾種可供參考的建模模型，并分析各自的優(yōu)勢(shì)，和選擇這一解決方案的依據(jù)。由于量子計(jì)算智能導(dǎo)論是面向研究生開(kāi)設(shè)的課程，在教學(xué)中，我們更佳關(guān)注其分析問(wèn)題的能力，和解決問(wèn)題的合理性的思考能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。

4結(jié)語(yǔ)

把教學(xué)當(dāng)做一門(mén)藝術(shù)，是我們作為高校老師畢生追求的目標(biāo)，如何做到重點(diǎn)講透，難點(diǎn)講通，要點(diǎn)講清，這也是我們多年教學(xué)中一直關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)。我們?cè)诮虒W(xué)中反對(duì)“灌輸式”，強(qiáng)調(diào)“啟發(fā)式”，以實(shí)際應(yīng)用先導(dǎo)教學(xué)是非?？扇〉?，也收到了良好的效果。量子計(jì)算智能導(dǎo)論是一門(mén)綜合型交叉學(xué)科，且面向研究生開(kāi)設(shè)，因此在教學(xué)實(shí)踐中，我們十分重視學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過(guò)上機(jī)實(shí)踐和技術(shù)報(bào)告的形式引導(dǎo)學(xué)生積極動(dòng)手，積極思考。希望這些教學(xué)中的點(diǎn)滴供同行們交流探討。

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Exploration on Introduction to Quantum Computational Intelligence

LI Yangyang, SHANG Ronghua, JIAO Licheng

(School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)

篇8

認(rèn)識(shí)人類(lèi)自身、認(rèn)識(shí)人類(lèi)所面對(duì)的宇宙，是科學(xué)的根本任務(wù)，并由此而衍生出人類(lèi)知識(shí)的兩大系統(tǒng)——自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)。二者之間最深刻的關(guān)聯(lián)在于：人對(duì)自身認(rèn)識(shí)有多深，對(duì)外部宇宙的認(rèn)識(shí)就有多深，它們是同步進(jìn)行的。作為自然科學(xué)重要分支的物理學(xué)是建立在分析與實(shí)證基礎(chǔ)上的。在科學(xué)飛速發(fā)展的今天，物理學(xué)的研究無(wú)論在宏觀還是在微觀上早已超越了感官經(jīng)驗(yàn)的范圍之外。這不可避免地帶來(lái)一個(gè)困惑：我們以現(xiàn)有的感官經(jīng)驗(yàn)去描述、解釋遠(yuǎn)在我們經(jīng)驗(yàn)之外的對(duì)象是可能的嗎？要解決這一困惑，就必須轉(zhuǎn)換邏輯思維的方式。對(duì)此，古老的禪宗哲學(xué)給了我們重大的啟示。

一、禪宗與禪宗邏輯

“禪”或“禪那”是梵文Dhyana的音譯，原意是沉思、靜慮。佛教禪宗的起源，按傳統(tǒng)說(shuō)法，謂佛法有“教外別傳，以心傳心，不立文字”的教義，從釋迦牟尼直接傳下來(lái)，傳到菩提達(dá)摩。達(dá)摩于梁武帝時(shí)（約520～526年）來(lái)到中國(guó)將心傳傳給二祖慧可（486～593年）。如此輾轉(zhuǎn)相傳，終于出現(xiàn)了以六祖慧能（638～713年）創(chuàng)始的南宗頓教，以后日益豐富發(fā)展，成為具有鮮明特色的中國(guó)佛學(xué)禪宗。禪宗是佛教的一個(gè)宗派，是“中國(guó)的佛學(xué)”，它是中國(guó)道家哲學(xué)與佛教空宗（亦稱(chēng)中道宗）相互作用的產(chǎn)物，對(duì)于中國(guó)哲學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)有著極其深遠(yuǎn)的影響。禪宗所依據(jù)的主要典籍為《金剛經(jīng)》和《六祖壇經(jīng)》。

其實(shí)早在達(dá)摩來(lái)華以前，空宗的代表人物僧肇與道生等就在吸收與融匯中國(guó)道家思想的基礎(chǔ)上，為禪宗的出現(xiàn)提供了必要的理論準(zhǔn)備。如在道生的理論中，就有了“頓悟成佛”、“一切眾生，莫不是佛”（《法華經(jīng)疏》）等禪宗的基本思想。而在被僧肇所具體化了的關(guān)于三個(gè)層次的“二諦義”理論中（《肇論·般若無(wú)知論》），空宗所謂的第三層真諦即為禪宗之“第一義”。禪宗的一切修行以及最后的頓悟，都是為了成就作為其終極目標(biāo)的“第一義”。這個(gè)第一義就是宇宙的本體、佛的本體，就是最后解脫的境界。

三個(gè)層次的“二諦義”理論認(rèn)為：(1)第一個(gè)層次：普通人以為萬(wàn)物實(shí)“有”，而不知“無(wú)”。佛教認(rèn)為萬(wàn)物實(shí)際上都是“空”、“無(wú)”。在這個(gè)層次上，認(rèn)為萬(wàn)物是“有”，這是“俗諦”；認(rèn)為萬(wàn)物是“無(wú)”是“真諦”。(2)第二個(gè)層次：認(rèn)為萬(wàn)物是“有”與認(rèn)為萬(wàn)物是“無(wú)”，都是片面的。因?yàn)椤盁o(wú)”并不只是沒(méi)有了“有”的結(jié)果。事實(shí)上“有”同時(shí)就是“無(wú)”。萬(wàn)物無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化之中，一物此時(shí)此刻的存在狀態(tài)與其在另一時(shí)刻的存在狀態(tài)是不同的，在這種意義上，此時(shí)此刻的“有”在另一時(shí)刻就是“無(wú)”了。故在這個(gè)層次上，說(shuō)萬(wàn)物是“有”與說(shuō)萬(wàn)物是“無(wú)”，都同樣是“俗諦”。只有不片面的中道，認(rèn)識(shí)到萬(wàn)物非有非無(wú)才是“真諦”。(3)第三個(gè)層次：說(shuō)“中道”在于不片面（非有非無(wú)），這意味著進(jìn)行區(qū)別，而一切區(qū)別本身就是片面的。故在這一層次上，說(shuō)萬(wàn)物非有非無(wú)就是俗諦了。真諦是：萬(wàn)物非有非無(wú)，而又非非有非非無(wú)（《大藏經(jīng)》卷四十五）。禪宗的第一義，指的就是這種“非有非無(wú)，而又非非有非非無(wú)”的境界?！督饎偨?jīng)》云：“……如來(lái)所說(shuō)法皆不可取，不可說(shuō)，非法，非非法”。這種“非非”的境界是經(jīng)驗(yàn)之外的，是普通的邏輯思維達(dá)不到的，是不可言說(shuō)的。所以“說(shuō)似一物即不中”（《六祖壇經(jīng)·機(jī)緣品第七》），“我向爾道是第二義”（《五燈會(huì)元卷第十·清涼文益禪師》），“道，可道，非常道”（《老子·第一章》）。

為了證悟禪宗的第一義，“只有打破和超越任何區(qū)分和限定（不管是人為的概念、抽象的思辨，或者是道德的善惡、心理的愛(ài)憎、本體的空有……），才能真正體會(huì)和領(lǐng)悟到那個(gè)所謂真實(shí)的絕對(duì)本性。它在任何語(yǔ)言、思維之前、之上、之外，所以是不可稱(chēng)道、不可言說(shuō)、不可思議的。束縛在言語(yǔ)、概念、邏輯、思辨和理論里，如同束縛于有限的現(xiàn)實(shí)事物中一樣，便根本不可能‘悟道’”[1]。而這也正是六祖慧能臨終傳授宗旨的“秘訣”：“先須學(xué)三科法門(mén)，動(dòng)用三十六對(duì)，出沒(méi)即菩提場(chǎng)，說(shuō)一切法，莫離自性。忽有人問(wèn)汝法，出語(yǔ)盡雙，皆取對(duì)法，來(lái)去相因。究竟二法盡除，更無(wú)去處?！粲腥藛?wèn)汝義，問(wèn)有將無(wú)對(duì)，問(wèn)無(wú)將有對(duì)，問(wèn)凡以圣對(duì)，問(wèn)圣以凡對(duì)。二道相因，生中道義”（《六祖壇經(jīng)·付囑品第十》）。應(yīng)用六祖的這種“對(duì)法”，從“有”、“無(wú)”始，便可達(dá)到非有非無(wú)，進(jìn)而證悟非非有非非無(wú)的第一義境界。

仔細(xì)分析禪宗的“第一義”以及六祖慧能的“對(duì)法”，不難發(fā)現(xiàn)，它實(shí)際上是給出了一種全新的邏輯，在此將其稱(chēng)為“禪宗邏輯”。

眾所周知，作為邏輯演算的對(duì)象可以是事物、事物的類(lèi)、事物之間的關(guān)系，也可以是命題之間的關(guān)系。禪宗邏輯同布爾邏輯[2][3]相似，也具有明顯的類(lèi)代數(shù)的特點(diǎn)。令全類(lèi)為"1"，空類(lèi)為"0"。以A和B分別代表兩個(gè)類(lèi)，也稱(chēng)之為選取符號(hào)。A代表在論域中選取所有A的結(jié)果，B代表選取所有B的結(jié)果，則

A=B表示兩類(lèi)之間有完全相同的分子；

AB表示兩類(lèi)相交，即邏輯相乘，代表既屬于A類(lèi)又屬于B類(lèi)的類(lèi)；

A+B表示兩類(lèi)相并，即邏輯相加，代表或?qū)儆贏所標(biāo)記的事物的類(lèi)，或?qū)儆贐所標(biāo)記的事物的類(lèi)；

附圖表示A的補(bǔ)類(lèi)，即由論域中除去類(lèi)A的事物的類(lèi)。

按照上述的基本約定，在傳統(tǒng)的布爾邏輯中，如果A表示類(lèi)“有”，B表示類(lèi)“無(wú)”，則明顯有A+B=1，即類(lèi)A和類(lèi)B互為補(bǔ)類(lèi)，即這意味著同時(shí)屬于兩個(gè)互補(bǔ)的類(lèi)的類(lèi)是可能存在的，即傳統(tǒng)邏輯中的“不矛盾律”在禪宗邏輯中不一定成立。其次，由禪宗邏輯的基本求和公式可以清楚地看到，對(duì)于不可言說(shuō)的本體的“認(rèn)識(shí)”過(guò)程在邏輯上只能是一個(gè)無(wú)限逼近的漸進(jìn)過(guò)程，這正從邏輯上顯示了它的不可言說(shuō)性的根源所在。邏輯原子主義的代表人物維特根斯坦曾指出：“我的語(yǔ)言的界限意味著我的世界的界限?！壿嫵錆M(mǎn)著世界；世界的界限也是邏輯的界限?！盵4]原來(lái)不可言說(shuō)的禪宗“第一義”是在傳統(tǒng)的語(yǔ)言和邏輯之外的存在，現(xiàn)在隨著邏輯的擴(kuò)展，在禪宗邏輯框架內(nèi)，它便不再是邏輯之外的存在了。邏輯擴(kuò)展了，世界也隨之?dāng)U展了。

根據(jù)禪宗邏輯的基本求和公式，在零級(jí)近似下（對(duì)應(yīng)于在求和公式中只取n=0一項(xiàng)），邏輯求和公式變成：

A+B=1.

附圖而這正是布爾邏輯，即布爾邏輯是禪宗邏輯的零級(jí)近似?？梢?jiàn)禪宗邏輯比傳統(tǒng)的只研究矛盾對(duì)立雙方間的關(guān)系的二值邏輯具有更大的包容性。首先，它在邏輯對(duì)象上，除了包含互補(bǔ)的、矛盾的兩個(gè)基本的邏輯類(lèi)之外，它還同時(shí)容納了與之相關(guān)聯(lián)的其余所有可能的獨(dú)立的類(lèi)，這就為在邏輯上去研究“非非”之類(lèi)（傳統(tǒng)邏輯之外的、不可言說(shuō)的）的對(duì)象奠定了基礎(chǔ)。其次，就邏輯自身而言，禪宗邏輯包容了那些不矛盾律不再成立的邏輯，為邏輯自身的擴(kuò)展提供了極大的可能性。

二、物理學(xué)中的“波粒二象性”與禪宗邏輯

物理學(xué)按照其研究對(duì)象的不同，可分為經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)（現(xiàn)代物理學(xué)）兩大類(lèi)。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是人們感官經(jīng)驗(yàn)之內(nèi)的物質(zhì)客體，適用于牛頓力學(xué)。站在經(jīng)典物理學(xué)的立場(chǎng)上，一個(gè)具體的物質(zhì)客體只能以粒子的方式或波動(dòng)的方式存在，不存在其它的可能存在方式，即一個(gè)物理客體要么以粒子的方式存在，要么以波動(dòng)的方式存在。以粒子的方式存在的客體在某一時(shí)刻具有確定的空間位置；以波動(dòng)的方式存在的客體在某一具體時(shí)刻在全空間存在而不具有確定的空間位置，例如水波和聲波等。無(wú)論是經(jīng)典的粒子還是經(jīng)典的波，它們都存在于人們的經(jīng)驗(yàn)范圍之內(nèi)，是看得見(jiàn)摸得著的。借助于牛頓力學(xué)理論，人們可以運(yùn)用日常經(jīng)驗(yàn)中的語(yǔ)言、概念來(lái)描述、理解它們，而不會(huì)產(chǎn)生任何邏輯上的困難。

物理學(xué)研究一旦深入到微觀的領(lǐng)域，它的客觀對(duì)象（如原子）就不再是人的感官所能直接體驗(yàn)的了。微觀客體的微觀運(yùn)動(dòng)本身已不再是感官所能直接觀測(cè)和認(rèn)識(shí)的對(duì)象。為了“認(rèn)識(shí)”微觀客體及其運(yùn)動(dòng)，只有借助于復(fù)雜的科學(xué)儀器，通過(guò)人工安排的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)由其引起的在儀器中發(fā)生的某種不可逆放大過(guò)程所導(dǎo)致的宏觀可觀察效應(yīng)。這種通過(guò)儀器的讀數(shù)所“認(rèn)識(shí)”到的對(duì)象已不再是微觀客體本身，而這又是對(duì)微觀客體的唯一的一個(gè)認(rèn)識(shí)途徑，即只能這樣來(lái)認(rèn)識(shí)微觀客體，對(duì)微觀客體的認(rèn)識(shí)就是這種意義上的一種“認(rèn)識(shí)”。

在通過(guò)各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)微觀客體的研究中，人們發(fā)現(xiàn)微觀客體（原子、電子等）在某些條件下表現(xiàn)出粒子性的一面，而在另一些條件下又表現(xiàn)出波動(dòng)性的一面，這就是所謂的“波粒二象性”問(wèn)題。微觀粒子在某種意義上既是粒子又是波，既不是粒子又不是波，也不是粒子和波的簡(jiǎn)單綜合。這種“波粒二象性”在經(jīng)典物理學(xué)框架內(nèi)是完全不可理解的?！拔锢韺W(xué)家們?cè)谠游锢韺W(xué)初期面臨的自相矛盾的境遇與之（指禪宗）驚人地相似，與禪宗的情況一樣，真諦隱藏在佯謬之中，這些佯謬不能用邏輯推理來(lái)解決，而只能靠一種新的認(rèn)識(shí)來(lái)理解?！盵5]盡管物理學(xué)家們無(wú)法在邏輯上解決“波粒二象性”佯謬，但是經(jīng)過(guò)許多人的努力，最終在數(shù)學(xué)上建立起了一套完備的理論體系——量子力學(xué)來(lái)描述微觀客體的運(yùn)動(dòng)。在量子力學(xué)體系中，微觀客體一般就表現(xiàn)為一個(gè)數(shù)學(xué)上虛的態(tài)函數(shù)，它可以通過(guò)薛定諤方程來(lái)確定。但是，無(wú)論如何量子力學(xué)的數(shù)學(xué)形式理論本身并不能給出關(guān)于微觀客體波粒二象性的物理解釋?zhuān)驗(yàn)閿?shù)學(xué)上的虛數(shù)無(wú)論如何是無(wú)法同外在的客觀存在相對(duì)照的。1927年，物理學(xué)家玻爾提出了所謂的“互補(bǔ)原理”來(lái)解釋微觀客體的“波粒二象性”問(wèn)題。“玻爾把兩種圖象——粒子圖象和波動(dòng)圖象——看作是同一個(gè)實(shí)在的兩個(gè)互補(bǔ)的描述。這兩個(gè)描述中的任何一個(gè)都只能是部分正確的，使用粒子概念以及波動(dòng)概念都必須有所限制，否則就不能避免矛盾。”[6]不難發(fā)現(xiàn)玻爾的互補(bǔ)性解釋只是一種哲學(xué)上的嘗試，并沒(méi)有從根本上解決由“波粒二象性”所導(dǎo)致的邏輯困難。

通過(guò)上述分析可知，傳統(tǒng)邏輯是無(wú)法解釋微觀客體的“波粒二象性”疑難的，唯一的出路是求助于比傳統(tǒng)邏輯包容性更大的新的邏輯。本文所給出的禪宗邏輯正好可以用來(lái)解釋“波粒二象性”問(wèn)題。首先，波和粒子作為兩個(gè)類(lèi)在傳統(tǒng)邏輯（經(jīng)典物理學(xué)框架內(nèi)）上是完全互補(bǔ)的兩個(gè)類(lèi)，因此可令：A表示粒子，B表示波，翻譯成邏輯的語(yǔ)言就是：在邏輯上存在這樣的類(lèi)，它同時(shí)既是粒子又是波。物理學(xué)上的微觀粒子就正好是這樣的一種客觀存在的類(lèi)。這又從另一個(gè)方面證明了微觀客體所遵循的邏輯是禪宗邏輯的一級(jí)近似的結(jié)論的正確性。

三、總結(jié)

禪宗哲學(xué)（包括禪宗邏輯）同現(xiàn)代物理學(xué)之間的平行性，早已引起過(guò)人們的關(guān)注。玻爾在1937年訪華時(shí)就曾被中國(guó)的對(duì)立兩極的概念所震驚。而美國(guó)著名物理學(xué)家F.卡普拉則更是為這種平行性所吸引，寫(xiě)出了轟動(dòng)一時(shí)的《物理學(xué)之“道”——近代物理學(xué)與東方神秘主義》一書(shū)。盡管有許多人都意識(shí)到了現(xiàn)代物理學(xué)與古老的中國(guó)哲學(xué)思想之間具有某種相通性，但沒(méi)有人能明確指出其背后的根由。通過(guò)本文的研究，不難發(fā)現(xiàn)這種平行性、相通性的根源在于二者所研究和指向的對(duì)象都遵循相同的邏輯——禪宗邏輯。禪宗邏輯的對(duì)象是感官經(jīng)驗(yàn)之外的，是日常的語(yǔ)言、邏輯所不能言說(shuō)的，物理學(xué)所研究的微觀客體同禪宗所要證悟的最終本體恰恰都是這種對(duì)象。人的思維離不開(kāi)形象、直觀，離不開(kāi)日常經(jīng)驗(yàn)中的語(yǔ)言、概念和邏輯，而禪宗所要證悟的本體和物理學(xué)所研究的微觀客體卻又都是直接經(jīng)驗(yàn)之外的存在，是無(wú)法從形象和直觀上把握的。正如玻爾所指出的：“物理學(xué)面臨的困難來(lái)源于我們被迫使用日常生活的詞匯和概念，即使我們是在從事于精煉的觀察也如此。我們除用粒子或波就不知道其他描寫(xiě)運(yùn)動(dòng)的方式。”[7]因此要想“認(rèn)識(shí)”和“把握”這類(lèi)對(duì)象，就只有超越傳統(tǒng)邏輯的束縛，應(yīng)用全新的包容性更大的邏輯進(jìn)行思維，才能將其重新納入到邏輯的框架之內(nèi)加以“言說(shuō)”、“認(rèn)識(shí)”。

收稿日期：2002-08-30

【參考文獻(xiàn)】

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篇9

【關(guān)鍵詞】光速不變;單鏈?zhǔn)?定向振蕩

1.引言

物理學(xué)是一門(mén)研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的科學(xué)，牛頓從宏觀物體的運(yùn)動(dòng)變化中總結(jié)出了三大運(yùn)動(dòng)定律，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，成為物理學(xué)的開(kāi)山鼻祖。麥克斯韋研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，在前人的基礎(chǔ)上總結(jié)出了電磁場(chǎng)理論。愛(ài)因斯坦研究光運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，在麥克耳孫和莫雷的干涉實(shí)驗(yàn)以及光行差實(shí)驗(yàn)等的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了光速不變?cè)恚?chuàng)立了相對(duì)論。

普朗克通過(guò)研究黑體輻射中不同頻率的電磁波運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，發(fā)明了量了論，后來(lái)的物理學(xué)家們?cè)诖嘶A(chǔ)上發(fā)展出了量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)，創(chuàng)建并完善了標(biāo)準(zhǔn)模型理論。很多物理學(xué)家窮其一生，試圖把相對(duì)論和量子理論結(jié)合起來(lái)，建立大統(tǒng)一理論。然而，相對(duì)論和量子理論就像一頭大象的鼻子和尾巴，它們不但形象各異，而且總是各朝一方，即便免強(qiáng)拼湊在一起也并不是一頭完整的大象。

2.相對(duì)論和量子理論的局限

愛(ài)因斯坦是在光速不變?cè)淼幕A(chǔ)上創(chuàng)立相對(duì)論的，但愛(ài)因斯坦并不能解釋光速為何不變。一些相對(duì)論專(zhuān)家說(shuō)光速不變是四維時(shí)空的一種自然表現(xiàn)，這種說(shuō)法有點(diǎn)牽強(qiáng)。四維時(shí)空觀是愛(ài)因斯坦在研究有關(guān)光速不變的實(shí)驗(yàn)后形成的一種觀念，這些實(shí)驗(yàn)都只涉及到光波，至今為止，人類(lèi)還沒(méi)有辦法把一些實(shí)物粒子，如電子、原子、分子等，加速到光速， 也就不知道這些實(shí)物粒子的速度能不能達(dá)到或超過(guò)光速。我們不能因?yàn)檫€沒(méi)有辦法把一個(gè)電子加速到光速就斷定電子的速度不能達(dá)到光速，人類(lèi)目前還做不到的事情并不意味著未來(lái)的人類(lèi)也做不到，未來(lái)總是充滿(mǎn)各種可能性的。既然我們還沒(méi)有法辦把實(shí)物粒子加速到光速，我們就無(wú)法知道光速不變?cè)硎欠襁m用于實(shí)物粒子，還是只適用于光子，更無(wú)法知道光速不變?cè)硎欠襁m用于宏觀的物體。

光速不變?cè)硖岢?，在每個(gè)慣性系中，真空中的光速各向同性，與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，也與光的頻率無(wú)關(guān)。一艘在水面上靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的船可以作為一個(gè)慣性系，倘若這艘船 永不停息地做毫無(wú)規(guī)則可言的運(yùn)動(dòng)，船的速度和方向總是在不停地變化，那么，這艘船就不能作為慣性系了.在微觀世界中，每一個(gè)物質(zhì)粒子如電子、原子、分子等，都在永不停息地做毫無(wú)規(guī)則可言的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有一個(gè)粒子相對(duì)于另一個(gè)粒子是靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的，只有粒子本身相對(duì)于粒子是靜止的，用來(lái)描述宏觀世界的慣性系在微觀層次上根本就不存在。我們都知道，激發(fā)光的是電荷，吸收或反射光的也是電荷，我們之所以能夠看見(jiàn)光，就是因?yàn)楣怛?qū)動(dòng)了我們視覺(jué)神經(jīng)中的電荷。我們不可能選擇一個(gè)電荷來(lái)做慣性參考系，而電荷激發(fā)出的光必須與另一個(gè)電荷相互作用才能被觀察到。愛(ài)因斯坦從宏觀的角度來(lái)研究光運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，認(rèn)為從光源激發(fā)出的光傳到物體上的過(guò)程就像從大炮發(fā)射出的炮彈射到物體上的過(guò)程一樣，這是錯(cuò)誤的。光的本質(zhì)是在電荷之間傳播的電場(chǎng)力波（即電磁波）。要想弄清楚光速不變的真正原因，就必須弄清楚電場(chǎng)力的產(chǎn)生機(jī)理和傳遞方式。

相對(duì)論和量子理論都認(rèn)為光是從光源發(fā)射出去的一種物質(zhì)，就像炮彈從大炮中發(fā)射出去那樣，之所以得出這樣的觀點(diǎn)，是因?yàn)橄鄬?duì)論和量子理論的創(chuàng)立者們都沒(méi)有認(rèn)識(shí)到，一個(gè)電荷和它的電場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)獨(dú)立于其它電荷和電場(chǎng)的具有無(wú)限延伸性的不可分割的整體。我們不可能把一個(gè)電荷從它的電場(chǎng)中分離出來(lái)，一個(gè)電荷無(wú)論如何運(yùn)動(dòng)，這個(gè)電荷的電場(chǎng)都不會(huì)脫離這個(gè)電荷被發(fā)射出去，一個(gè)電荷的電量是恒定不變的。從本質(zhì)上來(lái)講，一個(gè)電荷的電場(chǎng)是由無(wú)數(shù)與電荷有關(guān)聯(lián)的物質(zhì)在宇宙空間中延綿分布形成的一個(gè)具有無(wú)限廣延性的不可分割的物質(zhì)體系，光速不變是是電荷的電場(chǎng)具有無(wú)限廣延性的一種表現(xiàn)[1]。

電荷電場(chǎng)的廣延性與引力場(chǎng)的廣延性類(lèi)似。兩個(gè)物體之間，無(wú)論距離有多遠(yuǎn)，它們都處在對(duì)方的引力場(chǎng)中，都受到對(duì)方的引力作用。同樣地，兩個(gè)電荷之間無(wú)論距離多遠(yuǎn)，它們都處在對(duì)方的電場(chǎng)中，都受到電場(chǎng)力的作用。量子理論認(rèn)為，引力是質(zhì)點(diǎn)間互相交換引力子產(chǎn)生的，電場(chǎng)力則是電荷之間互相交換光子產(chǎn)生的。這種觀點(diǎn)并不正確。假設(shè)有N個(gè)質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)A的距離相等，質(zhì)點(diǎn)A與這N個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)有引力作用，即質(zhì)點(diǎn)A有N個(gè)引力子同時(shí)與這N個(gè)質(zhì)點(diǎn)交換。當(dāng)與質(zhì)點(diǎn)A距離相等的質(zhì)點(diǎn)增加到2N個(gè)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A就必須擁有2N個(gè)引力子同時(shí)與這2N個(gè)質(zhì)點(diǎn)交換。無(wú)論與質(zhì)點(diǎn)A的距離相等的質(zhì)點(diǎn)增加到多少個(gè)，質(zhì)點(diǎn)A與這些質(zhì)點(diǎn)之間都同時(shí)存在引力相互作用。以此類(lèi)推，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都同時(shí)擁有無(wú)窮多個(gè)引力子，顯然，這是錯(cuò)誤的。

電荷電場(chǎng)的廣延性使得任何一個(gè)電荷都可以同時(shí)與無(wú)數(shù)個(gè)電荷產(chǎn)生電場(chǎng)力，假如電場(chǎng)力是電荷之間互相交換光子產(chǎn)生的，那么，每一個(gè)電荷都必須同時(shí)擁有無(wú)數(shù)個(gè)光子，顯然，這是不正確的。

無(wú)論是相對(duì)論還是量子理論，都沒(méi)能正確地解釋電場(chǎng)力的產(chǎn)生機(jī)理。

電場(chǎng)力是電荷和它的電場(chǎng)原來(lái)的平衡狀態(tài)被引入電場(chǎng)中的電荷打破，導(dǎo)致構(gòu)成該電荷電場(chǎng)的所有物質(zhì)都有以引入該電荷電場(chǎng)中的電荷為中心重新分布的趨勢(shì)產(chǎn)生的一種力，是大量構(gòu)成電荷本身電場(chǎng)的物質(zhì)對(duì)電荷直接產(chǎn)生的力。任何一個(gè)電荷受到的電場(chǎng)力都是通過(guò)構(gòu)成該電荷本身電場(chǎng)的物質(zhì)來(lái)傳給電荷的，而電荷的電場(chǎng)是隨著電荷一起運(yùn)動(dòng)的。在沒(méi)有外力的作用下，或是合外力等于零的情況下，電荷和它自身的電場(chǎng)總能保持步調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)，可認(rèn)為電荷和它的電場(chǎng)是相對(duì)靜止的。從宏觀的角度來(lái)看，在每一個(gè)慣性系中，每一個(gè)電荷和它的電場(chǎng)都可以保持步調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每一個(gè)電荷相對(duì)于它的電場(chǎng)都是靜止的，這必然導(dǎo)致在每一個(gè)慣性系中，每一個(gè)電荷接收到的電場(chǎng)力波即光波在真空中的速度各向同性，即光速不變。

由上述可知，電荷電場(chǎng)的廣延性是我們觀察到的真空中的光速恒定不變的原因。

3.定向振蕩電流與單鏈?zhǔn)诫姶挪?/p>

與引力波類(lèi)似，電磁波本質(zhì)上并不是從波源中發(fā)射出的一種物質(zhì)，而是在電荷之間傳播的電場(chǎng)力波。無(wú)論是電場(chǎng)還是磁場(chǎng)，或是交替變化的電磁場(chǎng)，都是通過(guò)電荷或電流的運(yùn)動(dòng)變化來(lái)表現(xiàn)的。麥克斯韋首次提出了位移電流的概念，并預(yù)言了電磁波的一種形式――雙鏈?zhǔn)?。但受到?dāng)時(shí)條件的限制，麥克斯韋沒(méi)能預(yù)言出電磁波的另一種形式――單鏈?zhǔn)健Ｖ挥幸搿岸ㄏ蛘袷帯边@個(gè)全新的物理概念才能夠形象地描述單鏈?zhǔn)诫姶挪?。在現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典中，振蕩的含義有兩種，一種指振動(dòng);另一種指電流的周期性變化。電流的周期性變化可分為兩種，一種是電流的大小和方向都做周期性變化的，叫做雙向振蕩;另一種是電流的方向恒定不變，電流的大小做周期性變化的，叫做定向振蕩，也稱(chēng)單向振蕩。雙向振蕩電流激發(fā)出的是雙鏈?zhǔn)诫姶挪ǎp鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ诳臻g中傳播時(shí)產(chǎn)生的位移電流都是雙向振蕩的位移電流，即位移電流的大小和方向都是周期性變化的。雙向振蕩的位移電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也是雙向振蕩的，即磁場(chǎng)的大小和方向都做周期性變化的。雙鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ趥鞑ミ^(guò)程中遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體受到一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向都做周期性變化的雙向振蕩的感應(yīng)磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生同頻率雙向振蕩的感應(yīng)電流。

有的單向振蕩電流激發(fā)出的是雙鏈?zhǔn)诫姶挪ǎ热缃涣骱秃懔骰旌闲纬傻膯蜗蛘袷庪娏?。有的單向振蕩電流則能夠激發(fā)出單鏈?zhǔn)诫姶挪ǎ热鐚⒏哳l交流經(jīng)過(guò)特殊的整流后形成的單向振蕩電流。[2]

單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ诳臻g中傳播時(shí)產(chǎn)生的位移電流都是單向振蕩的位移電流，即位移電流的方向恒定不變，位移電流的大小做周期性變化的。單向振蕩的位移電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也都是單向振蕩的，即磁場(chǎng)方向恒定不變，場(chǎng)強(qiáng)大小做周期性變化的。單向振蕩磁場(chǎng)也稱(chēng)定向振蕩磁場(chǎng)。

單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ趥鞑ミ^(guò)程中遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體受到一個(gè)磁場(chǎng)方向恒定不變，場(chǎng)強(qiáng)大小做周期性變化的定向振蕩的感應(yīng)磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生同頻率定向振蕩的感應(yīng)電流。

讓兩列時(shí)間相差T/2（T表示定向振蕩電流定向振蕩的一個(gè)周期）的等幅同頻率的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ń?jīng)過(guò)等長(zhǎng)的路徑后疊加，便可在空間中合成超低頻定向振蕩的無(wú)源 的磁場(chǎng)。因?yàn)檫@種定向振蕩磁場(chǎng)是無(wú)源的，且只能表現(xiàn)出單個(gè)磁極的力學(xué)效應(yīng)，因此叫做磁單極量子，也稱(chēng)單極光子。[3]將通恒定電流的導(dǎo)體放置在由兩列時(shí)間相差T/2的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ń?jīng)過(guò)等長(zhǎng)的路徑后疊加形成的超低頻定向振蕩磁場(chǎng)中，導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生大小和方向都不變的電磁力。因?yàn)檫@種電磁力是由空間中無(wú)源的定向振蕩磁場(chǎng)對(duì)恒定電流產(chǎn)生的，可驅(qū)動(dòng)引擎前進(jìn)。這就是能夠進(jìn)行星際躍遷的光速飛船所采用的大推力量子引擎技術(shù)的原理。[4]

4.結(jié)語(yǔ)

相對(duì)論和量子理論是20世紀(jì)物理學(xué)取得的兩項(xiàng)重大的成果，這兩項(xiàng)理論的創(chuàng)立極大地促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)文明的進(jìn)步。但是，相對(duì)論和量子理論即是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，也是橫旦在人類(lèi)面前的兩座大山。這兩座大山都高聳入云，看似不可逾越。很多人望而卻步，只得拜倒在山腳下，只有少數(shù)不畏艱險(xiǎn)的勇者敢去翻越。這些勇者有的迷失在山中，有的跌入了深淵，誰(shuí)能夠第一個(gè)翻越過(guò)去，誰(shuí)就會(huì)成為新大陸的發(fā)現(xiàn)者，人類(lèi)文明史也將因此翻開(kāi)嶄新的一頁(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1]李昌穎.引力場(chǎng)與靜電場(chǎng)的廣延性與超光速原理[J].電子世界，2014.

[2]李昌穎.光分解與光振蕩形式變換的探究[J].電子世界，2014.

篇10

高中物理現(xiàn)代化的實(shí)施需要強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)支撐.對(duì)于其教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化，英國(guó)著名教育家斯賓塞在教學(xué)內(nèi)容方面提出科學(xué)才是最有價(jià)值的知識(shí)，這句話是他對(duì)課程主張的集中體現(xiàn)，即課程內(nèi)容取向應(yīng)面向現(xiàn)代化.他認(rèn)為在選擇課程內(nèi)容時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)力與科學(xué)的發(fā)展，不斷進(jìn)行課程內(nèi)容更新使其能夠?qū)r(shí)代先進(jìn)的自然科學(xué)成果反映和體現(xiàn)出來(lái).在組織教學(xué)內(nèi)容方面，依據(jù)學(xué)生的心理特征和知識(shí)的內(nèi)在邏輯相統(tǒng)一的原則是現(xiàn)代物理的一個(gè)發(fā)展趨向.當(dāng)代著名的結(jié)構(gòu)主義教學(xué)思想和認(rèn)知心理學(xué)派代表人物布魯納提出結(jié)構(gòu)主義課程觀.學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)是對(duì)一門(mén)學(xué)科的概念和一般原理的概括，同時(shí)還具有相應(yīng)的探究和學(xué)習(xí)這門(mén)學(xué)科的基本態(tài)度.他認(rèn)為這樣可以縮小“初級(jí)”知識(shí)與“高級(jí)知識(shí)”之間的差距，能夠在同一門(mén)學(xué)科中的基礎(chǔ)與尖端之間找出相通之處.鑒于此，現(xiàn)代新課程將物理學(xué)科分為多種模塊，對(duì)實(shí)施現(xiàn)代化內(nèi)容教學(xué)十分有利.贊可夫?yàn)榍疤K聯(lián)著名教育家，其提出發(fā)展并不是指讓事物停留在一般的發(fā)展水平上的觀點(diǎn)，指出教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該逐漸深入、由易到難，不斷分化，擴(kuò)大知識(shí)面.因此，在經(jīng)典物理的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行現(xiàn)代物理知識(shí)的擴(kuò)充.

二、物理教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化的思考

1. 告訴學(xué)生現(xiàn)代物理的研究成果

對(duì)于現(xiàn)代物理的定義，指從一八九六年鈾的天然放射性被貝克勒爾發(fā)現(xiàn)以來(lái)所取得的物理研究成果.一九零五年，著名科學(xué)家愛(ài)因斯坦根據(jù)其研究創(chuàng)立了狹義相對(duì)論，在他與普朗克、波爾、海森伯、德布羅意、波恩、薛定諤等多人的共同努力下，實(shí)現(xiàn)了量子力學(xué)與量子論的創(chuàng)立.通過(guò)近半個(gè)世紀(jì)對(duì)核物理、原子物理的相關(guān)研究，人類(lèi)在二十世紀(jì)四十年代便掌握了核能的奧秘，自此人類(lèi)社會(huì)開(kāi)始了“原子時(shí)代”的旅程.一九一六年，愛(ài)因斯坦提出受激輻射概念，推倒普朗克關(guān)于黑體輻射公式的相關(guān)論點(diǎn).如今，在人們的日常生活中以及尖端科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)工業(yè)、軍事、通信、教育、計(jì)算、藝術(shù)等各個(gè)方面都應(yīng)用到激光技術(shù).

2.讓學(xué)生理解基礎(chǔ)物理學(xué)的應(yīng)用及其作用

物理的發(fā)展大大促進(jìn)了現(xiàn)代科技的發(fā)展和提高.物理學(xué)在二十世紀(jì)發(fā)展了電子、原子能、計(jì)算機(jī)、激光等實(shí)業(yè)部門(mén).在高技術(shù)領(lǐng)域中，物理學(xué)的應(yīng)用有：電子計(jì)算機(jī)的誕生讓人類(lèi)勞動(dòng)方式發(fā)生翻天覆地的變化，是人類(lèi)智力解放的重要開(kāi)創(chuàng)性舉措；基因工程技術(shù)的發(fā)明，讓人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入以人類(lèi)自身為代表的認(rèn)識(shí)與改造的生命世界；人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，是人類(lèi)活動(dòng)開(kāi)始突破地球限制向太空進(jìn)軍的重要標(biāo)志；核電站的建立，讓人們利用和開(kāi)發(fā)原子能得以實(shí)現(xiàn).物理學(xué)的發(fā)展同時(shí)也帶動(dòng)了其他學(xué)科的發(fā)展，比如地球物理、天體物理、生物物理以及化學(xué)物理等學(xué)科.

三、實(shí)施高中物理教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化的幾點(diǎn)建議

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代文化、技術(shù)、科學(xué)取得了十分豐富的成果，由于選擇的多樣性，也給實(shí)施課程內(nèi)容現(xiàn)代化帶來(lái)了不同程度的困難，比如學(xué)科課程內(nèi)容的完整性與經(jīng)典內(nèi)容的壓縮性矛盾、有限學(xué)習(xí)時(shí)間與現(xiàn)代性?xún)?nèi)容增加的矛盾、現(xiàn)代教育思想觀念與傳統(tǒng)課程內(nèi)容取舍的矛盾等.怎樣解決這些矛盾，促進(jìn)高中物理教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)？結(jié)合新課程理念，以下是對(duì)實(shí)施物理教育內(nèi)容現(xiàn)代化的一些建議.

1. 恰當(dāng)選擇課程內(nèi)容

要讓以上矛盾得以解決，在選擇課程內(nèi)容上應(yīng)遵循時(shí)代性與基礎(chǔ)性相統(tǒng)一的原則.在基礎(chǔ)知識(shí)的選取上，應(yīng)將對(duì)社會(huì)需求、對(duì)學(xué)生、對(duì)學(xué)科而言是必需的、具有真正意義上的基礎(chǔ)知識(shí)精選出來(lái)，做到精中求簡(jiǎn).比如質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、場(chǎng)、波、電荷守恒、分子原子結(jié)構(gòu)等的概念和原理是最基本，也是高中物理最核心的內(nèi)容.同時(shí)，在選擇現(xiàn)代化的課程內(nèi)容上，要根據(jù)現(xiàn)代文化、技術(shù)、科學(xué)成果，從中選擇和基礎(chǔ)知識(shí)聯(lián)系密切的、具有典型性與代表性的內(nèi)容.如愛(ài)因斯坦廣義與狹義相對(duì)論、微觀客體二重性、量子物理與經(jīng)典物理的連接橋梁是普朗克常量等內(nèi)容，都是由經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展而來(lái).

例如，物理學(xué)中“時(shí)間”是常見(jiàn)的物理量，那么什么是時(shí)間？為了讓學(xué)生對(duì)“時(shí)間”更好的理解以及經(jīng)典物理學(xué)對(duì)時(shí)間定義，教師可以利用多媒體設(shè)備來(lái)對(duì)教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行設(shè)計(jì).首先，用多媒體展示介紹相關(guān)的計(jì)時(shí)裝置，包含日、奎表、桿漏、刻漏、古董鐘表、水平儀象臺(tái)等.提問(wèn)：不同計(jì)時(shí)方法對(duì)時(shí)間單位的要求也不同，大家知道時(shí)間單位都有哪些，是怎么區(qū)分的？其次，對(duì)時(shí)間單位進(jìn)行介紹，包含年、月、日、時(shí)、分、秒等，同時(shí)，利用多媒體對(duì)相關(guān)單位的產(chǎn)生發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)介.第三，提問(wèn)：到底什么是時(shí)間？由學(xué)生進(jìn)行討論后作答，教師對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充.學(xué)生的回答一般為書(shū)上看到的或詞典上查到的關(guān)于時(shí)間的概念，教師總結(jié)：我們發(fā)現(xiàn)時(shí)間的單位和物體的周期性運(yùn)行是不可分割的，說(shuō)明時(shí)間和物體的運(yùn)動(dòng)是相關(guān)的.比如，地球自轉(zhuǎn)一周是一天，公轉(zhuǎn)一周是一年，也就是說(shuō)時(shí)間能夠用物體的空間位置變化來(lái)度量.由此，可引出牛頓力學(xué)中含有時(shí)間的公式：s=vt、v=at等.

2. 提高對(duì)教師的要求