量子力学知识总结范例6篇

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量子力学知识总结

量子力学知识总结范文1

[关键词] 地方院校;量子力学;精品课程建设

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2014)01-0057-04

0 引言

我国本科高校按隶属对象不同,分为部委属和省属两大类别,省属高校又分为省属国家“211”重点高校、省部共建高校、地方性直属高校三类,本文“地方院校”指省属高校中的地方性直属本科高校,这些院校大多采取省市共建、以市为主的管理体制,多数建校时间短或由专科升格。

随着我国高等教育大众化进程的不断深入,生源质量降低,教学资源日趋紧张,高等院校的教学压力逐渐加大,引发了社会对高等教育质量的担忧。2003年4月《教育部关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》(教高[2003]1号),引起了全国范围内建设国家、省、校三级精品课程的热潮。量子力学精品课程也同其他课程一样,经历了精品课程建设的热潮,截至2013年9月,共有四校建成国家精品课程,分别是兰州大学(2004年)、复旦大学(2004年)、清华大学(2007年)、北京大学(2008年);两校建成湖北省精品课程,分别是华中师范大学(2003年)和湖北大学(2003年);两校建成湖北省地方院校校级精品课程,分别是黄冈师范学院(2007年)、湖北师范学院(2011年)。可见,量子力学国家精品课程全部由985重点大学建设,湖北省精品课程也由211重点大学和省属重点大学建设,地方院校只有两校建成校级精品课程,只占湖北省27所地方院校的7.4%,大多数地方院校并未开展量子力学精品课程建设,这与量子力学课程的重要地位极不相称。量子力学是近代物理学的两大支柱之一,也是现代工业技术的重要理论基础,其教学质量的重要性不言而喻,但量子力学又是一门高度抽象的理论物理课程,远离日常经验,教与学都有一定的难度。地方院校由于师资力量薄弱,学术资源匮乏,生源素质不理想,教学与科研脱节,导致这些院校的量子力学精品课程大多处于有心无力、举步维艰的状态。

地方院校占我国高校总数的90%左右,担负着服务地方社会经济建设、培养千百万专门人才的重任。地方院校是我国高等教育金字塔的塔基,塔基不稳,必然影响我国高等教育的健康发展,因此研究地方院校量子力学精品课程建设,提高人才培养质量是迫在眉睫的重要问题,令人惋惜的是这方面的研究成果太少,难以指导地方院校量子力学精品课程的建设。

1 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的内涵

精品课程的评价标准是“五个一流”,即一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理。精品课程建设研究大多围绕“五个一流”展开,但精品课程建设应该是分层次的,不同类型的高校应有不同的标准。每个学校都是在自己的层次上、自己的类型上来办出最高水平的课程,各个学校是不一样的,精品课定位不一样,寻找精品课群体也不一样[1]。地方高校应从自己的办学定位、培养规格和生源情况来考虑量子力学精品课程建设,基于地方院校视角来理解“五个一流”,扬长避短,不盲目攀比,也不妄自菲薄。

1.1 一流教师队伍

地方院校普遍存在教师整体水平不高的问题,教师的学历、职称、学术水平和重点大学相比有较大差距,教学任务重,技术应用能力不强。重点大学承担培养拔尖人才的任务,必然要求教师具有较高的学术水平和科研能力,地方院校承担培养千百万专门人才,即应用型技能型人才的任务,对教师的学术水平要求不是太高,但要求教师具有较强的技术应用能力。地方院校教师不宜与重点大学的教师比学术水平,但要关注学科前沿,尽快掌握与本学科相关的最新技术,提高重点大学教师并不擅长的技术应用能力,体现地方院校“双师”型师资的鲜明特色。

地方院校量子力学精品课程的一流教师队伍,就是要建设一支与应用型人才培养相适应的,具有一定的学术水平、较高的教学水平、较强的技术应用能力的“双师型”教师队伍。

1.2 一流教学内容

应用型人才培养的定位,决定了量子力学精品课程的教学内容有别于重点大学,教学内容的核心是量子力学的基本理论、基本知识、基本技能,不求教学内容的高度完整性,适当降低内容的深度和应用数学解题的难度,保持教学内容的前沿性和时代性,满足学生了解学科发展前沿及其技术应用的强烈愿望。前沿知识不仅可以开阔学生的眼界,而且能够潜移默化地影响学生未来的发展。

地方院校量子力学精品课程的一流教学内容可以理解为,量子力学基本理论、基本知识、基本技能等学科有效知识与专业发展密切相关的前沿知识及其技术应用的有机整合。有效知识,就是今后能对在该领域继续学习、继续研究、开辟新的领域、学习新的知识发挥作用的、最关键、最基础性的东西[1]。

1.3 一流教学方法

重点大学普遍重视讨论式、研究式教学方法,基于量子力学学科特点和地方院校学生水平,讨论式和研究式的教学方法要慎重使用,如果准备不充分,极有可能出现学生讨论时言之无物和研究时无从着手的难堪局面,反而挫伤学生的学习积极性。采用讨论式和研究式教学方法,一要内容难度适宜,二要前期准备充分,三要教师循循善诱。量子力学内容高度抽象,学生自学困难较大,因此对教学方法和手段的要求较高。无论选择什么样的教学方法,采用什么样的教学手段,都是为了学生能够更好地理解和掌握知识,都要适合学生的实际认知水平,不能为了讨论而讨论,为了研究而研究,应以实际教学效果来评价教学方法的优劣。

地方院校量子力学精品课程的一流教学方法,即以启发式讲授为主,结合课程内容适当采取讨论式和研究式教学,传统教学手段与多媒体技术手段有机结合,集多种方法与手段于一体的教学方法体系。

1.4 一流教材

量子力学教材的选用,国内一般主要选用曾谨言版(重点大学)和周世勋版(地方院校),另有苏汝铿版、张永德版、钱伯初版、关洪版等多种教材,也有多种国外优秀教材。鉴于量子力学的某些基本问题至今仍有争议,甚至国内权威教材中的部分内容仍受质疑,地方院校不宜盲目自编教材,避免对某些问题的不当阐述误导学生,宜选用国内经典的简明教材,辅以优秀教材作为参考书,以满足不同学生的学习要求,通过立体化、一体化教材建设,补充量子力学的最新进展和实际应用,更好地为地方院校培养应用型人才服务。

地方院校量子力学精品课程的一流教材,即在选用国内经典简明教材的基础上,选择国内外优秀教材作参考书,着力打造包括电子教案、PPT、习题答案、试题库、仿真实验、网络课堂等资源在内的立体化、一体化教材。

1.5 一流教学管理

精品课程需要通过科学的管理为其提供制度保证。科学的教学管理和规范的管理机制,是精品课程的重要条件。精品课程的教学管理既包括对课堂教学的组织、实践教学的安排、学习成绩的评定等教学环节的管理,还包括师资队伍的配备、课程建设过程的管理、教学保证条件的建设等[2]。

地方院校作为教学型大学,科研上处于劣势,教学管理上更应加强,应将一流教学管理作为量子力学精品课程的重要特色来建设。

地方院校量子力学精品课程的一流教学管理,即建立健全与应用型人才培养目标相适应的教学管理制度,包括编、备、教、辅、改、考各教学环节的管理制度,以及经费投入、师资配备、用人机制和激励机制、课程评价等教学质量保障制度,认真落实各项教学管理制度并切实做好教学质量监控,保证课程建设的可持续发展。

2 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的对策

2.1 建设一支与应用型人才培养适应的师资队伍

地方院校培养应用型人才的定位,客观上要求教师应具有教师和工程师(或技能师)的双重身份。量子力学精品课程的师资队伍建设,除引进高层次人才、抓好现有教师的转型提升、开展与课程相关的教研和科研等常规措施之外,尤其要重视师资队伍的技术水平和能力的培养,通过产学研用结合切实提高教师的技术操作能力、应用能力和转化能力。加强学校与科研机构、企业的合作,聘请经验丰富的科研人员和工程师作为兼职教师,提高教师队伍整体的科研水平和技术实力。

2.2 精选课程有效知识构建学科基础,实现理论 与应用、基础与前沿的完美结合

夯实基础、关注前沿、了解应用、激发兴趣是一流教学内容的必然要求。在教学内容的选择和安排上,要注意与知识的实际应用相联系,找准最佳结合点,融入学科前沿的理论知识和学科发展的最新成果。

量子力学的有效知识包括量子力学的发展历史、量子力学的五大公设、定态问题求解、表象变换理论、微扰理论、电子自旋等,有效知识构成课程的核心知识;学科前沿知识、量子力学在现代科技和其它学科中的应用等内容构成课程的补充知识;散射等相对困难的内容构成课程的知识。核心知识具有相对稳定性,要求熟练掌握;补充知识具有时代性,要求学生了解而不求掌握;知识具有可选性,建议有能力的学生选学。核心知识和补充知识属于第一层次的教学内容,面向全体学生;知识属第二层次的教学内容,面向部分学生。教学内容的分类既有利于实现教学的层次化,又有利于实现理论与应用、基础与前沿的有机结合。

2.3 构建教学理念先进、与学生水平相适应的教 学方法体系

以教师为主导,以学生为主体。变单一教学方式为多样化教学方式构成的有机体系,变以教为主为以学为主或学教并重,变传统课堂教学为传统课堂教学和网络课堂教学相结合。基于量子力学的抽象性,讲授仍是主要的教学方法,但应注重启发学生积极思考,采取课内、课外、网络等多种形式增强师生互动,结合适当的内容开展讨论和研究。

可以组织学生讨论如量子力学相关实验的解释、量子力学基本原理的各种理解、一维定态问题的求解方法等;也可讨论量子力学的某些新进展和新的技术应用,要求学生就“量子纠缠”、“EPR佯谬”、“量子计算机原理”等内容展开调研,撰写文献综述报告,将讨论和初步的研究结合起来,培养学生从事科学研究的基本素质;也可建议能力较强的学生对“密度矩阵表示量子态”、“路径积分量子化”、“自由粒子的狄拉克方程”等较新的内容进行一些初级的理论探讨,通过写小论文的方式总结研究结果等。

讨论和探究的关键在于培养学生的参与意识、问题意识和批判意识,不奢望毕其功于一役,长期坚持一定会有收获。

2.4 选择适宜的教材和教学参考书,建设立体化、 一体化教材

选择周世勋版《量子力学教程》作为教材,因为它比较简明,适合初学者和地方院校生源的实际水平;选择曾谨言版《量子力学教程》作为主要参考书,因为它是全国大多数高校指定的考研参考用书,要照顾部分考研学生的需要;还可选择其他国内外优秀教材作为参考书,以兼收并蓄、博采众长。

教材是教学内容的载体,一流教材必然要展现一流教学内容。立体化、一体化教材不是简单的教材和教参搬家,应将学科最新的研究成果、成功的教改经验和教师自己的教科研成果及时地反映出来。一流教材除电子教案、PPT、全程教学录像、习题解答、试题库、网络互动答疑、在线测试等内容外,还要自编学习辅导用书,内容大致可包括学习内容辅导、考研辅导、阅读材料三大部分。学习内容辅导应梳理各章知识点及联系、重点难点的学习经验,补充典型习题;考研辅导可提供各类院校近年来的量子力学考研试卷,分析考试内容涵盖的知识点和相关的考核要求;阅读材料可介绍量子力学的最新进展、与量子力学有关的各交叉学科、量子力学的发展历史以及逸闻趣事等。

2.5 抓紧抓实全方位全过程的教学管理

精品课程建设是一个综合系统工程,只有扎扎实实、认认真真、持之以恒地努力工作,才能把事情做好[3]。一流教学管理是精品课程建设的重要方面,建章立制是基础,教学各环节的过程管理是纵线,教学保障条件建设管理是横线,教学质量监控、反馈和改进是保障。教学管理不必标新立异,抓紧、抓实、抓细、抓出成效,就是教学管理的最大特色。

教学各环节的管理制度中,重点要改变学业成绩评价标准,变结果评价为过程评价,正确把握考试导向,降低期末考试比重,加大平时考核比重,将考勤、作业、提问、小论文、课程设计纳入平时考核。

教学质量保障制度的建设和落实要抓好以下几个方面:学校要加大对精品课程建设的经费投入;选择学术水平较高、教学效果得到师生公认的优秀教师担任课程负责人,组建由课程负责人负总责、主讲教师分工与合作的教学队伍;对参与精品课程建设的教师,在评优评先、晋升职称等方面优先考虑;抓实教学过程的质量监控,完善同行评教、学生评教、毕业生评教和评教意见的及时反馈及改进制度;抓住一切校内外的交流机会,博采众长,不断更新充实网上资源,确保精品课程建设的可持续发展。

3 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的初步成果

2011年起,荆楚理工学院应用物理学专业开设量子力学课程。三年来,量子力学教学团队坚持以建设校级精品课程为目标,始终追求精品境界,目前量子力学精品课程的基本资料已准备就绪,拟申报校级精品课程,并计划在校级精品课程基础上,力争申报省级及以上精品课程,最终转型升级成为精品资源共享课。

教学团队坚持教学和科研相结合,重视研究解决教学过程中存在的突出问题,以教科研水平的提高带动教学水平的提高。三年共主持完成湖北省教育科学“十一五”规划课题“理工类本科生物理学习障碍归因及对策研究”一项,此课题于2013年5月被湖北省教科规划办批准结题,鉴定结论为:课题研究整体设计规范,研究路线科学,课题组成员分工合理,研究成果丰富且有实效;正主持湖北省教育科学“十二五”规划课题一项:“地方院校应用物理学专业人才培养模式研究”。在学术研究方面,教学团队围绕量子纠缠态、量子点、反应微分截面等方向进行了比较深入地研究,取得了一些成果,近几年在国外英文期刊和国际学术会议上发表了6篇英文学术论文,其中4篇被EI收录,2篇被INSPECT收录,并在原子与分子物理学报、重庆大学学报、量子光学学报等中文核心期刊上发表了8篇学术论文。

科学研究提高了教师的学术水平,加深了对量子力学课程内容的深刻理解,促进了教学的深入浅出,实现了理论与应用、基础与前沿的有机结合,量子力学课程教学质量逐年稳步提高:三年来师生评教均分都在95分以上,教学效果得到师生认可;学生学习量子力学的积极性明显提高,学业成绩的统计结果表明,大部分学生较好地掌握了量子力学的基本理论、基本知识和基本技能,并对量子力学知识的有关应用和学科发展前沿产生了浓厚兴趣,越来越多的学生开始选择以量子力学的有关研究作为毕业论文选题,其中2009级两名学生的毕业论文荣获学校优秀毕业论文;不少学生考研时量子力学科目也取得了135分以上的较好成绩。荆楚理工学院量子力学精品课程建设取得的初步成效,从理论和实践两方面证明了建设具有地方院校特色的量子力学精品课程是可行的。

4 结束语

精品课程不应千课一面,不同类型的院校应该有不同类型的精品课程,量子力学精品课程建设也不应该成为重点大学的专利,地方院校完全可以根据自己的培养目标、培养规格、生源状况,正确地理解“一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理”,建设具有应用型人才培养特色的量子力学精品课程,在精品课程建设上实现与重点大学的错位发展。

参考文献

[1]袁德宁.精品课建设及课程支撑理念的转变[J].清华大学教育研究,2004,25(3):53-57.

量子力学知识总结范文2

关键词:量子力学;材料类专业;教学探索

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)08-0122-02

对于普通高校的材料类本科教学来说,要求学生具有数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识,掌握材料设计、性能优选、工艺优化的原则,以及材料的组成、结构和性能关系。这就需要学生具有材料学科的完整的知识体系,量子力学是半导体、固体物理以及计算材料学、材料测试表征技术等学科的基础,在材料科学体系中有着非常重要的地位。然而其由于本课程的学习是基于高等数学、大学物理、数学物理方法等前期课程学习的基础之上的,学生对这些基础课程的掌握情况参差不齐,而大部分学生对前期课程多有遗忘,课程内容的学习过程中需要理解的知识点很多,所以要学好这门课程需要充分发挥学生的主观能动性,及时复习前期基础课程和预习相关知识。由于知识间衔接紧密,需要逻辑推理内容非常多,学生稍有走神或缺课就会跟不上教师的教学进度,从而对后续知识的学习也丧失信心。此外,对于工科大环境下的学生群体来说,学生普遍对实用的专业课程较感兴趣,而对基础理论课程不够重视,认为学习非常枯燥也没有大多的用处。种种原因造成了在工科大环境下的理论物理教学特别是量子力学课程的教学困难重重,因此将理论教学与专业特色相结合,探索具有专业特色的量子力学的教学方法具有重要的意义。如何消除学生对本课程的畏惧心理,如何调动学生的学习积极性,让学生在课堂上有收获的同时也要自觉利用好课余时间学习是解决本课程教学的关键。本文结合材料类专业的综合情况,经过实践探索,总结几点较为实用的教学方法。

一、与专业课程体系相结合,突出课程的重要性

备课之前先熟悉所授课专业的培养方案,了解学生的已修课程、同学期开设的专业课程以及后续的专业课程。材料类专业的量子力学课程一般在第四学期开课,在此之前学生已经修完了高等数学、大学物理、线性代数、数学物理方法等前期课程。同时学生开始接触一些材料类的专业课程,例如材料科学基础、高分子物理、物理化学等,在之后的第五以及第六学期将有大量的学科专业课,如材料分析测试技术、计算材料学等。教师在对本专业的课程设置以及知识框架有了整体的了解以后,有针对性地翻阅一下一些核心专业课程的教材,将专业课程当中涉及量子力学基础的内容筛选出来以备用。在给学生讲授第一堂课时既将本课程的重要地位告知学生,哪些课程在后续课程种会涉及到相关知识,哪些领域会用到本课程的知识,以及量子力学对本专业以及相关专业的研究生入学考试以及继续深造时的必要性。让学生一开始对本课程的学习有心理上的重视。在具体教学的过程中,注意将量子理论与专业内容相结合,包括已修课程和后续课程。通过多学科的渗透将整个材料学专业的课程内容进行贯穿,凸显出量子理论的重要性和实用性,让学生意识到量子力学并不是高高在上毫无用处的理论公式,同时也使得量子力学的教学更加丰富和生动。

二、与前沿科学相结合、活跃课堂气氛

当下的高校教师除了教学很大一部分时间精力都用于科学研究。平时实验或看文献时可以将所涉及的一些前沿科技成果加以搜集,课堂上通过多媒体以图片、音响等直观的方式将其进行简要的介绍。活跃课堂气氛的同时有可以加深对该理论的理解,激发学生的学习积极性。在给学生讲解理论知识的同时注重结合理论的应用领域,结合材料学科的特点以及学校的特色。作者所在的本校是有着交通特色专业背景,本校材料类专业也有水泥混凝土、沥青混合料等工程材料方面的课程,学生就业也有很大比例在交通相关领域。结合本科的这一特征,教师讲课时可以作一些前沿材料在交通领域的最新进展。在讲解知识基础的同时穿插该部分知识的应用方面的展望,展示过程中采用借助多媒体以图片、音响和板书讲解相结合的方式。通过多种途径让量子力学这种看似“高大上”的学科也有“接地气”的一面,不至于全是枯燥的理论和生硬的公式,有利于对学生学习动力的激发。对于自己的科研课题也可以作一些介绍,还可以挑选部分基础较好的感兴趣的本科生参与到课题的研究或者参观学习,零距离的接触前沿科学,对调动学生的学习积极性也有一定的帮助。

三、多种教学手段相结合,调动学生的学习积极性

在教学的过程中采用多种教学手段相结合。鉴于量子力学的理论抽象、知识量大、数学推理公式繁多,在教学过程中教师的讲授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立为主,对于需要推理演算的部分可以引导学生利用课余时间自学。首先可以拓展多样化的考核方式。课程考核的成绩以期末考试为主但是学期内平时的表现也是必要的。可以考虑适当增大平时考核的分数比例,便于调动学生充分利用课余的时间。其中平时表现又可以分为多个方面来考核,充分调动学生的自主学习激情。课堂教师讲授为主,适时设问作为课外思考作业,作业以书面形式或者学生在下一次课作简短的展示的方式。才外还可以给学生布置小论文,鼓励学生多进图书馆,查阅相关文献书籍写一两篇小综述。在第一堂课即向学生说明考核的方式和比例,在考分的压力下学生自然会积极准备相关内容。在应对这些平时作业的过程实际上就是学生自主学习的过程中,既巩固了量课程知识,又锻炼了学生自主学习的能力和思维。在教学当中采用多媒体和传统的板书相结合的方式,多媒体信息涵盖量较大,对一些复杂又必须的推导过程可以采用PPT作快速的展示,而对于一些重要的公式及定理则需要采用板书加以强化,通过教师边书写边口诉讲解,学生有足够的时间消化理解。同时可以采用多媒体多展示一些图片、动画等内容,尽量在枯燥的理论讲授过程中增添一些有趣的小插曲,例如该理论提出的科学家的肖像及简介、名言名句,小故事等。在W习原子的波尔理论以及氢原子模型的时候,使用PPT展示基本公式和理论,再辅以教师在黑板上作图的方式讲解。可以将原子内电子的运动类比于在操场跑步以及天体的运动,在做计算近似时甚至可以将近似级类比于上课教室内的座次对个人学习效果的影响、人际关系的亲疏对个人情感生活的影响程度等。此外还可以鼓励学生多接触一些科普书籍以及最新出版的一些学术专著,例如上帝掷骰子就是很通俗的前沿物理科普书籍。通过多种渠道将量子力学枯燥难懂的教学过程生动化、有趣化。

作为材料类专业核心课程的量子力学一直都是教和学双方都感到很困难的课程。由于量子力学的理论性较强,学习过程相对枯燥,学科的实用性不是很明显,学生容易厌学。教师在教学过程中需要不断的探索适合本专业学生的教学方法。通过与专业课程相结合,与学校特色想结合,采取多种教学手段,结合最新的前沿科学研究,多方面入手使理论知识深入浅出,使教学过程生动有趣、调动学生学习热情,对提高教学质量有非常有益的帮助。

参考文献:

量子力学知识总结范文3

[关键词]结构化学;教学改革;互动教学

结构化学课程是我国高等学校化学专业的必修课程,内容涉及量子化学,分子对称性,配位化学和晶体学基础等部分。该课程内容抽象,知识系统庞杂,数理推导较多,学习曲线陡峭,不少学生因此存在着畏难情绪。然而正如诗词所言,无限风光在险峰,学好这门课程不仅有助于理解其它化学课程的内容,也是为进一步在本专业深造打下坚实的基础。[1]在当前深化本科教育教学改革的背景下,如何将结构化学课程上好,真正做到让老师强起来,学生忙起来,效果实起来,笔者在此对授课以来的问题和解决方法进行总结。

1重视数理,夯实基础

结构化学课程的一大难点在于数学推导较多,譬如量子化学部分完全使用数学语言描述核心知识,而对于化学专业的同学,数学一直是软肋,于是极容易产生厌学和畏难情绪。[2-4]针对这个问题,很多老师采取的解决方法是淡化数学推导,重点介绍推导后的结论和意义,但我们在授课过程中,发现这样的授课方式效果欠佳,因为基础不牢,课程的学习只能是空中楼阁、风中沙塔,很多同学在课程结束后还是无法对物理图像有一个正确的认识和把握。纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,笔者认为与其淡化数学,不如严格要求,把数学学到位。伟大的思想家恩格斯说过:“任何一门科学的真正完善在于数学工具的广泛应用。”正是因为数学和物理的引入,才让化学摆脱了炼金术的桎梏而成为一门科学。因此我们在授课时自始至终强调数学的重要性,在涉及数学内容较多的章节,提前讲授将要用到的数学工具并布置作业,每章节结束后将重要的公式和结论进行串讲并配合习题进行强化训练,要求所以学生每学完一个章节就做思维导图及时总结复习,将重要公式进行总结归纳制作公式索引表格。尽管提升了学习的难度,但学生对于推导的结果和物理意义理解的更加准确和深入,记忆也更加牢固,锻炼了学生的逻辑思维和严谨认真的科学态度。

2理清主线,合理增负

结构化学课程内容主要涉及量子化学基础,分子对称性,配位化学以及晶体学基础。尽管这四个部分知识彼此之间较为独立,但所表达的核心思想是一致的,即结构决定性质,性质也反映着结构。目前授课内容主要存在问题是:量子化学部分各章节之间主线不够明确;配位化学部分和专业无机化学课程内容有重叠;晶体学基础部分,结构相关的内容介绍较多而相关的性质介绍较少。针对这些问题,我们对课程的授课内容进行了合理的补充和删减。首先,对于量子化学部分,我们在授课一开始给出课程的故事主线,即量子力学的诞生背景,量子力学基本假设,简单模型的量子力学处理方法,氢原子薛定谔方程的求解过程及解的物理意义,以及针对于多电子原子和多原子分子的近似方法。这条主线清晰明确,在每一章节开始时,我们对之前的内容进行简要回顾,帮助学生理清了各章节的逻辑关系,在学期末复习课时对每一个知识点进行展开复习,进行巩固。配位化学部分,对于和无机化学有重叠的部分,我们通过翻转课堂的方式简要复习,同时突出结构化学的重点,即分子轨道理论在配位化学的应用,着重介绍了配体群轨道这个新概念,以及不同配位几何构型下配体群轨道和中心原子如何依据对称性进行线性组合的方式,同时介绍了金属配合物作为均相催化剂催化反应的常见机理。在此基础上,我们还将科研中的一些问题引入课堂讨论,如金属氮宾体和金属氧化物的电子结构,让学生通过知识解决实际科研问题,真正做到科研反哺教学。晶体学部分除了介绍基本知识以外,补充介绍了能带理论,态密度等概念,并介绍了导体,半导体,绝缘体在电子结构上的差异,这些基础知识有利于化学专业的同学在材料化学方向进行科研工作打下基础。尽管课程在深度和广度上都有所增加,但不少同学都表示感受到了挑战性学习所带来获得感和高阶乐趣。

3反客为主,多元考核

传统理论课授课方式,采用幻灯片讲述授课,学生被动填鸭式学习,效果较差,也不利于学生培养综合能力。针对这些问题,我们开始尝试翻转课堂教学方法来提高学生参与性,重点培养学生的学习能力,表达能力,独立思考,发现问题,解决问题的能力,这些都是未来创新型人才所具有的重要特质。翻转课堂的内容主要涉及三个方面,一个是结构化学课程中难度较低的几个章节,如双原子分子电子结构,分子对称性,配位化学基础知识等章节,各章节的总结复习以及研究性课题,教师提供慕课资源,书籍资料和分子建模软件,让所有学生统一准备,课堂上抽签进行讲解,在授课过程中,要求其他小组必须提问,教师在课程结束时对各小组所准备的课件进行补充点评,我们也将翻转课堂教学纳入了考核评价,提高了课程总结笔记,课堂提问,翻转课堂课件等分数项的比例。翻转课堂授课方式有效的活跃了课堂气氛,提高了课堂参与度,也增强了学生的学习能力和思辨精神。

量子力学知识总结范文4

原子物理学是研究原子结构、运动规律及相互作用的学科,是物理学专业的基础课程,也是核类专业重要的专业基础课程,上承经典物理学,下接量子力学和原子核物理等重要课程。相比经典物理学课程原子物理学有很大差别,首先,原子物理学课程不像普通物理学课程从基本物理概念和物理规律出发进行严密的理论运算推导得到更普遍的基础理论,而是遵循从实践出发―理论模型建立―实践检验的认识过程,应用更多的是总结、归纳的方法;其次,研究对象是微观体系,而学生对微观现象缺乏直观的感性认识。正是由于这些差异,大部分学生在学习中感觉原子物理学知识点凌乱,理不清头绪,导致不能巩固和深化所学知识。因此,在教学中如何激发学生的学习兴趣,引导学生把握课程主线,认识原子运动规律,形成新概念,进而培养学生自学能力、思维能力、研究能力等成为原子物理学教学中需要探讨的问题。本文针对褚圣麟先生教材《原子物理学》的教学浅谈个人教学过程中的认识。

1 学习兴趣的培养

学习兴趣指一个人对学习的一种积极的认识倾向与情绪状态。学生对某一学科有兴趣,就会持续地专心致志地钻研它,从而提高学习效果。学习兴趣既是学习的原因,又是学习的结果。由此,培养学生最初的学习兴趣,促进学生在学习中找到乐趣,由被动的学习转变为主动学习、好学、乐学,在培养学生的自学能力过程中具有重要的意义。如何培养学生对原子物理学学习的兴趣,笔者从教学实践中总结如下几个方面。

1.1 结合物理学史增强学习内容的趣味性

原子物理发展史料丰富,若将史料运用于原子物理教学中,将起到事半功倍的效果。在授课中将原子物理学发展史融入知识的传授可增强学习的趣味性。如电子发现最早进行试验的并不是汤姆逊,试验结果最精确的也不是汤姆逊,但汤姆逊是第一个敢于突破常规认识而提出新粒子是电子的人,这一简介让学生明白科学研究中要尊重科学事实,敢于突破传统认识;讲述量子化概念提出时介绍普朗克为解释黑体辐射提出量子化概念的历程,由于这一崭新理论与经典理论的冲突,普朗克本人也不是特别坚决,此后他曾试图放弃量子论,用经典物理学方法重新解决黑体辐射问题,但均未成功,让学生认识科学发展中开创性革新的不易。可以说原子物理的发展中,充满对已有思想观念的颠覆和新思想的建立,这些都需要科学怀疑和批判精神,充分说明科学无绝对权威,科学怀疑精神和独立思考是科学进步的动力。通过物理学史的介绍,能在课堂上吸引学生的注意,使课堂气氛活跃,激发学生对原子物理学的兴趣,在轻松快乐的氛围中学习,同时学习科学的批判精神,培养学生创新能力。

1.2 结合课程内容介绍原子物理学中的难题激发学生钻研兴趣

好奇心和探索欲望是科学研究的原动力,在教学中通过介绍课本中出现而尚未完全认识明白的物理概念、物理问题,能极大激发学生的认识和探索欲望,教师可引导学生对相关问题的研究现状进行调研并汇报,在这一过程中既能促进学生了解学科的研究前沿,也能使学生加深对基本物理概念、原理的认识,同时有助于培养学生的实践能力和初步的科研能力。在原子物理学教材中有不少世界性的难题,如,在索末菲椭圆轨道理论和相对论效应中提出的精细结构常数所包含的物理含义、数值为什么刚好约为1/137;为解释光谱精细结构产生而引人的电子自旋的概念人们是否已经完全认识清楚等,这些问题在教学中可充分利用,调动学生的探索欲望,激发学生的钻研兴趣。

1.3 结合物理学发展前沿介绍激发学生研究兴趣

原子是从宏观到微观的第一个层次,物质世界各个层次的结构和运动变化相互联系、相互影响,很多其他重要学科和技术的发展以原子物理为基础,在课程教学中结合课程内容穿插原子物理学与相关学科的交叉及原子物理学发展的前沿介绍,可激发学生学习兴趣和钻研热情。如讲述α粒子散射实验时,介绍原子碰撞研究方法已经发展成为一个重要的研究方向,涉及各种基本粒子与原子和分子碰撞的物理过程等;讲述激光原理时,介绍激光技术的发展及其对原子物理学发展的促进,介绍我国激光领域研究的国际地位等。学科前沿的介绍能帮助学生认识学习本学科的社会意义及其与个人的关系,有助于激发学生学习的社会责任感。

2 把握课程主线

原子物理学的内容不像经典物理学具有严密的逻辑体系,因此在教学中拎?课程的主线有助于学生系统的掌握课程的知识内容。对原子结构的认识发展,课程以光谱分析法为主线:从原子光谱规律出发,原子光谱规律的变化可以反映出原子内部能级的特点,进而探究原子内部的作用及其规律。对原子内部作用的认识,课程以量子力学中的角动量概念为主线:从玻尔氢原子理论的角动量量子化假设的提出,到单电子的轨道角动量与自旋角动量的耦合解释精细结构的产生,及两个电子体系的LS耦合和JJ耦合等,并进一步明确角动量与磁矩概念的对应,角动量耦合的本质是粒子间电磁相互作用,自旋和轨道运动的相互作用引起原子能级的分裂和塞曼效应能级分裂在本质上是相同的。

3 讲清基本概念

量子力学知识总结范文5

关键词:集群企业国际化 量子纠缠 量子跃迁 动态学习能力

引言

为防止陷入“静态优势刚性”轨迹,集群企业应积极实施国际化战略,使其国际化动态学习能力所在能级跃迁,提高国际化成功率,保持旺盛的生命力。集群企业具有类似量子纠缠式的关系,决定学习能力共振跃迁,进一步提升动态学习能力。这对集群企业发展有重要意义,成为研究的焦点问题之一。

集体学习对于集群企业尤为必要。但集群内部和企业间长期的集体学习和知识积累使其被一条式微的技术轨道锁定。集群向外部学习利于持续创新以提升竞争力,外部知识资源对整个集群技术能力有重要意义。集群整体学习能力决定成员企业技术学习的效果,这构成整个集群学习能力增长的基础。成员企业技术能力增长构成了集群技术能力增长的基础(魏江、叶波,2003)。在归纳和总结集群内高位势和低位势企业技术学习动因的基础上,学者认为集群技术学习的基础条件包括知识存量、学习主体和集群内组织的知识协作。影响集群技术学习的内部因素包括知识吸收能力和企业在网络中地位(迟文成,2007)。

集群企业国际化动态学习能力变化阶段分析

集群企业是一个由多个分工协作、资源互补企业组成的系统,系统可能会陷入“静态优势刚性”,内部呈熵增状态,外部负熵流获取较少,系统变为无序,靠衡态而逐渐衰退消亡。获取知识是学习的核心,通过集群内部学习,知识分享,形成并提升同质能力,但可能被一条日趋空心化、无竞争力的轨道锁住。为提升动态学习能力,保持竞争优势,应积极实施集群企业区域化和国际化战略,通过区际和跨网络动态学习获取异质知识。提升异质能力,融合异质和同质信息,不断提升动态学习能力,保持集群的生命力。

集群企业国际化动态学习能力变化分为三个阶段,即初步形成阶段、轨迹阶段和提升阶段。集群内部各企业均有一定的学习基础,通过内部学习,形成和提高同质能力。为了积累异质性能力,寻找学习源,向区际间集群企业学习,形成初步异质能力,进而形成初步动态学习能力,它是集群企业进入国际化动态学习轨迹阶段和提升阶段的基础和必要条件。本地化和区际间集群企业共同努力,提升集群企业异质能力,构建国际化愿望,步入国际化动态学习轨迹,用先进知识反哺本地化、区际间集群企业,循环提升异质能力。步入轨迹后,提高集群企业知识吸收能力和整合能力,消除企业间的高位势和低位势知识能力势差,加强知识扩散作用,加大核心企业对卫星企业的示范作用,减少低位势对高位势的阻力作用,集群内企业逐步形成国际化学习知识场,该实体空间为集群企业提供能量、环境、知识转化工具和实体学习平台等;国际化学习知识场作为虚拟空间,提供汇集创新灵感,便于心智式知识和隐性知识传播,缩短知识源头与归宿主体之间物理距离、心智距离与知识传播半径等平台,使动态学习能力得以提升。

集群企业国际化动态学习能力能级分析

集群企业发展经历本地化阶段、区际化阶段和国际化阶段,其中国际化阶段是集群企业的最终归宿。到达国际化阶段需要本源(愿景)、外源(需求)和本质(能力)的共同作用。集群企业国际化动态学习能力的提升(简称激发态)不能一蹴而就,通过初步形成阶段(简称基态)、步入轨迹阶段(简称受微扰态)实现的。经历的不同阶段是自组织过程的结果,具有不同能级,自组织机制决定动态学习能力不同阶段的能级。

本地化集群企业具有开放性、远离平衡态特征,基于协作和竞争产生的非线性相互作用,因避免静态优势刚性、加之区际间吸引这一微小涨落,集群企业进入自组织产生状态,对应动态学习能力形成阶段(基态),处于N=1能级。受随机扰动因素的影响,集群内部拥有国际化愿望和需求的领先企业先实施国际化战略,进入混沌边缘,即自组织临界状态,是系统行为或结构发生急剧变化的区域,该区域既有稳定性,又有创造性,因此又称为“混沌的边缘”。系统能够迅速适应和协调复杂行为,有效地建立适合所处环境的模式(罗文军、顾宝,2006)。其对应的是轨迹阶段(受微扰态),动态学习能力处于N=2能级。在控制参量、巨涨落、蝴蝶效应和役使原理的作用下,系统产生歧化和突变,经突发性和跳跃性反应产生新的状态,集群内部具有国际化愿望、需求和能力的企业与目标国集群企业形成国际化知识学习场,受场力的作用,再次进入歧化和突变状态,对应提升阶段(激发态),动态学习能力处于N=3能级。提升阶段后,集群企业自催化和集群内交叉催化,进入维持鲁棒性状态,提高抗干扰和免疫学习能力(齐德芬等,2008),处于准稳定状态,即N>3能级。

集群企业国际化动态学习能力跃迁模型及条件

集群内企业和企业之间由社会关系网络和互信互惠沉淀的社会资本,使其处于相互吸引状态,该状态类似于卢瑟福原子模型。集群内拥有高位势知识的核心企业率先实施国际化战略,类似带正电的原子核,低位势知识企业类似带负电的电子,原子核与电子相互吸引。在此基础上,提升集群企业动态学习能力,多个企业之间的共同协作和分工,形成错综复杂和缠绕的类似物理学中的“量子纠缠状态”。

“量子纠缠”是指不论两个粒子间距离多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象。量子纠缠关系体现在一个企业的变化会影响到其他企业,该变化是指企业间“量子态”的变化。产业链中的“量子态”是指企业拥有的“隐性知识”状态。量子纠缠是实现物质量子信息的“隐性传输”,指将原粒子物理特性的信息发向远处另一个粒子,该粒子在接收信息后,成为原粒子的复制品。“隐性传输”表现在企业间有形产品、显性知识和隐性知识的传输(邵昶、李健,2007)。本文定义量子态是指集群企业国际化拥有的显性和隐性知识状态。量子纠缠是指集群企业经历本地化、区际化、国际化后状态变化对集群内其他企业的影响。量子态隐性传输是指集群企业借助集群特有的特性——社会关系网络延伸能力、社会资本沉淀能力、网络组织优势等,互相传递量子态携带的量子信息,即相互之间传递显性知识。知识尤其是异质类的隐性知识,是集群企业国际化动态学习能力提升的核心和宿源。集群企业量子纠缠的目的是借助一方状态影响另一方状态,在实施集群企业国际化进程中,隐性和显性知识高度融合,最终使显性知识隐性化,完成量子态隐性传输,使能级提升,即由形成状态阶段向提升状态阶段跃迁。

(一)集群企业国际化动态学习能力跃迁模型

图1为基于量子纠缠和量子跃迁的集群企业国际化动态学习能力跃迁模型。初始状态,本地化带正电的集群内核心企业和带负电的企业之间形成量子纠缠态,隐性传输同质类隐性和显性知识。本地化和异地集群内带正、负电的企业相互吸引协作,初步形成区际间联系,通过量子纠缠关系,隐性传输异质类知识和隐性知识,集群企业动态学习能力形成阶段,能力处于N=1能级(Ef)。为实施国际化战略,带正电的集群内领先企业产生国际化愿望,带动带负电的其他企业,在国际化需求的作用下,借助和国外集群企业之间类似松散式契约型的量子纠缠关系,隐性传输异质类国际化显性和隐性知识,步入轨迹阶段,克服静态优势刚性,能力跃迁到N=2能级(Ek)。集群企业借助自身与国外集群企业形成的具有鲁棒性能的“量子纠缠关系”积极融入国际化学习知识场中,跃迁到提升阶段,能力处于N=3能级(Em),集群企业国际化动态学习能力所处能级由N=2级向N=3级循序渐进跃迁。

(二)集群企业国际化动态学习能力跃迁条件

集群企业国际化动态学习能力跃迁表现在各阶段所处能级的跃迁,由低能级向高能级跃迁需要吸收一定能量来实现。能级的跃迁是循序渐进的,本文构建进入动态学习轨迹阶段所处能级Ek向能级Em跃迁的条件模型。

模型的前提假设:第一,集群内企业和企业之间具有量子纠缠关系,受到含时微扰H`(t)作用产生共振。第二,结合阶段特征,能力所处能级跃迁的含时微扰包括集群内企业和企业之间量子纠缠度、隐性传输量、隐性传输半径、能级和能级间拥有显隐性知识势差、国际化成长内外部环境、国际化能力、国际化需求和国际化愿望。第三,为普朗克常数。第四,外场角频率为ω,本文将其界定为含时微扰因素对能力能级跃迁和量子纠缠状态的影响;原子体系由能级Ek向能级Em跃迁的角频率为ωmk,本文将跃迁角频率定义为学习能力处于不同能级对应的量子纠缠度。第五,本文t代表国际化经验积累能力,hωmk表示能级跃迁需要吸收的能量,将此能量定义为能力提升所克服不同阶段所处能级拥有的显隐性知识势差需要能量,Wkm表示能级跃迁的概率。第六,其他变量均为中介变量,篇幅有限,不予说明。第七,本文假设Ek小于Em。

借鉴量子力学中,量子跃迁几率、黄金规则和共振跃迁模型(陈亚孚等,2006),本文构建的条件模型如下:

集群企业动态学习能力能级跃迁受到含时微扰作用:

(1)

当Ek<Em时:

(2)

结论

由公式(1)可知,ω=+_ωmk时,即含时微扰因素对能力能级跃迁和量子纠缠状态的影响与能力处于不同能级对应的量子纠缠度相等且呈现相反数关系时,集群企业国际化动态学习能力所处能级共振跃迁概率最大,由于π,,Fmk为常量,共振跃迁几率数值最大与集群企业国际化经验积累能力t密切相关。因此,集群企业应在实施国际化战略前,提高集群企业国际化经验的积累能力,进而使集群企业国际化动态学习能力所处能级跃迁。由公式(2)可知,跃迁几率与有关,即集群企业国际化动态学习能力所处能级跃迁需要吸收能量(Ek<Em),集群企业国际化动态学习能力不断攀升所克服集群企业国际化动态学习能力不同阶段所处能级拥有的显隐性知识势差需要能量。这种能量表现为技术创新需要能量。集群企业提高学习、消化、吸收和整合同质类、异质类国际化隐性知识和显性知识能力,使国际化显性知识内隐化,提高集群企业技术创新能力。

参考文献:

1.魏江,叶波.产业集群技术能力增长机理研究[J].科学管理研究,2003,21(1)

2.迟文成.产业集群技术学习机制研究[D].辽宁大学博士学位论文,2007

3.罗文军,顾宝.知识创新的自组织机制[J].科学学研究,2006(s2)

4.齐德芬,田也壮,曹泽辉.随机扰动下激励系统的分岔与控制研究[J].中国管理科学,2008(16)

量子力学知识总结范文6

关键词:大学物理;物理学史;课堂教学;兴趣激发

作者简介:李玲(1980-),女,湖北荆州人,长江大学工程技术学院,讲师。(湖北 荆州 430020)

基金项目:本文系长江大学工程技术学院教研基金项目(项目编号:JY201112)的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)08-0122-02

一、大学物理课程的意义

物理是自然科学的基础性学科,它的知识体系和思维方法贯穿人们学习自然科学知识的始终,培养人的科学精神,陶冶人的科学思维,教会人应用科学方法解决具体问题。大学物理是工程技术学院(以下简称“我院”)相关系部许多专业课的理论基础,但因有些学生认识不到这门课的重要性,经常在课程中期出现畏难厌学现象。现通过改革课堂教学内容,提高学生对物理的学习兴趣,以期提高教学质量。

物理学史上的许多名人轶事及其主要研究成果的研发过程都对今人有积极的指导作用,如光学波粒二象性对立统一的认知发展过程。若能结合教学内容将物理学史中有代表性的知识体系发展融入教学过程,既可激发学习兴趣,改变满堂灌的理论推导,又可有机地将物理知识要点与科学的世界观及哲学发展理论结合起来,有利于学生知识底蕴的累积和眼界的开阔。

表1 大学物理全模块教学内容及课时分配

我院经过数年的大学物理模块化教学改革[1]后,将学科内容分为六个模块(表1),参考课时分配,本文讨论如何在课堂教学中将物理学发明史、名人史等容易激发学生兴趣的内容导入,以及导入后其对课题教学可起到的积极作用,课程内容以我院现在使用的大学物理教材[2]为准。

二、大学物理全模块教学内容

1.力学

力学部分的讲授内容比较多,是物理学实践探索方法与思想体系建立的基础。质点运动学有两次课,第一次课绪论开端讨论物理学科的研究范围,介绍从古人对自然的朴素的感性认知,到近代利用微积分等数学工具归纳推导大量天文观测数据及实验室数据而获得的经典物理学基本定理与定律,再到近现代的量子物理和相对论,物理的发展史即人类文明的发展史。这两次课中要将大学物理用到的微积分、矢量等数学知识进行系统化介绍,而微积分的发明者之一牛顿正是近代物理的标志人物。

牛顿定律部分由于学生熟悉内容,在理论讲授部分很容易分散注意力,因此,介绍相关物理学史知识可以有效地激发学生兴趣。如被称为近代物理学之父的伽利略,其著名的比萨斜塔落体实验、斜面实验皆入选最美丽的十大物理实验,[3]其物理思想如惯性、力与运动的关系等,是牛顿定律得以建立的基石。而牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。质点动力学的最后一节非惯性系略有些抽象。以科里奥利命名的旋转参考系中的惯性力有许多常见实例,很容易激发学生探究兴趣,如台风气旋、下水方向、河道两边的不对称冲刷,以及著名的列入十大最美物理实验之一的傅科摆。[3]

刚体力学三次课相对来讲较难较抽象,需要用到微积分、空间立体几何及矢量叉乘知识,质点的角动量守恒可以将开普勒第二定律的反向证明作为计算实例,而历史上牛顿正是由开普勒第二定律推导定义角动量的概念。在大段相对沉闷的概念讲解和定理推导之后,第谷与开普勒师生的历史故事以及他们对物理学发展的贡献很容易引起学生的兴趣。

2.振动与波

由于简谐振动的振动方程、平面简谐波的波动方程等都比较抽象,其对应物理量的计算和转换多,所以此处学生最易产生厌学情绪。

机械振动两次课,第一节课可用中国2013年6月太空课堂的单摆实验导入;第二次课的利萨,及其后的阻尼振动及共振在生活中的应用及历史中的实例就更多了,例如著名的18世纪拿破仑士兵齐步过桥致桥塌事件。在西方,波动现象的本质首先是由达芬奇发现的。机械波致质点受迫振动也可举共振的例子,如中国古代战场上利用共振器判断敌军多寡和方位、唐朝寺庙钟磬声波共鸣等事例。第二次课中可以用1842年多普勒在散步时的“多普勒效应”导入,目前该效应应用很广。

3.热学

热学部分我院仅勘工和化工类专业需要学习。气体动理论部分的两次课中涉及到微积分的计算不太多,学生们对克拉伯龙方程也有一定基础,总体难度不大。第二次课讲自由度及麦氏速率分布率时,由于涉及到统计学,相对比较枯燥且理论公式冗长。可以在前期已观察到学生状态及接受水平的基础上,淡化理论,介绍一下科学家麦克斯韦生平。麦克斯韦被誉为牛顿与爱因斯坦之间最伟大的物理学家,其一生对物理学的卓越贡献不仅表现在对后世产生巨大影响的电磁学上。他在热力学方面提出的麦克斯韦速率分布式也是应用最广泛的科学公式之一,在许多物理分支中起着重要的作用。同时代的科学家玻尔兹曼将麦克斯韦速率分布式应用到保守力场中,提出了玻尔兹曼速率分布律,在热力学研究中也具有重要地位。玻尔兹曼把物理体系的熵和概率联系起来,阐明了热力学第二定律的统计性质并引出了能量均分原理。

热力学基础三次课,可联系科学发展史上对永动机的探索导入。如第一类永动机不可能被创造出来是违背了能量守恒定律,但其探索过程为热力学第一定律的建立提供了实验基础;第二类永动机则违背了热力学第二定律。此外,热机的发明是工业革命的标志之一,第二次课的循环过程可借此话题导入。

4.光学

光学是一个古老而充满活力的学科。[4]从十七世纪中叶牛顿和惠更斯分别提出光的微粒学说和波动学说之后,对于光的本质的讨论一直是科学界热点话题,直到二十世纪爱因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛顿对光学的研究可视为近代光学的开端,其棱镜分解白光实验入选十大最美物理实验,[3]而牛顿环实验至今仍是大学普通物理实验室经典必选实验之一。因牛顿的权威,光的微粒学说在科学界占主导地位达一个多世纪。光的干涉第一次课以十九世纪初托马斯杨的双缝干涉实验导入,这一实验揭开了近代波动光学的序幕,亦是十大最美丽的物理实验之一。[3]第二次课薄膜干涉可以用牛顿环导入。第三次课中介绍在物理学史上有重要地位的迈克尔逊(1907年获诺贝尔奖)干涉仪。

在衍射部分,将菲涅尔等实验证明的著名泊松亮斑在第一次课中作简单介绍,可以很好激发学生的讨论热情,因泊松亮斑的相关历史很多学生都有所了解。第二次课的X射线衍射的发现过程亦十分有趣,伦琴(1901年获诺贝尔奖)夫人戴婚戒的手骨底片是第一张X光照片。

光的偏振总体上是介绍性质的讲授,重点是1808年发现的马吕斯定律和1815年布儒斯特定律,不作重点但比较有趣的双折射现象则是早在1669年就被人们发现的,其在生活中可作为辨别晶体与非晶体的一种方式。

5.电磁学

经典电磁学理论是大学物理中的必修模块,虽然理论推导多、微积分计算多,但现在电磁学在生活中的应用无处不在,且名人辈出,将课上得生动有趣并不困难。如静电学部分的库仑定律是1785年的库仑扭秤实验确立的,电荷的不连续性是由1909年密立根油滴实验证明,该实验是十大最美物理实验之一。[3]第三次课讲授的静电场高斯定理因“数学之王”高斯得名。高斯生平传闻轶事很多,尤其是其研究生时期,误将悬留两千余年未解的尺规作正十七边形问题作为导师布置的课后作业一夜解决的故事,与学生们发散讨论其心理学与教育学意义,对于学生打破心理设限努力钻研学习很有意义。

稳恒磁场八次课,第一次课可介绍中国古人在磁学方面的发现,司南和指南针的意义;1820年近代磁学标志性的奥斯特实验等,也是学生们熟悉且有兴趣的内容。第二次课的毕奥-萨伐尔定律,可介绍其定律的得出与安培、拉普拉斯等在数学上的帮助密不可分,再次强调大学物理学习中高数知识的重要性。安培是一位在数学、物理、化学领域都有很高造诣的科学家,约第四、五次课中学习的磁场安培环路定理、安培定律都由他发现,被称为“电学中的牛顿”。

电磁感应部分则由著名科学家法拉第的故事导入。被誉为电磁学领域的平民巨人,著名的自学成才的科学家法拉第,生于英国一个贫苦铁匠家庭,仅上过小学。1831年,他作出了关于力场的关键性突破,永远改变了人类文明。[4]法拉第是一位无以伦比的实验物理学家,在电磁学、化学、电解、气体液化等实验方面都做出了巨大贡献。而且法拉第十分幸运地在晚年遇到了既能理解他的物理思想,又长于数学的麦克斯韦,第三、四次课中的感生电场和位移电流假设都是由麦克斯韦提出。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》,系统、全面、完美地阐述了电磁场理论,这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。1888年,赫兹经反复实验,终于发现了人们怀疑和期待已久的电磁波,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,得以完美的证明。

6.相对论与近代物理

这部分内容我院只有全模块的勘工和建环专业按十六课时教学并考试,其他专业都只作为了解内容,用物理学史的故事串讲主要内容即可:

(1)被誉为20世纪最伟大物理学家的爱因斯坦,其狭义相对论的两个重要结论:时间延缓和长度收缩效应,及物理学史上著名的双生子佯谬已被实验证明,而为爱因斯坦赢得1921年诺贝尔奖的是光电效应的研究。

(2)光电效应方程中的普朗克常数对描述光的量子性非常重要,因研究黑体辐射而提出该常数的普朗克(1918年诺贝尔物理学奖)是量子力学的创始人。有趣的是,普朗克本人并不认同量子理论的许多观点,直到爱因斯坦利用能量子假设完美地解释了光电效应。

(3)被戏传一举拿下诺贝尔奖(1929)的德布罗意也是量子力学创始人之一,以物质波假设理论最初的确是在其博士论文中提出的,因德布罗意是法国公爵兼德国王子,使其曾被传闻是一位花花公子,事实上德布罗意终身献身于科学,深居简出,是个标准的工作狂。

(4)提出氢原子能级假设的天才玻尔是著名的哥本哈根学派创始人,量子力学的奠基人之一。

(5)概率波动力学的创始人薛定谔,提出著名假设“薛定谔的猫”。

三、结束语

本文按长江大学使用的《大学物理》教材[2]中各章节先后顺序列出各章可能提及的名人轶事,希望对执教于大学物理的同仁们在课堂教学中有所助益。

参考文献:

[1]李玲,梅丽雪.独立学院大学物理模块化教学探讨[J].华章,

2009,(9).

[2]康垂令, 伍嗣榕,李玲.大学物理[M].武汉:武汉理工大学出版社,2013.

[3]宫铁波,张炳恒.十大经典物理实验回顾[J].大学物理实验,