導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇量子力學(xué)基本概念的發(fā)展，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)方法；物理思想

“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對(duì)人類(lèi)科學(xué)研究?jī)纱髽?biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為理工科專(zhuān)業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生熟練掌握量子力學(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。對(duì)提高學(xué)生科學(xué)素，養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及亦具有十分重要的意義。但是，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。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)這些教學(xué)中的問(wèn)題，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，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。對(duì)“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)作一些合理的調(diào)整。

1 合理安排教學(xué)內(nèi)容

1.1 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。

1.2 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(xiàn)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。

2 改進(jìn)教學(xué)方法

“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，一味采取傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢(shì)必感到枯燥，甚至厭煩。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，在教學(xué)方法上應(yīng)進(jìn)行積極的探索。

2.1 發(fā)揮學(xué)生主體作用

在必要的教學(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(xiàn)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”），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。

2.2 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)唤柚娮与p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。

3 教學(xué)手段和考核方式改革

3.1 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)生會(huì)認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生會(huì)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。

3.2 堅(jiān)持研究型教學(xué)方式

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。

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。量子力學(xué)的誕生，開(kāi)啟了人類(lèi)科學(xué)發(fā)展的新思維。開(kāi)展好量子力學(xué)的教學(xué)活動(dòng)，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，有利于極大的提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周世勛.量子力學(xué)教程[m].高教出版社，1979.

篇2

這是一部對(duì)于量子力學(xué)教科書(shū)很有價(jià)值的補(bǔ)充教材。它對(duì)當(dāng)代物理學(xué)的一般理論框架給出了獨(dú)特的介紹。這種介紹的焦點(diǎn)集中于概念性的、認(rèn)識(shí)論的和本體論的各個(gè)方面的問(wèn)題。通過(guò)追求如下一些問(wèn)題的答案來(lái)發(fā)展理論：什么使物質(zhì)實(shí)體一旦形成則既不會(huì)坍縮也不會(huì)急劇膨脹？什么使得由不“占據(jù)空間”的客體（例如粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中的夸克和膠子）組成的“占據(jù)空間”的客體成為穩(wěn)定的？如此表現(xiàn)出的物質(zhì)的穩(wěn)定性成為為什么物理學(xué)定律具有它們現(xiàn)有的特殊形式的理由。這些問(wèn)題是本書(shū)關(guān)注的中心問(wèn)題，作者認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題的部分答案是：量子力學(xué)。

全書(shū)共分3部分23章。第1部分，概述，主要介紹通向薛定諤方程的兩種途徑：歷史的途徑和費(fèi)曼的路徑積分方法。為理解相關(guān)的理論概念，簡(jiǎn)略地介紹了一些必要的數(shù)學(xué)，包括狹義相對(duì)論等，力求讓讀者熟悉基礎(chǔ)。含第1-7章：1.概率：基本概念和定理；2. “舊”量子論的簡(jiǎn)略歷史；3. 數(shù)學(xué)的一些插敘；4，“新”量子論的簡(jiǎn)略歷史；5. 通向薛定諤的費(fèi)曼途徑（第一階段）；6. 狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介；7. 通向薛定諤的費(fèi)曼途徑（第二階段）。第2部分：深度探討，從穩(wěn)定客體的存在導(dǎo)出量子力學(xué)的數(shù)學(xué)形式。含第8-15章：8. 為什么要量子力學(xué)； 9. 經(jīng)典的力：效果； 10. 經(jīng)典的力：原因；11. 再談量子力學(xué)；12. 自旋；13. 復(fù)合系統(tǒng)； 14. 量子統(tǒng)計(jì)； 15. 相對(duì)論粒子。第三部分：含義，含第16-23章：16. 缺陷； 17. 評(píng)價(jià)策略；18. 量子世界空間的方方面面； 19. 微觀世界； 20. 物質(zhì)問(wèn)題； 21. 表現(xiàn)形式；22. 為什么物理定律恰是如此；23. 量子（quanta）和吠檀多（vedanta）（古代印度哲學(xué)中一直發(fā)展至今的唯心主義理論）。書(shū)末尾有一個(gè)附錄，給出了挑選的一些習(xí)題的解答。

本書(shū)是作者多年來(lái)在印度給大學(xué)生講授側(cè)重于哲學(xué)的當(dāng)代物理學(xué)課程的基礎(chǔ)上形成的。本書(shū)包括某些概念上新的陳述，盡量做到使這種陳述自成完整的體系，而且盡可能的簡(jiǎn)單，以適合廣泛的讀者使用。

這是一部從哲學(xué)觀點(diǎn)討論現(xiàn)代物理學(xué)諸方面問(wèn)題的專(zhuān)著，作者敘述的內(nèi)容范圍非常廣泛，但已經(jīng)盡可能地簡(jiǎn)略。對(duì)于從事理論物理的教學(xué)及相關(guān)方面的研究人員是一本很好的參考書(shū)。

篇3

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；非機(jī)械決定論；整體論；復(fù)雜性；主客體互動(dòng)

Abstract: As one of three revolutions of physics in 20th century， quantum mechanics has greatly transformed the world view of classical science in many aspects. Quantum mechanics breaks though the mechanical determinism in classical science， transforming it into nonmechanical determinism; it changes scientific cognitive process from the theory of reductionism to the theory of wholism; it shifts the way of thinking from pursuing simplicity to exploring the complexity; it also establishes the interaction between subject and object in scientific researches.

Key words: quantum mechanics; world view of classical science; nonmechanical determinism; wholism; complexity; interaction between subject and object

經(jīng)典科學(xué)基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開(kāi)創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說(shuō)。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的最大特征是機(jī)械論和還原論，片面強(qiáng)調(diào)分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學(xué)派的量子力學(xué)理論三部曲：統(tǒng)計(jì)解釋—測(cè)不準(zhǔn)原理—互補(bǔ)原理所反映的主要觀點(diǎn)是：微觀粒子的各種力學(xué)量（位置、動(dòng)量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學(xué)對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性描述是完備的，對(duì)幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋?zhuān)粵Q定論不適用于量子力學(xué)領(lǐng)域；儀器的作用同觀察對(duì)象具有不可分割性，確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。[1]量子力學(xué)的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學(xué)世界

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡(jiǎn)單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說(shuō)它最簡(jiǎn)單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡(jiǎn)化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說(shuō)它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無(wú)論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來(lái)狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說(shuō)某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說(shuō)它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測(cè)定都要受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說(shuō)明要研究的對(duì)象。其目的是簡(jiǎn)化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類(lèi)認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無(wú)疑是有效的。如牛頓將開(kāi)普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周?chē)h(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺(jué)因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來(lái)看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無(wú)共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過(guò)部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理說(shuō)明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說(shuō)明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡(jiǎn)單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問(wèn)題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來(lái)看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說(shuō)過(guò)，自然界喜歡簡(jiǎn)單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡(jiǎn)單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開(kāi)普勒以三條簡(jiǎn)明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬(wàn)有引力說(shuō)明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡(jiǎn)單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡(jiǎn)單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來(lái)描述物體，而且把研究對(duì)象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)主體不可分割性等都足以說(shuō)明自然界本身并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線(xiàn)性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡(jiǎn)單性，而是為了打破簡(jiǎn)單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡(jiǎn)單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說(shuō)的，復(fù)雜性是簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡(jiǎn)單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來(lái)限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來(lái)確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類(lèi)別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來(lái)樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦](méi)有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問(wèn)題，在面對(duì)量子世界如此微小的測(cè)量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測(cè)量中充滿(mǎn)了不確定性。在海森伯看來(lái)，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測(cè)儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來(lái)描述宏觀儀器所觀測(cè)到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說(shuō)，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來(lái)探索問(wèn)題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測(cè)到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說(shuō)什么”。

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篇4

隨著高科技的發(fā)展，手機(jī)、筆記本、平板電腦等小型電子設(shè)備在我們的生活中得到了廣泛應(yīng)用，以晶體管為中心的半導(dǎo)體技術(shù)使這些成為可能。固態(tài)晶體管的發(fā)明已成為人類(lèi)在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)中最重要的科技進(jìn)步，其影響力遍及我們生活的各個(gè)方面。

將電子設(shè)備的尺度再降低一個(gè)等級(jí)，就到了納米層次，在納米維度上理解電流的特性越來(lái)越重要。本書(shū)力求對(duì)從宏觀尺度到原子層次的傳輸現(xiàn)象做一個(gè)深入淺出的概述。有兩種方法可以制造納米尺度的設(shè)備，一種是自上而下的方法，這種方法在半導(dǎo)體工業(yè)中已被成功應(yīng)用，另一種是自下而上的方法，這種方法正是目前納米科學(xué)研究的前沿。自下而上的納米技術(shù)并不能完全取代自上而下的技術(shù)，兩者往往相輔相成。但無(wú)論哪種方法，都需要深刻理解納米尺度的傳輸效應(yīng)。

本書(shū)共分為6章：1.量子力學(xué)的基本概念及其與材料電特性的關(guān)系，并從量子力學(xué)角度對(duì)電阻和晶體管中的傳輸效應(yīng)進(jìn)行了解釋?zhuān)?.從量子力學(xué)角度闡述了電流、電壓和電阻之間的量子特征關(guān)系；3.量子與宏觀區(qū)域的邊界，并介紹了幾何、尺寸和微觀結(jié)構(gòu)是如何影響納米尺度下的阻抗特性的；4.用于在納米尺度下探測(cè)結(jié)構(gòu)電特性的技術(shù)――掃描探針顯微鏡方法；5.電流產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)――納米線(xiàn)中的熱效應(yīng)和電子遷移，這些負(fù)面效應(yīng)非常重要，因?yàn)槲⑻幚砥髦芯w管的收縮會(huì)造成它們之間的連接體也產(chǎn)生收縮，而納米尺度上小線(xiàn)的回彈性與微米尺度上長(zhǎng)線(xiàn)的回彈性不同；6.分子電子學(xué)，通過(guò)對(duì)這一領(lǐng)域的研究有望實(shí)現(xiàn)新型的電路功能。

本書(shū)可作為量子力學(xué)、掃描探針顯微鏡法和電子傳輸?shù)娜腴T(mén)參考書(shū)。

篇5

半導(dǎo)體物理學(xué)是以半導(dǎo)體中原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程為研究對(duì)象的學(xué)科，是固體物理的一個(gè)重要組成部分，凝聚態(tài)物理的一個(gè)活躍分支[1]。半導(dǎo)體物理學(xué)是一門(mén)公認(rèn)的難教、難學(xué)的課程，為了提高半導(dǎo)體物理學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，相關(guān)院校的教師們提出了許多有益的建議和有效的方法，如類(lèi)比學(xué)習(xí)法[2]、多媒體教學(xué)法、市場(chǎng)導(dǎo)向法[3]等?；谔岣哒n堂效率、改善半導(dǎo)體物理學(xué)課程的教學(xué)效果的目標(biāo)，作者在樂(lè)山師范學(xué)院材料科學(xué)工程專(zhuān)業(yè)（光伏方向）的半導(dǎo)體物理學(xué)的教學(xué)中，對(duì)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式進(jìn)行改革，在半導(dǎo)體物理學(xué)的課堂教學(xué)中采用“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式，該文就“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式在樂(lè)山師范學(xué)院材料科學(xué)工程專(zhuān)業(yè)（光伏方向）的半導(dǎo)體物理學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐作一簡(jiǎn)述，供同行參考。

1 半導(dǎo)體物理學(xué)課程教學(xué)模式改革的必要性和迫切性

傳統(tǒng)半導(dǎo)體物理學(xué)的主要內(nèi)容包含半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)、雜質(zhì)和缺陷能級(jí)、載流子的統(tǒng)計(jì)分布、非平衡載流子及載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、p―n結(jié)、異質(zhì)結(jié)、金屬半導(dǎo)體接觸、表面及MIS結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體表面和界面問(wèn)題以及半導(dǎo)體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象[4]。但是近年來(lái)半導(dǎo)體物理發(fā)展迅猛，新現(xiàn)象、新理論、新的研究領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。上世紀(jì)50～60年代，屬于以固體能帶理論、晶格動(dòng)力學(xué)理論、金屬―半導(dǎo)體接觸理論、p-n結(jié)理論和隧道效應(yīng)理論為主的晶態(tài)半導(dǎo)體物理時(shí)代；70～80年代則形成半導(dǎo)體超晶格物理、半導(dǎo)體表面物理和非晶態(tài)半導(dǎo)體物理三足鼎立的格局；90 年代以后，隨著多孔硅、C60以及碳納米管、納米團(tuán)簇、量子線(xiàn)與量子點(diǎn)微結(jié)構(gòu)的興起，納米半導(dǎo)體物理的研究開(kāi)始出現(xiàn)并深化；現(xiàn)在，以GaN為主的第三代半導(dǎo)體、有機(jī)聚合物半導(dǎo)體、光子帶隙晶體以及自旋電子學(xué)的研究，使半導(dǎo)體物理研究進(jìn)入一個(gè)新的里程[5]。

半導(dǎo)體物理學(xué)是材料科學(xué)工程專(zhuān)業(yè)（光伏方向）的核心專(zhuān)業(yè)課程，是太陽(yáng)能電池原理等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)。它是一門(mén)理論性較強(qiáng)同時(shí)又和實(shí)踐密切結(jié)合的課程。要透徹學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理學(xué)，既要求有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底，熟悉微積分和數(shù)理方程；又要求有深厚的物理理論基礎(chǔ)，需要原子物理、統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)、固體物理等前置課程作為理論基礎(chǔ)。由于材料科學(xué)工程（光伏方向）培養(yǎng)目標(biāo)側(cè)重于培養(yǎng)光伏工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，而不是學(xué)術(shù)型的研究人才，在課程設(shè)置方面有自己的獨(dú)特要求，學(xué)生在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理之前，沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)數(shù)學(xué)物理方程、量子力學(xué)、固體物體、統(tǒng)計(jì)物理等專(zhuān)業(yè)課程，所以理論基礎(chǔ)極其薄弱，這給該門(mén)課程的教學(xué)帶來(lái)極大的困難和挑戰(zhàn)。而且半導(dǎo)體物理的理論深?yuàn)W，概念多，公式多，涉及知識(shí)范圍廣，理論推導(dǎo)復(fù)雜，沿用“教師講學(xué)生聽(tīng)”的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，直接的結(jié)果就是課程教學(xué)質(zhì)量較低，教學(xué)效果不好，學(xué)生學(xué)習(xí)普遍被動(dòng)。面對(duì)發(fā)展迅猛的半導(dǎo)體物理和目前教學(xué)現(xiàn)狀，如果不對(duì)“教師講、學(xué)生聽(tīng)”的半導(dǎo)體物理學(xué)的課堂教學(xué)模式進(jìn)行改革，難以跟上形勢(shì)的發(fā)展。為此教師要在半導(dǎo)體物理學(xué)教學(xué)中采用了“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式。

2 “學(xué)案導(dǎo)學(xué)”導(dǎo)學(xué)教學(xué)模式在半導(dǎo)體物理課程教學(xué)中的實(shí)施過(guò)程

“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式由“學(xué)、教、練、評(píng)”四個(gè)模塊構(gòu)成?！皩W(xué)”，就是學(xué)生根據(jù)教師出示的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)，通過(guò)自學(xué)掌握所學(xué)內(nèi)容?！敖獭保褪墙處熤v重點(diǎn)、難點(diǎn)、講思路等?！熬殹?，就是通過(guò)課堂訓(xùn)練和課后練習(xí)相結(jié)合，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果?！霸u(píng)”，就是通過(guò)教師點(diǎn)評(píng)方式矯正錯(cuò)誤，總結(jié)方法，揭示規(guī)律?！皩W(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革絕不是一蹴而就的課堂教學(xué)形式的簡(jiǎn)單改變，而是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括教學(xué)模式的總體目標(biāo)確定、教學(xué)內(nèi)容的重新構(gòu)建、導(dǎo)學(xué)案的編寫(xiě)、課堂教學(xué)過(guò)程的實(shí)施。

2.1 半導(dǎo)體物理學(xué)“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式總體目標(biāo)的確定

半導(dǎo)體物理學(xué)課堂教學(xué)模式創(chuàng)新的總體目標(biāo)是：以材料科學(xué)工程專(zhuān)業(yè)（光伏方向）人才培養(yǎng)方案和半導(dǎo)體物理學(xué)課程教學(xué)大綱依據(jù)，以學(xué)生為主體，以訓(xùn)練為主線(xiàn)，以培養(yǎng)學(xué)生的思維方式、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為根本宗旨，倡導(dǎo)自主、合作、探究的新型學(xué)習(xí)方式，構(gòu)建自主高效的課堂教學(xué)模式；注重學(xué)生的主體參與，體現(xiàn)課堂的師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，關(guān)注學(xué)生的興趣、動(dòng)機(jī)、情感和態(tài)度，突出學(xué)生的思維開(kāi)發(fā)和能力培養(yǎng)；針對(duì)學(xué)生的不同需求，實(shí)行差異化教學(xué)，面向全體，分層實(shí)施。

2.2 根據(jù)人才培養(yǎng)方案構(gòu)建合理有效的教學(xué)內(nèi)容

半導(dǎo)體物理學(xué)的教材種類(lèi)較多，經(jīng)典教材包括：黃昆、謝希德主編的《半導(dǎo)體物理》（科學(xué)出版社出版）；葉修良主編《半導(dǎo)體物理學(xué)》（高等教育出版社出版）；劉恩科、朱秉生主編《半導(dǎo)體物理學(xué)》（電子工業(yè)出版社出版）。該校教研組經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，選擇劉恩科主編的《半導(dǎo)體物理學(xué)》第7版作為教材，該書(shū)內(nèi)容極其豐富，全書(shū)共分13章，前五章主要講解晶體半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、電子的能帶、載流子的統(tǒng)計(jì)分布、半導(dǎo)體的導(dǎo)電性、非平衡載流子理論等基礎(chǔ)知識(shí)，第6章講PN結(jié)理論，第7章講金屬和半導(dǎo)體的接觸性能、第8章講半導(dǎo)體的表面理論、第9章講半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，第10、11、12章講解半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)、熱電性質(zhì)、磁和壓電效應(yīng)，第13章講解非晶態(tài)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；該教材理論性很強(qiáng)，有很多繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，要真正掌握教材所講內(nèi)容，需要深厚的數(shù)學(xué)功底和物理理論功底。該校材料科學(xué)工程專(zhuān)業(yè)（光伏方向）立足于培養(yǎng)光伏工程的應(yīng)用型人才，學(xué)生理論功底較為薄弱，故我們對(duì)理論推導(dǎo)不做過(guò)高的要求，但對(duì)推導(dǎo)的結(jié)果要形成定性的理解。具體要求學(xué)生掌握半導(dǎo)體物理學(xué)的基本理論、晶體半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體材料基本參數(shù)的測(cè)定方法。根據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，我們確定的主要理論教學(xué)內(nèi)容有：（1）半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)；（2）半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)；（3）半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布；（4）半導(dǎo)體的導(dǎo)電性；（5）非平衡載流子理論；（6）PN節(jié)；（7）金屬和半導(dǎo)體接觸；（8）半導(dǎo)體表面理論。對(duì)半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)、熱電性質(zhì)、磁和壓電效應(yīng)以及非晶態(tài)半導(dǎo)體不做要求。在課程實(shí)踐方面我們開(kāi)設(shè)四個(gè)實(shí)驗(yàn)：（1）半導(dǎo)體載流子濃度的測(cè)定；（2）少數(shù)載流子壽命的測(cè)量；（3）多晶硅和單晶硅電阻率的測(cè)量；（4）PN節(jié)正向特性的研究和應(yīng)用。

2.3 立足學(xué)生實(shí)際精心編寫(xiě)導(dǎo)學(xué)案

“導(dǎo)學(xué)案”是我們指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的綱領(lǐng)性文件，對(duì)每個(gè)教學(xué)內(nèi)容都精心編寫(xiě)了“導(dǎo)學(xué)案”?！皩?dǎo)學(xué)案”主要包括每章節(jié)的主要內(nèi)容、課程重點(diǎn)、課程難點(diǎn)、基本概念、基本要求、思考題等六個(gè)方面的內(nèi)容。以“半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)”為例，我們編寫(xiě)的導(dǎo)學(xué)案如下：

2.3.1 本節(jié)主要內(nèi)容

原子中的電子狀態(tài)：

（1）玻耳的氫原子理論；（2）玻耳氫原子理論的意義；（3）氫原子能級(jí)公式及玻耳氫原子軌道半徑；（4）索末菲對(duì)玻耳理論的發(fā)展；（5）量子力學(xué)對(duì)半經(jīng)典理論的修正；（6）原子能級(jí)的簡(jiǎn)并度。

晶體中的電子狀態(tài)：

（1）電子共有化運(yùn)動(dòng)；（2）電子共有化運(yùn)動(dòng)使能級(jí)分裂為能帶。

半導(dǎo)體硅、鍺晶體的能帶：

（1）硅、鍺原子的電子結(jié)構(gòu)；（2）硅、鍺晶體能帶的形成；（3）半導(dǎo)體（硅、鍺）的能帶特點(diǎn)

2.3.2 課程重點(diǎn)

（1）氫原子能級(jí)公式，氫原子第一玻耳軌道半徑，這兩個(gè)公式還可用于類(lèi)氫原子。（今后用到）

（2）量子力學(xué)認(rèn)為微觀粒子（如電子）的運(yùn)動(dòng)須用波函數(shù)來(lái)描述，經(jīng)典意義上的軌道實(shí)質(zhì)上是電子出現(xiàn)幾率最大的地方。電子的狀態(tài)可用四個(gè)量子數(shù)表示。

（3）晶體形成能帶的原因是由于電子共有化運(yùn)動(dòng)。

（4）半導(dǎo)體（硅、鍺）能帶的特點(diǎn)：

①存在軌道雜化，失去能級(jí)與能帶的對(duì)應(yīng)關(guān)系。雜化后能帶重新分開(kāi)為上能帶和下能帶，上能帶稱(chēng)為導(dǎo)帶，下能帶稱(chēng)為價(jià)帶。

②低溫下，價(jià)帶填滿(mǎn)電子，導(dǎo)帶全空，高溫下價(jià)帶中的一部分電子躍遷到導(dǎo)帶，使晶體呈現(xiàn)弱導(dǎo)電性。

③導(dǎo)帶與價(jià)帶間的能隙（Energy gap）稱(chēng)為禁帶（forbidden band），禁帶寬度取決于晶體種類(lèi)、晶體結(jié)構(gòu)及溫度。

④當(dāng)原子數(shù)很大時(shí)，導(dǎo)帶、價(jià)帶內(nèi)能級(jí)密度很大，可以認(rèn)為能級(jí)準(zhǔn)連續(xù)。

課程難點(diǎn)：原子能級(jí)的簡(jiǎn)并度為（2l+1），若記入自旋，簡(jiǎn)并度為2（2l+1）；注意一點(diǎn)，原子是不能簡(jiǎn)并的。

基本概念：電子共有化運(yùn)動(dòng)是指原子組成晶體后，由于原子殼層的交疊，電子不再局限在某一個(gè)原子上，可以由一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上去。因而，電子將可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為電子的共有化運(yùn)動(dòng)。但須注意，因?yàn)楦髟又邢嗨茪由系碾娮硬庞邢嗤哪芰?，電子只能在相似殼層中轉(zhuǎn)移。

基本要求：掌握氫原子能級(jí)公式和氫原子軌道半徑公式；掌握能帶形成的原因及電子共有化運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)；掌握硅、鍺能帶的特點(diǎn)。

思考題：（1）原子中的電子和晶體中電子受勢(shì)場(chǎng)作用情況以及運(yùn)動(dòng)情況有何不同，原子中內(nèi)層電子和外層電子參與共有化運(yùn)動(dòng)有何不同。（2）晶體體積的大小對(duì)能級(jí)和能帶有什么影響。

2.4 以學(xué)生為主體組織課堂教學(xué)

在每次上課的前一周，我們將下周要學(xué)習(xí)的內(nèi)容的導(dǎo)學(xué)案印發(fā)給學(xué)生，人手一份，讓學(xué)生按照導(dǎo)學(xué)案的要求先在課余時(shí)間提前預(yù)習(xí)，對(duì)一些基本概念要有初步的理解，對(duì)該課內(nèi)容要形成基本的認(rèn)識(shí)。比如，我們?cè)趯W(xué)習(xí)“半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)”這一內(nèi)容時(shí)，要求學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)要清楚：孤立原子中的電子所處的狀態(tài)是怎樣的；晶體中的原子狀態(tài)又是怎樣的；半導(dǎo)體硅、鍺的能帶有何特點(diǎn)。在課堂教學(xué)中我們的教學(xué)組織程序是一問(wèn)、二討論、三講解、四總結(jié)。一問(wèn)，是指通過(guò)提問(wèn)，抽取個(gè)別同學(xué)回答問(wèn)題，了解學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況。二討論是指讓同學(xué)們就教師提出的問(wèn)題開(kāi)展自主深入的討論。例如就晶體中電子的狀態(tài)這一問(wèn)題，讓學(xué)生討論什么是共有化運(yùn)動(dòng)；電子的共有化遠(yuǎn)動(dòng)是如何產(chǎn)生的；電子的共有化運(yùn)動(dòng)有何特征；電子的共有化運(yùn)動(dòng)如何使能級(jí)分裂為能帶。讓學(xué)生暢所欲言，充分發(fā)表自己的意見(jiàn)，教師認(rèn)真聆聽(tīng)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，為下一步的講解做好準(zhǔn)備。三講解是指就三個(gè)方面的知識(shí)進(jìn)行講解，其一是就學(xué)生討論過(guò)程中的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和錯(cuò)誤觀點(diǎn)及時(shí)的糾正；其二是對(duì)學(xué)生不具備的理論知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充講解，例如學(xué)生不具備量子力學(xué)基礎(chǔ)，就要給學(xué)生補(bǔ)充講解量子力學(xué)認(rèn)為微觀粒子（如電子）的運(yùn)動(dòng)須用波函數(shù)來(lái)描述，經(jīng)典意義上的軌道實(shí)質(zhì)上是電子出現(xiàn)幾率最大的地方，電子的狀態(tài)可用四個(gè)量子數(shù)表示；其三是就難點(diǎn)進(jìn)行講解，比如原子能級(jí)的簡(jiǎn)并度，學(xué)生理解起來(lái)較為困難，就需要教師深入細(xì)致地講解；四總結(jié)就是歸納本堂課要掌握的重點(diǎn)知識(shí)，那些基本概念必須掌握，那些基本公式必須會(huì)應(yīng)用。

篇6

關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)化學(xué)；教學(xué)效果；探索與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）16-0256-02

0 引言

結(jié)構(gòu)化學(xué)作為普通高?；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)理論專(zhuān)業(yè)課，此課程是以量子力學(xué)和現(xiàn)代分析測(cè)試儀器為理論和技術(shù)基礎(chǔ)，研究原子、分子以及晶體的微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系的一門(mén)學(xué)科，這門(mén)課的核心內(nèi)容包含兩部分內(nèi)容-電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，前者研究描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)，后者主要是分子和晶體在空間的排布情況；一條主線(xiàn)為結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)[1-3]。量子化學(xué)是結(jié)構(gòu)化學(xué)的理論基礎(chǔ)，它有固有的不可避免的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，還有很多復(fù)雜抽象的哲學(xué)概念，因此很多學(xué)生感到難學(xué)，容易喪失結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。所以，本文針對(duì)課程特點(diǎn)，在總結(jié)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，探索教學(xué)方法，提高學(xué)生積極性，提高課堂教學(xué)效果。

1 教學(xué)與學(xué)科發(fā)展史相結(jié)合

量子力學(xué)雖然是結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)，但并不是主要內(nèi)容，在課程上只是用量子力學(xué)引出對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)非常重要的新概念，例如原子軌道、分子軌道、能級(jí)等，從微觀世界解釋或預(yù)言化學(xué)問(wèn)題，但根本不會(huì)把課程深入到量子力學(xué)的叢林中。所以在課程開(kāi)篇時(shí)讓學(xué)生了解量子力學(xué)發(fā)展史上一些事件，接受量子概念，理解化學(xué)問(wèn)題，從而學(xué)到科學(xué)方法論。

例如在課程開(kāi)篇前介紹課程大致框架，介紹結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史與諾貝爾獎(jiǎng)，通過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的簡(jiǎn)介讓學(xué)生了解結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史，從而吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在介紹19世紀(jì)末經(jīng)典力學(xué)時(shí)，引入開(kāi)爾文在新年獻(xiàn)詞中的話(huà)-物理學(xué)上空飄著兩朵烏云：Michelson-Morley實(shí)驗(yàn)和黑體輻射，吸引學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。在后期教學(xué)中，向?qū)W生介紹德布羅意：他大學(xué)學(xué)習(xí)歷史畢業(yè)后受哥哥影響對(duì)物理發(fā)生興趣，一戰(zhàn)后隨朗之萬(wàn)攻讀博士，在博士論文里面提出的理論揭示了光子和物質(zhì)粒子之間的對(duì)稱(chēng)性，并得到了愛(ài)因斯坦的肯定，在1929年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。通過(guò)德布羅意的簡(jiǎn)介告訴學(xué)生興趣是最好的老師，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)也是如此，從而克服學(xué)生畏難情緒。

另外，在教學(xué)中根據(jù)學(xué)科發(fā)展，適時(shí)增加教材中沒(méi)有的學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)和動(dòng)態(tài)，學(xué)生反饋意見(jiàn)表明，通過(guò)教學(xué)與學(xué)科發(fā)展史相結(jié)合、課堂與學(xué)科前沿相結(jié)合的講授方式，使學(xué)生學(xué)到基礎(chǔ)知識(shí)同時(shí)，又能知道課程知識(shí)與科研之間的聯(lián)系， 激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和從事科研的熱情。

2 課堂教學(xué)注重準(zhǔn)確性和條理性

由于結(jié)構(gòu)化學(xué)的課程特點(diǎn)，教師講授過(guò)程中如果稍有疏忽，容易導(dǎo)致學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣下降。所以，在授課過(guò)程中不能照本宣科，不能照著PPT課件念，必須對(duì)于基本概念基本理論要有準(zhǔn)確的描述和解釋?zhuān)荒苣＠鈨煽?。很多的?shù)理推導(dǎo)貫穿于結(jié)構(gòu)化學(xué)課程中，但是對(duì)于這些推導(dǎo)過(guò)程并不要求學(xué)生掌握，但是教師也不能避而不談，必須講清楚詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程，讓學(xué)生知道來(lái)龍去脈，從而學(xué)生才能更好的掌握和理解這些結(jié)論。例如在講解單電子原子的Schr dinger方程及其解這一節(jié)時(shí)，先給學(xué)生簡(jiǎn)單介紹氫原子體系薛定諤方程的處理，在變數(shù)分離以后得到三個(gè)方程，從而根據(jù)方程的邊界條件引入三個(gè)量子數(shù)，讓學(xué)生明白根據(jù)三個(gè)方程分別得到的是哪些量子數(shù)，這樣學(xué)生對(duì)量子數(shù)就有了清晰的認(rèn)識(shí)，再結(jié)合無(wú)機(jī)化學(xué)課程里面的知識(shí)，對(duì)下一節(jié)量子數(shù)的物理意義就有了很好的認(rèn)識(shí)。

3 理論聯(lián)系實(shí)際，注重能力培養(yǎng)

結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系是結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的一條主線(xiàn)，雖然本課程理論性很強(qiáng)，但是還是有實(shí)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)的支撐。在課本第四章分子的對(duì)稱(chēng)性理論課結(jié)束后增加1-2周的模型實(shí)習(xí)，給出第四章課本出現(xiàn)的分子的球棍模型，讓學(xué)生了解其對(duì)稱(chēng)性，讓后將分子拆開(kāi)后再組裝起來(lái)，通過(guò)這種練習(xí)加深學(xué)生對(duì)分子對(duì)稱(chēng)性的理解。另外，基于學(xué)校的科研平臺(tái)，讓學(xué)生參與教師的科研課題中來(lái)，在儀器的使用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將所學(xué)知識(shí)用到實(shí)際操作中，學(xué)會(huì)處理數(shù)據(jù)，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，加深對(duì)課程知識(shí)的理解，加深學(xué)生科研能力。實(shí)踐表明，化學(xué)專(zhuān)業(yè)部分學(xué)生通過(guò)這個(gè)過(guò)程提高了動(dòng)手能力，在研究生面試實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以及中學(xué)教學(xué)中都取得了很好的效果，部分研究生總體面試成績(jī)還是名列前茅。

4 充分利用多媒體教學(xué)手段輔助教學(xué)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，各個(gè)學(xué)校均使用了多媒體教學(xué)。可以把大量知識(shí)點(diǎn)列于幻燈片中，通過(guò)教師講解框架結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生充分理解課程知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，加深對(duì)知識(shí)的掌握。結(jié)構(gòu)化學(xué)是在微觀層面研究原子、分子以及晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。傳統(tǒng)教學(xué)沒(méi)有直觀演示，學(xué)生會(huì)剛拿到枯燥無(wú)味，難以理解結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系。因此在教學(xué)中我們用Chemwindow6.0，Origin 7.5，F(xiàn)lash等軟件制作原子軌道線(xiàn)性組合成分子軌道動(dòng)態(tài)圖、分子的三維空間結(jié)構(gòu)圖，晶體結(jié)構(gòu)圖，使得抽象變得具體，更直觀更清晰地展示出分子的三維空間結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)獲得大量知識(shí)，從而提高了教學(xué)效率。

5 課程教學(xué)與練習(xí)同步

在課程教學(xué)前，教師可以提前制作結(jié)構(gòu)化學(xué)題庫(kù)，題庫(kù)內(nèi)容應(yīng)每章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，主要題型為選擇題、判斷題、填空題、問(wèn)答題和計(jì)算題。在每一章教學(xué)中和結(jié)束后，始終貫穿著練習(xí)，隨時(shí)把握學(xué)生掌握情況，及時(shí)解決學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題?？己藢W(xué)生掌握情況可以包括課堂提問(wèn)和發(fā)問(wèn)，課后作業(yè)以及每章從題庫(kù)抽取的練習(xí)題測(cè)試等多種形式，在教與學(xué)中把“過(guò)程”和“終結(jié)”有機(jī)結(jié)合起來(lái)，例如在講授完量子數(shù)意義后，引入一道化學(xué)奧賽題：假如某星球的元素量子數(shù)服從下面限制：n為正整數(shù)；l=0、1、2……；m=±l；ms=+1/2，那么在這個(gè)星球上，前4個(gè)惰性元素的原子序數(shù)各是多少？在解這樣的題中讓學(xué)生學(xué)會(huì)活學(xué)活用?？傊?，采用引起學(xué)生注意、提供學(xué)習(xí)的指導(dǎo)、后期反饋等一系列環(huán)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高，學(xué)習(xí)效果有很大的改善。

6 小結(jié)

在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)以上幾種方法的有機(jī)結(jié)合，學(xué)生教學(xué)評(píng)價(jià)最多的是學(xué)習(xí)主動(dòng)性顯著提高，興趣有很大提高，課堂氣氛活躍。學(xué)生自己獲取和應(yīng)用知識(shí)、解決課程問(wèn)題能力有了很大的提高，學(xué)生也不再感覺(jué)“結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)如登天”、“結(jié)構(gòu)不再是噩夢(mèng)”。

參考文獻(xiàn)：

[1]周公度，段連運(yùn).結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

篇7

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類(lèi)社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)信紙和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)二、三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來(lái)回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫(huà)，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線(xiàn)和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問(wèn)題、原則問(wèn)題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。客觀物質(zhì)世界是分層次的。一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說(shuō)，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

2）在宏觀方向上拓展開(kāi)去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金[2,3]等人開(kāi)始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴(lài)于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類(lèi)制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個(gè)人對(duì)于近年來(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以?xún)?nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的?，F(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來(lái)了。近年來(lái)把這些分支學(xué)科都納入非線(xiàn)性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線(xiàn)性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛(ài)因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛(ài)因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒(méi)有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理?！薄叭藗?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒(méi)有完結(jié)?！盵5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺(jué)是：將來(lái)最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒(méi)有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線(xiàn)性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

三、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛(ài)因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開(kāi)始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開(kāi)始的[4]，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)定義“同時(shí)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒(méi)有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說(shuō)明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛(ài)因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛(ài)因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛(ài)因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開(kāi)始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒(méi)有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛(ài)國(guó)斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話(huà)，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個(gè)角度來(lái)考慮問(wèn)題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過(guò)傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛(ài)因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問(wèn)題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時(shí)間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來(lái)考慮問(wèn)題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒(méi)有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無(wú)論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說(shuō)需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問(wèn)題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒(méi)有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿(mǎn)足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)?，F(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫(xiě)事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類(lèi)別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開(kāi)去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線(xiàn)性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

篇8

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(xiàn)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(xiàn)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(huà)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。現(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)诳己朔绞缴希扇】荚嚺c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)是非常可取的，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。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 蔡自興,徐光v. 人工智能及其應(yīng)用:研究生用書(shū)[M]. 3版. 北京:清華大學(xué)出版社,2004.

Exploration on Introduction to Quantum Computational Intelligence

LI Yangyang, SHANG Ronghua, JIAO Licheng

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

篇9

【關(guān)鍵詞】工程化學(xué)；教學(xué)改革；興趣教學(xué)

針對(duì)非化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)的工科大學(xué)本科生開(kāi)設(shè)的《工程化學(xué)》課程，具有課時(shí)較少(我校限制在26～40學(xué)時(shí)內(nèi))，而涵蓋內(nèi)容卻很豐富的特點(diǎn)。目前所用教材[1]不但涵蓋了無(wú)機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的一般化學(xué)原理，還適當(dāng)介紹了當(dāng)今科技前沿和熱點(diǎn)的一些內(nèi)容，涉及到材料、能源和生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域。因此在教學(xué)中面臨的首要問(wèn)題，是如何處理好學(xué)時(shí)少與內(nèi)容多這一矛盾。另外在教學(xué)過(guò)程中還會(huì)遇到的一個(gè)問(wèn)題就是，部分學(xué)生對(duì)于這一課程的學(xué)習(xí)熱情不高，甚至提出“我們非化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為什么要學(xué)化學(xué)”這樣的問(wèn)題。

因此在講課過(guò)程中照本宣科、面面俱到顯然是行不通的。課程內(nèi)容多課時(shí)少，什么都講等于什么都沒(méi)有講，而學(xué)生們對(duì)化學(xué)的認(rèn)知程度本來(lái)就比化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生薄弱得多，造成了學(xué)生聽(tīng)不懂而不想聽(tīng)，不想聽(tīng)更聽(tīng)不懂的惡性循環(huán)。

實(shí)際上《工程化學(xué)》的設(shè)置是有其必要性的，這體現(xiàn)了中學(xué)“數(shù)理化”三大課程在大學(xué)中的延續(xù)深化。在大學(xué)中“高等數(shù)學(xué)”和“大學(xué)物理”是必修的重要課程，而《工科化學(xué)》可以看成是“大學(xué)化學(xué)”（在部分院校的課程設(shè)置中確實(shí)有這樣的名稱(chēng)），是理工科學(xué)生構(gòu)筑自然科學(xué)知識(shí)體系的重要基石。因此現(xiàn)在可以回答學(xué)生在前面提出的問(wèn)題了：缺少了化學(xué)基本知識(shí)和基本理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的理工科大學(xué)生，是知識(shí)不扎實(shí)、思維不全面的“跛子”人才。

明白了這一點(diǎn)，不妨將本課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)的思維方法去認(rèn)識(shí)世界。根據(jù)這一出發(fā)點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中內(nèi)容應(yīng)當(dāng)有所取舍，側(cè)重于基本知識(shí)的掌握和基本方法的訓(xùn)練，內(nèi)容不宜過(guò)深過(guò)難，切忌枯燥無(wú)味的課堂氣氛，逐步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)效果，我認(rèn)為課程中有三個(gè)部分的內(nèi)容可以適當(dāng)闡發(fā)，作為興趣教學(xué)開(kāi)展的突破口。

一、原子結(jié)構(gòu)

原子作為化學(xué)研究中的最小單位，其結(jié)構(gòu)知識(shí)是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，但由于涉及的內(nèi)容比較艱深，在具體的介紹中要深入淺出，即避免相對(duì)復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，但在思考問(wèn)題方面卻要引學(xué)生往深處去想?？梢詫⒘孔恿W(xué)的發(fā)展史話(huà)作為介紹的切入點(diǎn)，因?yàn)樯蟼€(gè)世紀(jì)初期對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的突破性研究成果是量子力學(xué)建立和發(fā)展的重要階段[2]，諸多科學(xué)巨擘得以一展他們天才的光芒，這里面包含的曲折與成就、趣聞和佳話(huà)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難得的啟發(fā)教育機(jī)會(huì)。另外在學(xué)習(xí)這一章節(jié)始終要對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)的是，原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)屬于微觀世界，與我們一般接觸的宏觀世界，其尺度差距當(dāng)在1010以上，可用天壤之別來(lái)形容。所以在微觀世界中很多方面，比如“波粒二象性”、“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”等量子力學(xué)的基本概念，是很難被一般人理解的，因?yàn)樗鼈冊(cè)诤暧^世界里沒(méi)有對(duì)應(yīng)的參照物，學(xué)習(xí)在一個(gè)完全不同的世界里去認(rèn)識(shí)問(wèn)題、思考問(wèn)題，是一個(gè)挑戰(zhàn)。聽(tīng)了這樣的介紹后，學(xué)生既感覺(jué)有挑戰(zhàn)性而提高了學(xué)習(xí)熱情，也不會(huì)死鉆牛角尖非用宏觀的情景來(lái)聯(lián)系微觀而不能理解、難以自拔。

比如說(shuō)“物質(zhì)波”這一微觀粒子的存在方式，實(shí)際上是“波粒二象性”的另外一種表達(dá)，介紹的時(shí)候往往以宏觀世界的“機(jī)械波”舉例來(lái)幫助學(xué)生對(duì)于諸如“波長(zhǎng)”、“干涉”等概念的理解，但同時(shí)一定要強(qiáng)調(diào)，此“（物質(zhì)）波”非彼“（機(jī)械）波”，從本質(zhì)上它們是不同的，比如前者不但傳遞能量而且也輸送物質(zhì)本身，即不需要介質(zhì)就可以傳播，而后者僅僅是傳遞能量（暫不考慮能量本身也是抽象意義上的物質(zhì)）。通過(guò)這個(gè)例子，同學(xué)們可以體會(huì)到類(lèi)比這一方法的長(zhǎng)處和局限性，再進(jìn)一步舉例說(shuō)明玻爾的原子模型為什么較先被提出，而最后卻不能自圓其說(shuō)，就是因?yàn)檫@一模型實(shí)際上是帶著“先入為主”的想法，比擬了宏觀世界中恒星行星體系，而最終為微觀世界所不相容。這樣帶有實(shí)例的啟發(fā)，會(huì)使得學(xué)生們?cè)谒季S方法上的眼界有所拓寬。

二、熵

作為熱力學(xué)重要函數(shù)的熵，在課堂學(xué)習(xí)中若是光介紹其計(jì)算公式，未免過(guò)于枯燥。而作為對(duì)當(dāng)代科學(xué)有所了解的教師，都會(huì)知道這一概念在化學(xué)、物理、生命科學(xué)以至于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等非理工學(xué)科中的重要性[3]。熵就是混亂度的量衡，熵值越高，系統(tǒng)越趨向于混亂和無(wú)秩序化，這是熵這一概念的核心。為何在萬(wàn)物變化中總有不可逆過(guò)程，什么過(guò)程又是自發(fā)的？孤立體系的熵值不會(huì)減少這一判據(jù)的重要性，揭示了萬(wàn)事萬(wàn)物錯(cuò)綜復(fù)雜變化表象下一條內(nèi)在的本質(zhì)規(guī)律。為什么“水往低處流，人往高處走”，因?yàn)槿瞬皇且粋€(gè)孤立體系，不但每天攝入營(yíng)養(yǎng)、排棄廢物，而且還通過(guò)接受教育，不斷提高自身文化素養(yǎng)，這是一個(gè)大學(xué)生不但應(yīng)該懂得而且應(yīng)該努力做得更好的事情。

轉(zhuǎn)貼于 再比如現(xiàn)在為什么要提倡“節(jié)約型社會(huì)”？用熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，社會(huì)的發(fā)展是一個(gè)熵減少的有序化過(guò)程，所以人類(lèi)社會(huì)也一定是個(gè)開(kāi)發(fā)性的社會(huì)，在發(fā)展的同時(shí)一定伴隨著能源的利用、對(duì)自然的開(kāi)發(fā)這樣一個(gè)破壞性的過(guò)程。因此不能幻想一種對(duì)生態(tài)沒(méi)有影響沒(méi)有破壞的社會(huì)發(fā)展模式，科學(xué)的發(fā)展觀當(dāng)然不是“殺雞取蛋”式的破壞性開(kāi)發(fā)，也不是說(shuō)要“不吃不喝不發(fā)展”這樣不現(xiàn)實(shí)的極端做法，而是盡可能減少環(huán)境破壞的“節(jié)約型社會(huì)”發(fā)展模式。

通過(guò)這些介紹，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)化學(xué)中蘊(yùn)藏的知識(shí)實(shí)踐在化學(xué)之外，不但覺(jué)得聽(tīng)課不枯燥，更完善了自身的知識(shí)體系，開(kāi)闊了思維空間，對(duì)于一個(gè)大學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)是有益處的。

三、手性現(xiàn)象

在有機(jī)化學(xué)中，具有不少手性的化合物，其不同對(duì)應(yīng)異構(gòu)體生化活性往往迥異，因此對(duì)手性物質(zhì)的合成和分離是生化和制藥學(xué)科的熱點(diǎn)研究方向。而人體內(nèi)存在的天然氨基酸都是L型的這一迷題，目前尚未得到合理的解釋?zhuān)纱艘l(fā)的研究自然界中某一對(duì)應(yīng)異構(gòu)體占優(yōu)的外在誘因更是基礎(chǔ)科學(xué)研究的重大課題[4]。在課堂上向?qū)W生們介紹這些科學(xué)研究中的難題謎團(tuán)，不但學(xué)生感覺(jué)不枯燥，而且激發(fā)了他們對(duì)未知事物的好奇心，而這正是科學(xué)研究前進(jìn)的最大動(dòng)力所在。

在緊接著的教學(xué)過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)向?qū)W生們指出，不但有機(jī)物質(zhì)有手性，而且無(wú)機(jī)物質(zhì)也存在手性，比如[Cr(C2O4)3]3－這樣的配位化合物離子，存在Δ型和Λ型的對(duì)應(yīng)異構(gòu)體，它們之間存在鏡像關(guān)系。進(jìn)一步闡明判斷一個(gè)化合物是否具有手性的依據(jù)是其鏡像和原物是否能夠重合，不能重合則說(shuō)明它們是手性的對(duì)應(yīng)異構(gòu)體關(guān)系。隨后借助這一判據(jù)，將手性的概念擴(kuò)展到宏觀物體中去，比如左手和右手，鞋子的左腳和右腳，最后將手性歸納為一種現(xiàn)象，即不但有手性物質(zhì)，還有手性規(guī)則，比如左手直角坐標(biāo)系和右手直角坐標(biāo)系，左手螺旋法則和右手螺旋法則。課堂上最后可以當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行小測(cè)驗(yàn)，讓學(xué)生們列出所能想到的手性現(xiàn)象，不限于化學(xué)物質(zhì)。最后的效果是出乎意料的，學(xué)生們充分拓展了自己的想象力，舉出的例子豐富多彩，有的是教師也沒(méi)有想到過(guò)的，這說(shuō)明興趣能夠引起多么大的學(xué)習(xí)動(dòng)力。試舉一些精彩答案如下：人與水中的倒影，印章上的字與其印在紙上的字，左旋的DNA和右旋的DNA，環(huán)形跑道上順時(shí)針與逆時(shí)針跑步……

總結(jié)

從實(shí)際情況出發(fā)，制訂以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的興趣教學(xué)法在實(shí)踐中收到了良好的效果。當(dāng)然根據(jù)不同教師對(duì)教材的理解不同，自身的知識(shí)面層次不同，在開(kāi)展教學(xué)中能夠有所闡發(fā)的具體內(nèi)容也可能是有所不同而相互補(bǔ)充的。當(dāng)然在這里也還是應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)興趣還是要首先和課程內(nèi)容緊密相聯(lián)系，不是一味追求現(xiàn)場(chǎng)氣氛，而是做到有所聯(lián)系有所側(cè)重，把目的牢牢地收在前面說(shuō)過(guò)的“培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)的思維方法去認(rèn)識(shí)世界”這一核心上來(lái)。應(yīng)該說(shuō)，其實(shí)任何的課程都存在一個(gè)將枯燥的課本內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生動(dòng)的課堂教學(xué)這樣的問(wèn)題，這一問(wèn)題的解決首先要求老師有扎實(shí)的基本功，將課本內(nèi)容吃透才能做到教學(xué)方法上的升華，才能更好地組織教學(xué)素材；其次要求學(xué)生對(duì)課程有興趣，一定要做到老師自己對(duì)課程有鉆研的興趣，這樣平時(shí)才能更多地搜集相關(guān)信息，多看“閑書(shū)”，多發(fā)“閑想”，點(diǎn)點(diǎn)滴滴累積下來(lái)，才能在講課過(guò)程中左右逢源，有話(huà)可說(shuō)，有例可舉，切合課本內(nèi)容，貼近現(xiàn)實(shí)，起到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳林根等編. 工程化學(xué)基礎(chǔ)(第二版). 北京：高等教育出版社， 2005.

[2] 曹天元. 上帝擲骰子嗎——量子物理史話(huà). 沈陽(yáng)：遼寧教育出版社，2006.

篇10

因此，了解中考議論文閱讀的命題特點(diǎn)，掌握一些必要的答題要領(lǐng)是非常必要的。本文以2010年中考試題為例，就議論文閱讀的答題技巧略作探討，以?huà)伌u引玉。

一、論點(diǎn)的提取與歸納

題型透視考查對(duì)文章論點(diǎn)的提取和歸納，是議論文閱讀中常見(jiàn)的一個(gè)考點(diǎn)?？忌仨氁盐諟?zhǔn)原文要義，找出凝聚文意的核心段，找準(zhǔn)蘊(yùn)涵文旨的關(guān)鍵句，然后篩對(duì)篩全所給的信息，作出正確的解答。

真題片段1.（2010年北京燕山卷）《不以人蔽己，不以己蔽人》“‘①不以人蔽己，不以己蔽人’，這句話(huà)的意思就是主張以存疑的態(tài)度來(lái)對(duì)待他人的意見(jiàn)和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，同時(shí)又主張客觀看待自己的意見(jiàn)和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，反對(duì)獨(dú)斷專(zhuān)行。這種態(tài)度對(duì)于從事科學(xué)研究的人來(lái)說(shuō)尤為重要?！?/p>

問(wèn)題19. 選文要闡明的中心論點(diǎn)是什么？（答案：不以人蔽己，不以己蔽人。）

2.（2010年浙江東陽(yáng)卷）《重建奇跡彰顯中國(guó)奮進(jìn)的力量》“① 位于汶川縣映秀鎮(zhèn)的汶川特大地震震中紀(jì)念館封頂；汶川地震異地安置區(qū)首批“農(nóng)家樂(lè)”開(kāi)業(yè)；四川及甘肅隴南地震災(zāi)區(qū)農(nóng)房基本完成重建，學(xué)生提前搬入新校園……汶川特大地震發(fā)生兩周年前夕，紛至沓來(lái)的重建喜訊報(bào)告著災(zāi)區(qū)的新生，彰顯著中國(guó)人民團(tuán)結(jié)奮進(jìn)的偉大力量?！?/p>

問(wèn)題13． 本文的中心論點(diǎn)是什么？（答案：紛至沓來(lái)的重建喜訊報(bào)告著災(zāi)區(qū)的新生，彰顯著中國(guó)人民團(tuán)結(jié)奮進(jìn)的偉大力量。）

3.（2010年浙江義烏卷）《將興趣進(jìn)行到底》“……有興趣，才會(huì)有動(dòng)力，持久的興趣，才會(huì)產(chǎn)生持久的動(dòng)力。英國(guó)人塞繆爾?斯邁爾斯說(shuō)過(guò)：‘一個(gè)人對(duì)某一方面的興趣越強(qiáng)烈，就越有可能學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)，從而在與其興趣有關(guān)的領(lǐng)域里采取驚人的舉措，取得巨大的成功！’我國(guó)教育家說(shuō)：‘教育是幫助被教育的人給他能發(fā)展自己的能力，完成他的人格?！逃囊x就是要探尋孩子的興趣，培養(yǎng)孩子的興趣，給孩子的興趣發(fā)展提供廣袤的空間和強(qiáng)有力的支持，讓興趣引領(lǐng)孩子前行，讓興趣引領(lǐng)孩子成功。”

問(wèn)題11. 本文的中心論點(diǎn)是什么？（答案：有興趣，才會(huì)有動(dòng)力，持久的興趣，才會(huì)產(chǎn)生持久的動(dòng)力。）

思路點(diǎn)撥有不少議論文采用“開(kāi)門(mén)見(jiàn)山”式寫(xiě)作方法，即作者在文中就直接把觀點(diǎn)給亮了出來(lái)。閱讀時(shí)首先要注意文章的標(biāo)題，因?yàn)橛行┳h論文的標(biāo)題本身就是論點(diǎn)。有些則是先列舉一些現(xiàn)象，進(jìn)行分析、闡述之后才在第一自然段的末尾或是第二、三自然段中提出中心論點(diǎn)，然后再?lài)@中心論點(diǎn)展開(kāi)論證。浙江義烏中考卷《將興趣進(jìn)行到底》的論點(diǎn)則是出現(xiàn)在文章的末尾。作者先列舉大量論據(jù)，然后進(jìn)行分析論證，最后得出結(jié)論，這個(gè)結(jié)論就是文章的中心論點(diǎn)。

真題片段（2010年四川瀘州卷）“…… ② 世博會(huì)究竟將給中國(guó)帶來(lái)什么影響呢？③筆者曾有幸當(dāng)面向連任兩屆國(guó)際展覽局主席、現(xiàn)任國(guó)際展覽局名譽(yù)主席的著名外交家吳建民討教，他說(shuō)：“世博會(huì)對(duì)中國(guó)的影響將超過(guò)奧運(yùn)會(huì)。因?yàn)樯虾Ｊ啦?huì)的主題口號(hào)是‘城市，讓生活更美好’，而世博會(huì)確實(shí)能夠做到讓城市的生活更加美好。”不難明白的是，中國(guó)的城市化進(jìn)程正在加速推進(jìn)，世界城市發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的集中展示，將給中國(guó)不少城市帶來(lái)改變陳舊面貌、提升自身素養(yǎng)的大好契機(jī)。中國(guó)的城市人口現(xiàn)已占總?cè)丝诘慕霐?shù)，直接能對(duì)如此數(shù)量的中國(guó)人產(chǎn)生直接影響，其影響不可謂不大。……”

問(wèn)題7. 本文的中心論點(diǎn)是什么？試用一句話(huà)概括。（答案：上海世博會(huì)將給中國(guó)帶來(lái)深刻廣泛的影響?！吧羁獭薄皬V泛”有一即可）

思路點(diǎn)撥有的議論文不明確提出論點(diǎn)，需要考生在整體感知的基礎(chǔ)上概括、歸納。概括要全面，文字要簡(jiǎn)潔。歸納論點(diǎn)有三個(gè)步驟:歸納段意――歸納層意――概括論點(diǎn)。要注意，論點(diǎn)是在文章中體現(xiàn)出來(lái)的作者的觀點(diǎn)和看法，其表現(xiàn)形式應(yīng)該是完整而簡(jiǎn)潔的句子。

二、 論據(jù)的概括與補(bǔ)充

題型透視針對(duì)論據(jù)設(shè)題，一般要求找出所用論據(jù)，這類(lèi)題只要將論據(jù)找出來(lái)并扼要概述即可。常見(jiàn)的題型有兩種:一是要求針對(duì)某一個(gè)論點(diǎn)，找到事實(shí)或道理論據(jù)后，用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言進(jìn)行概括;二是要求針對(duì)某一個(gè)論點(diǎn)，為它補(bǔ)充相應(yīng)的事實(shí)論據(jù)或道理論據(jù)。

真題片段（2010年安徽蕪湖卷）《科學(xué)不怕挑戰(zhàn)》“……③ 量子力學(xué)理論剛提出時(shí)，由于它的基本概念與傳統(tǒng)觀念根本不同，有些科學(xué)家一時(shí)難以接受。愛(ài)因斯坦反對(duì)量子力學(xué)的幾率解釋?zhuān)f(shuō):‘我不相信上帝在擲骰（tóu）子。’他還多次提出‘理想實(shí)驗(yàn)’進(jìn)行挑戰(zhàn)。玻爾是量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，他奮起應(yīng)戰(zhàn)，據(jù)理反駁。愛(ài)因斯坦屢敗屢戰(zhàn)，苦思冥想出一個(gè)特別刁鉆的‘理想實(shí)驗(yàn)’。玻爾徹夜未眠，苦思不得其解，直到清晨才豁然開(kāi)朗，利用相對(duì)論以其人之道還治其人之身。但愛(ài)因斯坦仍然固執(zhí)己見(jiàn)，以至另一位科學(xué)家厄倫費(fèi)斯特都忍不住說(shuō):‘愛(ài)因斯坦，你真不像話(huà)!你簡(jiǎn)直在批判你自己的相對(duì)論了?！瘣?ài)因斯坦挑戰(zhàn)量子力學(xué)，雖敗猶榮，他提出的‘理想實(shí)驗(yàn)’，促進(jìn)了量子力學(xué)的發(fā)展，還對(duì)量子密碼、量子計(jì)算機(jī)等新技術(shù)起到了催生作用。④ 進(jìn)化論從誕生之日起就被挑戰(zhàn)，從未停止過(guò)。創(chuàng)世說(shuō)從信仰出發(fā)頻頻發(fā)難，甚至采用行政手段禁止進(jìn)化論的傳播。結(jié)果怎樣呢？進(jìn)化論身經(jīng)百戰(zhàn)，越戰(zhàn)越勇，而創(chuàng)世說(shuō)卻破綻百出，只好以百萬(wàn)元大獎(jiǎng)向科學(xué)家頻送秋波求援?！?/p>

問(wèn)題6． 第③④段運(yùn)用了事例來(lái)論證，請(qǐng)分別概括這兩個(gè)事例的內(nèi)容。（答案：第③段：量子力學(xué)曾受到愛(ài)因斯坦理想實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)；第④段：進(jìn)化論曾受到創(chuàng)世說(shuō)者的頻頻發(fā)難。）

思路點(diǎn)撥論據(jù)是用來(lái)證明論點(diǎn)的材料，論據(jù)必須和論點(diǎn)一致。分析論據(jù)作用一定要和論點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，答題時(shí)要答出直接證明的那個(gè)觀點(diǎn)。如果是事實(shí)論據(jù)，必須運(yùn)用概述的方法，將筆墨集中在能夠證明觀點(diǎn)的主要情節(jié)上。概述事實(shí)論據(jù)，可采用“人物+概括性事例+簡(jiǎn)短評(píng)價(jià)”的形式。要答好這類(lèi)題，需要平時(shí)留心生活，多讀書(shū)，做一些專(zhuān)題積累。要注意，議論文的論據(jù)只有事實(shí)論據(jù)和道理論據(jù)兩種。

真題片段1.（2010年湖南長(zhǎng)沙卷）《談尊嚴(yán)》“……② 自古以來(lái)，就有孟子的‘富貴不能，貧賤不能移，威武不能屈’；有李白的‘安能摧眉折腰事帆責(zé)，使我不得開(kāi)心顏’；有李清照的‘生當(dāng)作人杰，死亦為鬼雄’：有于謙的‘粉身碎骨渾不怕，要留清白在人間’……他們都是活得有尊嚴(yán)的人?！?/p>

問(wèn)題20.仿照第②段畫(huà)線(xiàn)句子補(bǔ)充一個(gè)論據(jù)。（答案示例：有文天祥的“人生自古誰(shuí)無(wú)死，留取丹心照汗青”。）

2.（2010年湖北宜昌卷）《中國(guó)人的山水觀》“……②過(guò)去中國(guó)人談?dòng)紊?，從未?jiàn)有人說(shuō)他‘征服’了某個(gè)冰封雪凍的高山而引以為傲。中國(guó)人游山是欣賞它的深邃幽緲、高不可攀、深不可測(cè)的含蓄之美，所以說(shuō)是‘尋幽探勝’?！畬ぁc‘探’，都意味著一種小心翼翼的贊嘆激賞之情。唐朝詩(shī)人常用山林來(lái)造境，以表達(dá)他們的禪思和對(duì)大自然的喜愛(ài)。因此，他們筆下的山是‘只在此山中，云深不知處’的幽謐，是‘落葉滿(mǎn)空山，何處尋行跡’的隱逸，是

，所以，中國(guó)人游山是純?nèi)痪裆系目鞓?lè)與解脫，絕無(wú)一絲欲‘征服’而后快的敵意。……”

問(wèn)題30． 積累鏈接：請(qǐng)順其思路，在第②段中加橫線(xiàn)的句子后仿寫(xiě)一句。（答案：如：“千山鳥(niǎo)飛絕，萬(wàn)徑人蹤滅”的空寂。“采菊東籬下，悠然見(jiàn)南山”的閑適。）

思路點(diǎn)撥補(bǔ)充論據(jù)時(shí)要明確:無(wú)論是補(bǔ)充事實(shí)論據(jù)還是道理論據(jù)，都是用來(lái)證明論點(diǎn)的，都要圍繞直接證明的那個(gè)觀點(diǎn)來(lái)補(bǔ)充。補(bǔ)寫(xiě)的論據(jù)要典型，有代表性，這樣說(shuō)服力才強(qiáng)。如果是補(bǔ)充道理論據(jù)，我們一般要選擇名人名言。 要注意，杜撰的名言或不為人所熟知的警句往往不能得分。

三、 論證方法的分析與理解

題型透視判斷文章所運(yùn)用的論證方法， 辨識(shí)、分析和理解其作用，是議論文閱讀的重要考點(diǎn)。既考查對(duì)論證方法的辨析，也考查使用論證方法的好處。目的在于測(cè)試考生提取加工信息、調(diào)動(dòng)運(yùn)用積累、評(píng)述見(jiàn)解的能力。此類(lèi)題型對(duì)考生的檢測(cè)是多方面的、綜合的，契合了新課標(biāo)的精神。

真題片段1.（2010年黑龍江省雞西市卷）“……⑤‘淺閱讀’這種閱讀態(tài)度導(dǎo)致了閱讀的工具性質(zhì)，加深了整個(gè)社會(huì)的浮躁。上海大學(xué)社會(huì)學(xué)教授鄧志偉認(rèn)為，思想使人進(jìn)步，思考又往往是沉重的。那些讀來(lái)顯得沉重的文字，往往能夠使人更好地了解社會(huì)，激發(fā)起讀者的感悟和思考。不能僅僅因?yàn)椤疁\閱讀’的輕松、愉快，而放棄學(xué)習(xí)積累的機(jī)會(huì)。……”

問(wèn)題23.文段⑤中畫(huà)線(xiàn)句的論證方法是

，作用 。（答案：道理論證，論證“深閱讀”的重要性，增強(qiáng)文章說(shuō)服力。）

2.（2010年湖北襄樊卷）《讓優(yōu)秀成為一種習(xí)慣》“…… ⑥優(yōu)秀作為一種品質(zhì)，當(dāng)然離不開(kāi)客觀環(huán)境。但真正優(yōu)秀的人懂得：命運(yùn)只有把握在自己手里，才是真正的命運(yùn)。平庸的人總是把別人的成功歸結(jié)為環(huán)境好、條件好、人緣好、運(yùn)氣好，而把自己所有的失敗歸結(jié)為外在原因。優(yōu)秀的人心里明白成功離不開(kāi)客觀條件，但從不過(guò)分依賴(lài)客觀條件。他們懂得：環(huán)境創(chuàng)造人，人也創(chuàng)造環(huán)境。他們成功的時(shí)候往往以感恩之心面對(duì)社會(huì)、面對(duì)所有幫助過(guò)他們的人，把成功的功勞歸結(jié)于客觀條件。他們失敗的時(shí)候，往往把原因歸結(jié)為自己努力不夠。優(yōu)秀的人總是說(shuō)自己不行，認(rèn)為自己無(wú)知；平庸的人總是利用各種機(jī)會(huì)表白、粉飾自己。在真正優(yōu)秀的人看來(lái)，世界上沒(méi)有比這更愚蠢的事情了?！?/p>

問(wèn)題25． 文章第⑥段主要運(yùn)用了什么論證方法？有什么作用？（答案：對(duì)比論證。答道理論證和對(duì)比論證也給分；只答道理論證不給分。其作用：把“優(yōu)秀的人”與“平庸的人”的不同認(rèn)識(shí)加以對(duì)比，強(qiáng)調(diào)突出了“優(yōu)秀的人”不過(guò)分依賴(lài)客觀條件的觀點(diǎn)。）

思路點(diǎn)撥作答這類(lèi)試題，要搞清楚論證方法有:舉例論證、道理論證、比喻論證、對(duì)比論證。不同的論證方法有不同的作用。舉例論證也叫例證法，用典型的事例來(lái)證明論點(diǎn)，能增強(qiáng)文章的說(shuō)服力。道理論證又叫引證法，用權(quán)威性言論證明觀點(diǎn)，具有權(quán)威性，論證有力。比喻論證也叫喻證法，是通過(guò)形象的比喻來(lái)證明論點(diǎn)的方法，可把道理講得通俗形象，容易被人接受。對(duì)比論證是用正反兩方面的事實(shí)和道理進(jìn)行對(duì)比，從而證明論點(diǎn)的方法，其好處是是非曲直分明，給人印象深刻。答題時(shí)，先說(shuō)某種論證方法的一般作用，再結(jié)合具體內(nèi)容進(jìn)行解說(shuō)，分析作用要和論點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)。要注意，分析論證方法的作用時(shí)要和文章的論點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)。

四、 開(kāi)放性題目的探究與解答

題型透視 要求考生談對(duì)某觀點(diǎn)的看法，讀某篇文章得到的啟示，探究文章的內(nèi)容及其深刻的現(xiàn)實(shí)意義和思想意義；或要求聯(lián)系生活實(shí)際和自己的體驗(yàn)得出相應(yīng)的啟示。開(kāi)放性試題既有開(kāi)放的一面，立足于“靈活”，留給考生廣闊的思維空間，使考生能夠充分張揚(yáng)個(gè)性，顯示自己的聰明才智，也有限制的一面，即關(guān)于內(nèi)容、形式等，提出顯性或隱性的要求，成為評(píng)定答案的重要依據(jù)。

真題片段（2010年貴州安順卷）《人總得藐視點(diǎn)什么》“① 人生在世，你總得藐視點(diǎn)什么東西，或人或物或事，否則，看什么都偉大，啥子都敬畏，處處低眉順眼，事事謹(jǐn)小慎微，那就會(huì)把自已活得唯唯諾諾，可憐巴巴。…… ⑦ 打鐵先得本身硬，藐視，也得有點(diǎn)資本才行，要‘目空天下士’，自己就得才高八斗，學(xué)富五車(chē)；要藐視天下英雄如無(wú)物，自己就得是那頂天立地的真英雄；要藐視那些蠅營(yíng)狗茍之輩，自己就得是冰清玉潔的真君子。而且，要藐視點(diǎn)什么，不論對(duì)人還是對(duì)物，可能會(huì)讓自己吃點(diǎn)虧，受點(diǎn)冷落，‘進(jìn)步’比別人慢點(diǎn)，‘收益’比別人少點(diǎn)，‘名氣’比別人小點(diǎn)，但卻能使我們抬頭挺胸昂然平視，上不愧天，下不愧地，活得堂堂正正，坦坦蕩蕩?！?/p>

問(wèn)題28． 結(jié)合生活實(shí)際，請(qǐng)你談?wù)勅绾巫龅健按蜩F先得本身硬”。（答案示例：我們要想在今后的社會(huì)上有所作為，大顯神通，就必須在學(xué)習(xí)生活中累積才識(shí)，鍛煉分析和解決問(wèn)題能力，貯藏和消化必備知識(shí)。）

問(wèn)題29．舉例談?wù)勀闼暌暤娜耍ɑ蛭锘蚴拢?，并?jiǎn)要說(shuō)說(shuō)你能夠藐視的理由。（答案示例：1：我藐視那些弄虛作假、謀取個(gè)人利益的人，因?yàn)槲抑鲝垖?shí)事求是、不謀私利，盡管沒(méi)有得到某些利益，但也心安理得。（意思對(duì)相近即可）示例2：我藐視那些靠托關(guān)系、走門(mén)路來(lái)謀求私利的人，因?yàn)槲抑鲝埞健⒐?、公開(kāi)，盡管可能失去一些機(jī)會(huì)，但也無(wú)怨無(wú)悔。）

思路點(diǎn)撥議論文語(yǔ)言通常具有概括性、邏輯性，準(zhǔn)確而嚴(yán)密。議論文觀點(diǎn)鮮明，思想深刻，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和教育作用。就文章的觀點(diǎn)談個(gè)人看法、感受時(shí)，要緊扣文章論點(diǎn)或內(nèi)容，聯(lián)系作者的看法，結(jié)合自己的生活實(shí)際，語(yǔ)言要簡(jiǎn)潔凝煉，做到立場(chǎng)鮮明，觀點(diǎn)完整，言之有理、有據(jù)，條理清晰。要注意，答題時(shí)，不能脫離文章，天馬行空；或者忽視“結(jié)合自身實(shí)際”等剛性要求。

隨著中考語(yǔ)文改革的不斷深入，議論文閱讀的考點(diǎn)也將不斷更新。這就要求我們平時(shí)復(fù)習(xí)時(shí)，注重對(duì)文章的整體感悟，用議論文的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)去解讀文章，用精讀和略讀的方法，擴(kuò)大閱讀范圍，拓寬自己的視野。建議同學(xué)們?cè)趶?fù)習(xí)中應(yīng)圍繞“理、讀、練、析”四個(gè)字進(jìn)行。

“理”就是梳理議論文的基本常識(shí)，圍繞“三要素”(論點(diǎn)、論據(jù)、論證)，關(guān)注觀點(diǎn)和材料間的聯(lián)系。明確論點(diǎn)的表述形式，辨別論據(jù)的種類(lèi)和分析其作用，熟悉論證方法與論證過(guò)程，注意段落間的聯(lián)系，理清問(wèn)題的提出、分析和解決。