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现代量子力学教程范文1
【关键词】量子力学；教学方法；物理思想
“量子力学”是20世纪物理学对人类科学研究两大标志性贡献之一，已经成为理工科专业最重要的基础课程之一，学生熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论，具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。对提高学生科学素，养培养学生的探索精神和创新意识及亦具有十分重要的意义。但是，量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相去甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。针对这些教学中的问题，如何激发学生学习本课程的热情，充分调动学生的积极性和主动性，已经成为摆在教师面前的重要课题。对“量子力学”课程的教学内容应作一些合理的调整。
1 合理安排教学内容
1.1 理清脉络，强化知识背景
从经典物理所面临的困难出发，到半经典半量子理论的形成，最终到量子理论的建立，对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析，特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的，还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解，有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对这些基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如：对于玻尔理论，由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释，学生往往会觉得不可思议，难以理解。为此，在讲解这部分内容时，很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景，告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念，且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握，之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题，玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时，还可以通过定态波函数的概率分布图，向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的，只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述，学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用，而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。
1.2 重在物理思想，压缩数学推导
在物理学研究中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维线性谐振子问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。这样，学生就不会感到枯燥无味，而能始终保持较高的学习热情。
2 改进教学方法
“量子力学”这门课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取传统的灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。学习效果自然大打折扣。为了提高学生学习兴趣，激发其学习的积极性，培养其科学探索精神及创新能力，在教学方法上应进行积极的探索。
2.1 发挥学生主体作用
在必要的教学内容讲解外，每节课都留出一定的师生互动时间。教师通过创设问题情景，引导学生进行研究讨论，或者针对已讲授内容，使学生对已学内容进行复习、总结、辨析，以加深理解；或者针对未讲授内容，激发学生学习新知识的兴趣（比如，在讲授完一维无限深方势阱和一维线性谐振子这
两个典型的束缚态问题后就可引导学生思考“非束缚态下微观粒子又将表现出什么样的行为”），这样学生就会积极地预习下节内容；或者选择一些有代表性的习题，让学生提出不同的解决办法，培养学生的创新能力。对于在课堂上不能解决的问题，积极鼓励学生利用图书馆及网络资源等寻求解决，培养学生的科学探索精神。此外，还可使学生自由组合，挑选他们感兴趣的与课程有关的题目进行讨论、调研并完成小组论文，这一方面激发学生的自主学习积极性，另一方面使其接受初步的科研训练，一举两得。
2.2 注重构建物理图像
在实际教学中着重注意物理图像的构建，使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。例如：借助电子束衍射实验，通过三个不同的实验过程（强电子束、弱电子束及弱电子束长时间曝光），即可为实物粒子的波粒二象性构建出一幅清晰的物理图像；借助电子束衍射实验图像，再以光波类比电子波，即可凝练出波函数的统计解释；借助电子双缝衍射实验图像，可使学生更易接受和理解态叠加原理；借助解析几何中的坐标系，可很好地为学生建立起表象的物理图像。尽管这其中光波和电子波、坐标系和表象这些概念之间有本质上的区别，但借助这些学生已经熟知和深刻理解的概念，可使学生非常容易地接受和理解量子力学中难以言明的概念和理论，同时，也可使学生掌握这种物理图像的构建能力，对培养学生的创新思维具有非常积极地作用。
3 教学手段和考核方式改革
3.1 课程教学采用多种先进的教学方式
如安排小组讨论课，对难于理解的概念和规律进行讨论。先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正。例如，在讲到微观粒子的波函数时，有的学生会认为是全部粒子组成波函数，有的学生会认为是经典物理学的波。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，从而进一步激发了学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。另外课程作业布置小论文，邀请国内外专家开展系列量子力学讲座等都是不错的方式。
3.2 坚持研究型教学方式
把课程教学和科研相结合，在教学过程中针对教学内容，吸取科研中的研究成果，通过结合最新的科研动态，向学生讲授在相关领域的应用以培养学生学习兴趣。在量子力学诞生后，作为现代物理学的两大支柱之一的现代物理学的每一个分支及相关的边缘学科都离不开量子力学这个基础，量子理论与其他学科的交叉越来越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理到中子星、黑洞各个层次的研究以量子力学为基础；量子力学在通信和纳米技术中的应用；量子理论在生物学中的应用；量子力学与正在研究的量子计算机的关系等，在教学中适当地穿插这些知识，扩大学生的知识面，消除学生对量子力学的片面认识，提高学生学习兴趣和主动性。
量子力学从诞生到发展的物理学史所包含的创新思维是迄今为止哪一门学科都难以比拟的。在20世纪初，经典物理学晴空万里，然而黑体辐射、光电效应、原子光谱等物理现象的实验结果严重冲击经典物理学理论，让经典物理学陷入危机四伏的境地。量子力学的诞生，开启了人类科学发展的新思维。开展好量子力学的教学活动，在教学过程中展现量子力学数学形式之美，使学生在科学海洋中得到美的享受，有利于极大的提高学生的科学素养，从精神上熏陶他们的创新精神。
【参考文献】
[1]周世勋.量子力学教程[m].高教出版社，1979.
现代量子力学教程范文2
关键词：热力学与统计物理学；国家精品课程；统计热力学体系
“热力学与统计物理学”（简称“热统”）是我国高等院校本科物理专业的一门必修课程，是研究物质有关热现象（即宏观过程）规律的理论物理课，也是普通物理“热学”的后续课。内蒙古大学“热统”教学组在20多年教学实践中，不断更新教育观念，探索课程教学体系的改革，逐步建立了以微观理论为主线的教学体系，建设了首门“热统”国家精品课程（2004年）——“统计热力学”，陆续出版了配套教材[1]和学习辅导书[2]。
一、关于“热统”教学体系的思考
关于热现象的理论包括两部分，即宏观理论——“热力学”和微观理论——“统计物理学”。我国目前的“热统”课程由早年设置的 “热力学”和“统计物理学”两门课程合并而成，一直沿袭“热”、“统”相对独立的“一分为二”教学体系[3-5]。教学内容安排大体以学科发展历史和认识层次为序，由唯象到唯理，由宏观到微观。这种体系十分成熟，在多年教学实践中获得很大成功。随着科学技术和人类现代文明的飞速发展，人们认识世界的条件、增长知识的方式和获取信息的渠道发生了质的变化：昔日深奥难解的名词，今天已可闻之于街巷；诸多科学概念的理解，逐渐变得不很困难。在这种知识氛围和学习环境下，从中学到大学的物理教学内容均在不断地改革和深化。同时，现代科学成就在高新技术中的广泛应用向21世纪人才培养提出更高的要求。这一切，催动着大学物理课程改革的进程，也激发起我们对传统体系的思考。
从“热物理”系列课程改革现状来看，一方面，普通物理“热学”课程的内容已进行了必要的深化和后延，原有“热统”课程与现行“热学”课程内容出现较多重复。仅以汪志诚著《热力学 · 统计物理》[5]和秦允豪著《热学》[6]为例，二者内容重叠约为1/3。过多重复造成学习时间与精力的浪费，甚至引发学生的厌学情绪，使学习效益降低。另一方面，飞速发展的高新技术拉近了基础理论与应用技术的距离，就热物理而言，无论实际工作中的应用，还是继续深造时的基础，都对“热统”课程教学提出更高的要求。增加课程的统计物理比重，深化微观理论的系统理解势在必然。此外，改革开放以来，我国高等教育从学制到专业及课程设置均有较大幅度的变动，“热统”课教学时数多次削减（1208672、64），课堂教学的信息量和效益问题变得更加突出。面对这种形势，各校对“热统”课程的内容进行了不断的改革，逐步增加统计物理比重，努力减少和避免与“热学”的重复。然而，由于没有触动“一分为二”的体系，大量的简单重复难以避免，“热力学”内容仍然偏多，实际教学中统计物理的系统性难以保证。
针对上述问题，我们从体系结构着眼，对“热统”课程进行了较大力度的改革[1]。我们的改革思路是：打通“热物理”宏观与微观理论的壁垒，融二者为一体，削减学时、充实内容，有效地避免与普通物理的简单重复，提高教学效益；以微观理论为主导，确保统计物理体系的完整性与系统性，增加课程的先进性与适用性。在上述思想指导下，构建了“热统”课程的“统计热力学”体系。新体系从根本上解决了热物理课程中理论物理与普通物理之间层次交叠、内容重复的问题；大幅增加统计物理比重，使其理论及应用内容在总学时中占到3/4以上。
二、统计热力学体系的特色
统计热力学教学体系的主要特色是：热物理学以微观理论为框架；微观理论以系综理论为主线；系综理论以量子论为基础。体系知识结构框如上图所示。
1．以微观理论为框架，融微观与宏观一体
“统计热力学”以微观理论——统计物理为主导，建立了从微观到宏观、完整自恰的理论体系。
在传统的“一分为二”体系下，学生往往将过多精力用于热力学计算，不能很好地理解统计物理的理论体系，容易将热现象的宏观和微观理论割裂开来。本体系从微观理论出发，用统计物理理论导出热力学基本定律，讨论体系热力学性质，给出统计物理概念与宏观现象的对应，融热现象的微观、宏观理论于一体，结束了两种理论割裂的传统教学格局，提高了认识层次。同时，使理论物理与普通物理的分工更趋合理，便于解决传统体系难以避免的“热统”与“热学”过多重复问题。
本体系按照统计物理学的知识框架，将主要知识点划分为孤立系、封闭系和开放系等三个模块（参见上图）。各块均首先给出相应的统计分布，进而引入热力学势（特性函数），导出热力学基本定律，再用微观和宏观理论相结合的方法研究具体系统的热力学性质。例如：在孤立系一章，从等概率基本假设出发，引入统计物理的熵，导出热力学第一、第二定律，进而研究理想气体的平衡性质。在讨论封闭系时，从正则分布出发，引入热力学势——自由能，给出均匀系热力学基本微分式，进而导出麦克斯韦关系，介绍用热力学理论研究均匀物质宏观性质的方法，再具体讨论电、磁介质热力学、焦-汤效应等典型实例。同时用正则分布研究近独立子系构成的体系，导出麦-玻分布，介绍最概然法；进一步导出能均分定理，介绍运用统计理论研究半导体缺陷、负温度、理想和非理想气体等问题的方法。对于开放系，首先导出巨正则分布，再引入巨势，给出描述开放系的热力学微分式，研究多元复相系的平衡性质，讨论相变和化学热力学问题；用量子统计理论导出热力学第三定律，讨论低温化学反应的性质。另一方面，考虑全同性原理，用巨正则分布导出玻色、费密两种量子统计分布，给出它们的准经典极限——麦-玻统计分布，并运用获得的量子统计分布分别讨论电子气、半导体载流子、光子系的统计性质和玻色—爱因斯坦凝聚等应用实例。
2．以系综理论为主线，完善统计物理体系
与国内现流行体系不同，“统计热力学”的统计物理以“系综理论”为基础，具有更强的系统性。
现流行体系为便于学生理解，大多先避开系综理论，讲解统计物理中常用的分布和计算方法，如近独立粒子的最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计及其应用等，而在课程的最后介绍系综理论有关知识[5]。这种体系除内容不可避免地出现重复外，还在一定程度上牺牲了统计物理的系统性。在实际教学中，为了阐明有关分布和统计法，往往不可避免地运用如等概率假设、配分函数、巨配分函数等系综理论的基本概念，难免出现生吞活剥、“消化不良”的弊端。从体系实施现状来看，不少院校因学时有限，在热力学和基本统计方法的教学之后，对系综理论的介绍只能一带而过，学生难以完整掌握统计物理理论。
我们多年采用系综理论为主线的教学实践表明，“统计分布”与“系综”的“分割”是不必要的。本体系首先引入“系综”概念，将整个“统计热力学”的基础建立在系综理论之上，从一个基本假设——等概率假设（微正则系综）入手，渐次导出各种宏观条件下的系综分布，建立配分函数、巨配分函数等基本概念，给出相应的热力学势和热力学基本微分公式；同时，顺畅地导出如最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计法等常用分布和计算方法，并用于实际问题。在教学过程中，力求循序渐进地阐明统计物理的基本理论，使学生准确、清晰地掌握统计物理的基本概念，对热物理理论有完整系统的理解，能够全面、灵活地运用，为进一步学习更高深的知识和了解物理学的最新成果奠定扎实的基础。
3. 以量子理论为基础，认识微观运动本质
为使学生准确认识微观运动本质，“统计热力学”将系综理论建立在量子论的基础上，而经典统计则作为量子统计的极限给出。
传统体系多从经典统计入手，然后进入量子统计。我们教学实践的体会是，物理学历史上由经典论到量子论的认识过程没有必要在统计物理教学中重演。通过现设“普通物理学”课程的学习，学生已理解微观运动遵从量子力学规律，并具备了一定的量子论知识基础，在量子论基础上建立统计物理理论顺理成章。事实上，微观运动的正确描述须用量子理论，而量子统计与经典统计就统计规律性而言并无本质区别，经典统计只是量子统计的极限情形而已。以量子论为基础构建统计物理体系，更有利于学生尽快认识事物的本质，迅速进入对前沿科学的学习。
三、关于体系的兼容性——几个共同关注的问题
“统计热力学”以系综理论为主线，以量子论为基础,大幅提高统计物理比重，适当地增加了课程深度。在课时缩减，招生规模扩大的形势下,实施上述改革更有一定风险和难度。另一方面，新体系能否与流行体系兼容，也是国内同行普遍关注，需要在优化改革方案过程中解决的问题。为化解难度，提高兼容性，在体系建立和教学实践中，我们着力解决了以下几个问题：
问题之一：量子理论与系综理论理解困难问题。如前所述，学习本体系前应具备一定的量子论知识。目前国内物理专业的“热统”课程多排在“量子力学”之前。这就不可避免地出现了“前量子力学”困难。为解决这一问题，我们在课程引论中安排了量子论基本知识的讲授，介绍量子态、能级、简并、全同性、对应关系等概念。如此处理，再结合普通物理“原子物理学”中学到的量子力学初步知识，学生就能够较好地接受“量子统计”有关概念。此外，我们将“量子态”和“量子统计法”两个初学者较难理解的概念做分散处理：分别在第1章引入“系综”概念之前和第6章巨正则系综概念之后讲授，既分散了难点，又使概念和运用衔接紧密，有利于及时消化。
系综理论是统计物理中最核心、最抽象的内容，也是统计物理教学的难点。国内流行体系将系综理论与常用统计分布及计算方法分离，安排在课程最后集中单独介绍。我们实践的体会是，这种处理将多个难点（三种系综及相应热力学关系）集中，增加了学生的理解困难；加之系综概念孤立于基本统计方法和应用之外，更显抽象枯燥。学生学后或觉不知所云，或难纵观全局，终致应用乏力。鉴于此，我们遵循由表及里、由浅入深、循序渐进、层层推进的认识规律，将系综的基本概念和三个系综分散在七章中穿插讲授、逐步深入，并及时运用理论对相应系统的性质加以讨论。这样做，可分散认知难点，并及时结合应用，实现宏观微观的交错，避免枯燥无味的困惑，既保证了热物理理论的系统性和完整性，又解决了系综理论为主线的教学困难。
问题之二：关于最概然法与麦-玻统计问题。最概然（可几）法与麦克斯韦-玻尔兹曼（麦-玻）统计法，是统计物理中应用较广的两个方法。采用系综理论为主线的教学体系，是否会影响这两种方法的学习和运用？这也是国内同仁关注的问题之一。在新体系课程改革和教材编写中，对这两部分内容均给予充分的注意。在第三章（封闭系）导出正则分布和相应热力学公式之后，用两种方法导出麦-玻分布：一是作为近独立子系的平均分布，由正则分布导出；二是从微正则系综出发，用最概然法导出。同时还由麦-玻分布给出热力学公式，并讨论几种分布之间的关系，给出分布的应用实例。实践表明，这种处理模式能全面深化学生对最概然法与麦-玻分布的理解，以致在应用中得心应手；还能强化对系综理论和统计物理体系的理解。
问题之三：热力学基本方法掌握问题。热力学作为一种可靠的宏观理论，从基本定律出发，通过严格的数学推演，系统地给出热力学函数之间的有机联系，将其用于实际问题。深入理解热力学定律的主要推论和热力学关系，熟悉它们的应用，掌握热力学演绎推理方法，是“热统”课程不可或缺的内容。“统计热力学”体系以微观理论为框架组织教学，是否会削弱学生在热力学理论的理解和应用方面的训练？对这个问题，国内同行关注有加，各见仁智，也是我们在课程改革中始终注意的问题。我们的处理模式是：打通热物理宏观与微观理论的壁垒，针对不同宏观条件，在相应章节给出各种系综分布，然后导出热力学公式，并插入相应的热力学理论训练内容，确保足够篇幅讨论平衡态的热力学性质。例如：在建立封闭系的正则系综理论后，插入“均匀物质热力学性质”一章，集中讲授麦克斯韦关系、基本热力学函数和关系、特性函数等概念，介绍热力学基本方法和对典型实例的应用。建立开放系的巨正则系综理论后，又集中介绍与之相关的相平衡、化学平衡等问题的宏观理论。事实上，热物理的微观和宏观理论相得益彰、不可分割。在学习运用统计物理研究宏观过程的规律时，势必也会反复地运用热力学函数、公式和相应方法，使学习者得到相应训练。此外，再提供一定数量的习题，辅之以课外练习，以达到“学而时习之”的效果。这样，新体系虽然大量削减纯粹“热力学”内容，并未削弱对热力学理论的理解和方法的训练，相反可使其得到加强和升华。
内蒙古大学“热统”教学组近20年的课程改革和教学实践证明，用“统计热力学”体系组织本科物理专业“热统”课教学是可行的。采用同样的体系和教材，适当取舍内容，在应用物理和电子科学技术专业组织2学分“统计物理”教学，亦取得一定的经验，其效果令人欣慰。毋庸置疑，笔者主张统计热力学体系，丝毫无意否定“热统分治”的传统教学体系。两种体系，各有千秋，互补互鉴。究竟采用何种体系组织教学，还应视培养目标、师资力量、学生状况等，因地制宜地选择。
参考文献：
[1] 梁希侠，班士良. 统计热力学[M]. 呼和浩特：内蒙古大学出版社，2000.
梁希侠，班士良. 统计热力学(第二版)[M]. 北京：科学出版社，2008.
[2] 梁希侠，班士良，宫箭，崔鑫. 统计热力学（第二版）学习辅导[M]. 北京：科学出版社，2010.
[3] 王竹溪. 热力学简程[M]. 北京：高等教育出版社，1964.
[4] 王竹溪. 统计物理学导论[M]. 北京：高等教育出版社，1965.
现代量子力学教程范文3
关键词：材料专业；普通化学；绪论课；教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）51-0134-02
普通化学是高等学校材料专业的一门重要的理论基础课。但由于授课对象是大一新生，学生们对于这门课程在材料专业中的基础地位与重要性，以及与所学专业的内在联系缺乏了解或认识不足。如何能让学生迅速了解化学与材料科学之间的密切联系，从而激发他们学习化学的兴趣，调动他们学习的积极性，是普通化学教学过程中面临的首要课题。
绪论课是普通化学课堂教学的第一课，在引导学生认识化学的重要性、激发学生学习化学的兴趣方面起着非常重要的作用[1，2]。对于材料专业的学生来说，最感兴趣的莫过于各类材料对人类文明、社会发展所起的重要作用。通过讲解化学发展简史、材料在社会发展中所起的作用，增加学生学习化学的兴趣，激发学生的学习热情。近几年，笔者通过对绪论课内容的不断更新完善，以及对多媒体课件的精心设计，使学生及时认识到学习化学的必要性和重要性，取得了良好的教学效果。现就绪论课的教学实践做几点总结。
一、从材料发展对社会进步的巨大作用讲述材料发展史，增强学生的专业自豪感和自信心
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一种新材料的应用往往成为人类进步的重要里程碑。例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代特征标志的。一种新型材料的研制成功，可以引起社会生活的新变化。如石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、单晶材料、有机高分子材料等的发明与创造，都曾为社会进步提供了重要的物质基础。因此，可以说，没有半导体材料，就不可能有计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能这样丰富多彩。特别是到了现代，国际竞争日趋激烈，各国都想在生物、信息、空间、能源、海洋等技术领域占有一席之地。而开发这些高新技术的关键往往与材料的发展有关。
通过一个个生动鲜明的事例，让学生了解不同材料在人类文明进程中所起的巨大推动作用，增加他们对自己所学专业的自豪感；通过介绍材料在高新技术领域的价值及应用前景，激发学生学习材料科学的兴趣。同时，结合笔者的科研经历、科研体会，讲述一些新型材料设计合成的案例，激发学生的求知欲，增强学生的自信心。
二、介绍化学发展史，激发学生的学习兴趣，培养学生正确的价值观
人类化学知识的获得，是从认识自然现象开始的：动植物的腐烂、火山爆发、空气和水对物质的侵蚀等。远古时代人类通过摩擦生火和钻木取火等方法学会了利用火，不仅增进了健康，发展了智力，而且利用火能产生各种化学反应这个特点，开始了制陶工艺。制陶过程实际上就是在高温下，使粘土中的二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等成分发生一系列的化学变化。制陶工艺不仅提供生活必需品，改进农耕工具，而且改善了人类的居住条件。人们逐渐走出岩洞，住进了砖瓦房，并用陶制农具开展农业生产。同时，人们从烧陶工艺中掌握了高温技术，并该项技术应用于冶炼铜矿和铁矿。如将铜矿石和木炭混合加热得到了金属铜；但纯铜质地较软，不利于制造工具和兵器。在冶炼铜时掺入锡、铅，可制得硬度很高的青铜。青铜器如铜币、编钟、青铜鼎的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一大步。除了冶炼铜以外，人们用木炭不完全燃烧产生的一氧化碳，还原铁矿石中的氧化铁为金属铁。战国时期铁制工具如犁铧、铁D、铁锛等农具得到广泛应用，带动了农业和手工业的发展。这样，随着冶金技术的不断进步，生产工具的不断革新，在人类历史上相继出现了青铜器时代和铁器时代[4]。
此后到了炼丹术和炼金术时期。虽然炼丹家和术士的目的没能达到，但他们为化学学科的建立积累了丰富的经验。通过做原始的化学实验，发明了大批实验器具，制造出很多化学药剂，记录了大量的实验方法，写下了许多炼金著作。正是这些理论、实验方法、化学仪器以及丹术著作，开创了化学学科的先河。与此同时，人们对物质结构本质的探索与论证也从未停息过。但直到1661年英国化学家波义耳给元素下了明确的定义、1803年英国化学家道尔顿创立原子学说、1811年意大利化学家阿伏加德罗提出分子学说，人们才逐步认识到物质的组成、结构以及发生的化学变化，逐渐形成了完整的化学体系，化学才真正成为一门科学。
到了19世纪末，随着X射线和电子的发现，人们对物质结构的认识逐渐深入，打破了道尔顿原子不可分割的观念。此后，随着建立在卢瑟福有核原子模型、普朗克量子理论和爱因斯坦光子学说基础之上的波尔原子结构理论的提出，标志着现代化学的兴起；薛定谔方程的建立，更直接揭示了微观世界微粒运动的深层奥秘；而在量子力学基础上发展起来的化学键理论，使人类进一步了解到分子结构与性能之间的关系，大大地促进了化学与材料科学的联系，为发展材料科学提供了理论依据。通过化学发展史的介绍，使学生丰富化学历史知识，了解各个时期化学发展的标志性成果及对社会发展所起的巨大作用，由此激发学生学习普通化学的兴趣，为以后的专业课学习打下坚实的基础。
除了激发学习兴趣，化学史的讲授还可以给人以智慧，即尊重事实、追求真理的科学情感和态度，百折不回、锲而不舍的科学品德和情操，勇于探索、勤奋创新的科学精神和方法。如讲述诺贝尔这样的伟大科学家的奋斗历程、学术成就、品德修养，描绘科学家实事求是、一丝不苟的科学态度，锲而不舍、持之以恒的拼搏精神，对提高学生的科学素养会起到潜移默化的作用，更为重要的是，在这个过程中还可以培养学生优良的道德品质，以及正确的人生观和价值观[5]。
三、阐明材料专业只有以化学为基础，方能引领科技的发展，进一步激发学生的学习热情
材料是人类生存、社会发展、科技进步的坚实基础，是现代化革命的先导，人们把信息、材料、能源作为社会文明的支柱。如今，材料已成为与国民经济、国防建设和人民生活息息相关的重要组成部分。通过功能材料的设计合成，如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料等，制造各种高科技功能元器件。发展功能材料正在成为国家提高国际竞争力，增强经济实力，甚至是强化军事优势的重要手段。
当前，化学在推动人类进步和科技发展中起到了核心作用。化学首先是基础的核心科学，它不仅可以制造或创造出自然界已有的或不存在的物质，提供分析手段，还可以预测、裁剪、设计分子，揭示物质结构、性质和功能之间的关系；其次化学还在相关学科的发展中起了牵头作用，化学研究不仅带动了其他学科的过程研究（工业、农业、环保、能源），而且极大地带动了材料科学的发展。材料学科的发展、功能材料的设计，只有以化学为基础，才能合成出具有特殊物理性能、化学性能、力学性能等的功能材料。通过讲解材料领域的前沿知识，使学生了解材料与化学之间的密切联系，提高学生对学习化学重要性的认识，激发学生学习化学的热情，为材料专业课的学习奠定扎实的理论基础。
四、多种教学手段的综合运用，进一步改善教学效果
兴趣是学好知识的基础和保障，也是学生学习的源动力。为吸引注意力，提高兴趣，在课堂教学中，笔者运用多种教学技巧提高教学质量，改善教学效果。首先是充分发挥多媒体教学的优势。多媒体课件可以综合多种教学艺术效果，根据绪论课的特点，结合学生的专业特色，通过精心设计，恰当使用图片、文字、声音、动画等形式，充分发挥多媒体形象、直观、交互性强的优势，创造生动的教学氛围，增强趣味性，激发学习兴趣，达到最佳教学效果。其次，通过查阅相关历史及文献资料，以材料知识为主线，以化学知识为背景，通过讲授化学史上的中国人及中国化学史上的世界第一，激发学生的学习热情。最后，结合自己的科研方向和研究成果，讲授材料领域的前沿学科进展，让学生产生共鸣，拉近师生间的距离，提高他们学习的主动性。总之，通过多种教学技巧的运用，增加课堂表现力和感染力，从而有效地激发学生的兴趣。
普通化学基础理论教学是材料专业学生学习的一项必修课程，是培养专业人才的一个关键环节。培养高素质的合格人才，激发学生的求知欲，增强学生的自信心，培养学生正确的人生观和价值观，做好绪论课教学，至关重要。俗话说，“良好的开端是成功的一半”，“学贵刻苦、教贵善诱”。教师通过不断充实教学内容、渗透科研前沿、总结教学经验，讲授一堂重点突出、条理清晰、内容翔实，集科学性、历史性、趣味性、艺术性于一体的生动的绪论课，不仅可以培养学生对普通化学的学习兴趣，还将对学生专业课的学习以及综合素质的提高打下良好的基础。
参考文献：
[1]周春生，王书民.论无机化学绪论课教学的加强与改进[J].商洛学院学报，2013，27（6）：25-27.
[2]王淑涛.上好绪论课，培养大学化学的学习兴趣[J].广州化工，2010，38（4）：247-249.
[3]张艺，雷艳虹.绪论课对大学化学课堂教学的重要性[J].保山师专学报，2006，25（2）：29-30.
现代量子力学教程范文4
[关键词]物理学史 物理学美 价值
中学物理教育不仅要对学生进行物理知识的教育,还应在教学过程中对学生进行审美教育。物理学的发展史集中体现了人类探索和认识客观世界的现象、特性、规律和本质的历程。物理学史告诉人们,每一个物理概念和规律的形成,都是汇集着许多人艰辛的努力,常常需要几十年乃至上百年的努力,才能迈出有意义的几步。物理学美不仅体现在物理知识的形式上、内容上、结构上、物理学的研究方法上,而且体现在科学探索的过程中,体现在物理学家们的非凡的想象力,探索精神和高尚的思想品德上;通过物理学史展示物理学家求真、求美的过程,让学生感受科学家探索未知世界的过程,感受他们尊重自然、尊重客观意志的“真”,体会他们推动发展的动机的“善”,不屈不饶的科学精神,高尚的人格,坚强的毅力等,达到以美感人,以美育人的目的,引导学生自己去追求和创造物理美,并将美的认识转化为追求美的自觉行动。
一、通过物理学史,感受经典实验的美妙,体会科学方法美
科学方法是人类智慧的结晶,是人们在认识和改造世界的实践活动中总结出来的正确思维和行动方式。物理学史证明科学理论的重大突破,必然伴随着新的科学方法的诞生。在物理学史上有很多精美的物理实验,不但在实验设计上极具创造性,而且实验装置设计上非常具有新颖性和实验技术上具有艺术性,经过艰辛的过程,通过长时间的努力,克服无数困难,才做出物理学上的重大发现或技术上的伟大发明。在教学中充分展示这些精湛优美的实验可以使学生发现和体验物理实验的精彩和美妙。例如:引力常数的测量,在牛顿发现万有引力定律一百年后,卡文笛许设计出扭秤实验,通过三次巧妙放大,将力的测量变换为力矩的测量;又将力矩的测量转变为石英丝转动角度的测量;再将转动角度的测量转变为光点移动距离的测量。这一精妙设计终于获得了历史性的突破,测出了这一微小的引力常量。著名的伽利略“斜面圆球滚动实验”,就给人一种简洁的美,它的美体现在对实物形态实验的超越,使实验条件、实验过程在思维中以理想化的方式表现出来,通过猜想、设计、推理,由有限个实验归纳出一般的结论,没有考证所有可能的情况。讲述这段物理学史,使学生了解到伽利略开创了把物理实验与科学思维相结合的物理学研究方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。伽里略在物理学史上占有重要地位。被后世誉为“近代科学之父”,这不仅与他在科学上的伟大成就有关、而且与他在科学方法上的革命性转变分不开。正是由于他在科学方法上的创新、引导自然科学走上了正确的道路。
二、通过物理学史,感受科学家的精神美、人格美、毅力美
在物理教材中涉及到许多中外著名物理学家。他们生平大量动人的事迹,尤其是不怕挫折的拼搏精神、爱国奉献的敬业精神和相互协作的精神都是—部绝好的美育教才,能激起学生心灵的震动。教学过程中,若能让学生了解物理学家勇于探索,实事求是的科学精神;以苦为乐,顽强拼搏的不屈精神;只图贡献,不求索取的奉献精神;坚持真理,并为捍卫真理不怕牺牲的献身精神等。这无疑是最理想、最成功的情感教育。
物理学史表明,物理学大厦并不都是成功者创造的,它是成功者与失败者共同创造的。焦耳为准确测得各种情况下热功当量值,历经40年,进行了400多次实验。法拉第“磁生电”经过十年的研究;居里夫人为了从沥青铀矿中提炼出纯净的镭,经过近一千三百五十个日日夜夜的奋战,从8吨铀沥青矿渣中提炼出0. 12克纯氯化镭,开普勒在困境中还是坚持对行星运动的研究,从大量的观测数据中,花了近十年的时间,计算出了行星运动的三大定律等等;爱迪生为了寻找一种合适的灯丝,试用了一千六百多种材料。所以爱迪生说:“失败也有我需要的……”。还有许许多多的物理学家,他们坚持不懈地探索的科学精神和献身科学、捍卫真理的感人事迹,光辉的言行和高尚的品格,为人处世和爱国主义的热情,无不显示了物理学家的精神美。因此在教学中引入物理学史的实例,通过讲述这些物理学史来培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和锐意进取、百折不挠、不断创新的科学精神,激励学生以科学家在创造伟大业绩所表现的人格力量为楷模,树立科学的世界观和人生观,确立为科学真理而献身的崇高品质。
三、通过物理学史,激发学生科学审美情趣和提高对科学美的审美能力
自然界本身是一个简单、和谐、统一的整体,作为描述和揭示自然现象和规律的物理科学也应是简单、和谐和统一的。“多样统一”是人类追求的永恒主题。整个物理学史,在某种程度上也可以说是物理学大师们为建立统一的物理理论的奋斗史,也是物理学家追求美的历史。牛顿为追求天体运动和地面物体运动的完美统一发现了万有引力定律;焦耳为追求热与功的完美统一测出了热功当量;法拉第为追求电和磁的完美统一发现了电磁感应现象;爱因斯坦为追求时间与空间的完美统一发现了相对论、为追求质量与能量的完美统一发现了质能方程等等。作为支撑经典物理大厦的牛顿运动定律,在宏观低速领域,实实在在地展现其简洁和完美;而作为现代物理大厦支柱的相对论和量子力学,又从更广阔领域描绘了一幅极其简洁的物质组构和运动的生动图像。科学的美,还体现在科学技术的巨大进步上,海王星与冥王星的发现、人造卫星的升空、原子弹的制造等等,这些无不叫人惊叹科学的伟大。在物理教学中渗透科学家追求科学完美的典型事例能促进学生对科学美的认识转化为对科学美的追求。
四、利用物理学史,激发学生的爱国热情
物理学史是一部科学文明的发展史,在物理教学中,结合教学内容介绍我国古代在物理学方面对世界的卓越贡献和我国现代物理学相关技术的飞速发展及成就,这既能使学生了解祖国灿烂辉煌的文化,培养学生民族自尊心和自豪感,又能增强学生的民族自信心,激发学生爱祖国爱民族的热情;介绍物理学的前沿知识,了解当前我国现代物理学相关技术与世界科技发展存在的差距,这样不仅能使学生开阔眼界,领略了知识的巨大力量和科学技术的日新月异,还能使学生感受物理学美和人类智慧美。从而激发学生的求知欲,唤起学生的时代责任感与使命感,有勇气肩负祖国赋予的使命,树立为提高我国科技水平而勤奋学习、刻苦钻研、勇于探索、献身科学的信念。
例如,我们讲述“声波”时,就要讲讲北京天坛绝妙建筑;在学习“原子和原子核”时,就应提到在现代物理前沿领域所作的巨大成就的李政道、杨振宁、丁肇中等科学家;在讲“超导”时,应介绍我国在超导材料方面所做出的巨大贡献;我们在讲述“天体运动”时,不能不介绍“神五”、“神六”、“神七”“嫦娥一号”的发射,介绍我国航天技术的现状和发展,介绍平均年龄只有三十岁的航天人。学生会为自己的祖国感到自豪,为这样一群年轻人而感到自豪。这不但能激起学生的学习兴趣、民族自豪感、使命感和责任感,还能激发学生爱国热情,报国之心。
五、通过物理学史,渗透概念形成的历史背景和过程,挖掘美育因素
在物理学史上,每一个科学上的新发现,都为后继者提供了宝贵的经验和启迪。中学物理中一些概念、定律和理论建立的过程凝练、升华了科学思维方式和科学研究方法,也包含了丰富的育人因素,展示这些科学过程有利于学生对知识全面正确的理解和建构,让学生得到前辈科学家科学思维和研究方法滋养,认识到物理学每前进一小步,都伴随深刻的物理思想和观念的变革。使学生受到生动的情感、态度、价值观的熏陶和感染,有利于健全人格的培养。例如:人们对原子结构的认识,就经历了一个发现、认识、否认、再认识过程。j·j·汤姆生发现电子后,曾提出关于原子的“枣糕式模型”。 1910年,卢瑟福建议用a粒子轰击金箔片。实验表明a粒子能穿透很薄的金箔片。这一实验事实使汤姆生枣糕模型遇到了无法解决的矛盾。因a粒子是失去两个电子的氦原子,犹如一块掉落两颗枣子的小枣糕,小枣糕打在大枣糕上,氦原子无论速度多么大,也很难想像它能穿透出去。但是1908年卢瑟福用a粒子轰击原子时,有大约八千分之一的几率被反射回来。这一事实使卢瑟福惊奇,他说:“这是我一生中最不可想像的事,真如用一枚重型炮弹轰击一张卷烟纸,而炮弹竟然被卷烟纸弹回来又打中了我自己一样的不可思议。”。卢瑟福用不同金属箔片进行了多次实验,并经过三个多星期的认真思考,指出汤姆生的原子模型不会使a粒子发生大角度偏转。卢瑟福以丰富的想象力提出,原子是一个很“空”的,中间是一个很小但质量很大的硬核。卢瑟福在实验的基础上经过严谨的推理,提出了原子的“核式结构模型”。
在物理教学中应该反映这种迭起波澜壮阔的发展过程,使学生的科学思维和科学方法得到启迪,让学生从知识的完善和演变中认识它的条件性和局限性,使凝固的物理知识变得生动,学习仿佛是一次与科学创造者的对话;适当分析科学家的成功和失误,体会科学探索者的困惑、沉思、试探和创新智慧之光,让学生用发展的观点,辩证地看问题,认识到物理学知识的相对性,有效地消除学生对物理学知识来源的神秘感,消除对已有知识的僵化认识,为今后的学习和生活树立信心。
参考文献:
[1]李艳平,申先平.物理学史教程[m].北京:科技出版社,2003. 103.
[2]邹纪常.物理学的美学价值[j],广西物理2000.3.
现代量子力学教程范文5
二、中学生创新教育的内涵和内容：1、创新精神主要表现为创新意识和“质疑”精神。2、培养创新能力，主要表现为课堂教学的创新思维能力和实验教学中的创造能力的培养。3、培养学生创新人格和协同合作的精神。
三、创新教育的探索与实践：1、教学中培养学生创新精神。2、挖掘学科特点，培养创新能力。3、培养学生创新人格和协作精神
【关键词】创新探索实践
一、创新教育在新世纪教育中的重要意义
现代社会是知识经济社会，而知识经济的核心是创新。当今世界的科技竞争、综合国力竞争越来越表现为创新型人才的水平和数量的竞争。创新教育是当今世界许多国家教育改革的焦点和核心，中华民族要实现伟大复兴，要矗立于世界优秀民族之林，必须要有全民族整体素质、科学水平的提高。学校教育是培养民族创新精神、创新能力的主渠道。教师要明确创新教育思想、创新教育培养目标和实施方案，在教学过程中才能唤醒学生的创新意识，培养学生的创新精神，提高学生的创新能力，使他们想创新、敢创新、会创新。
二、中学生创新教育的内涵和内容
创新是民族的灵魂，创新是科学发展的动力，是技术革命的生命。中学生创新教育的内涵应是：通过创新教育使学生对已有的经验和知识进行分解与组合后，产生某种新的、独特的思想观点、思路设计、途径方法……的活动过程。
1、创新精神主要表现为创新意识和“质疑”精神。要千方百计培养学生形成推崇创新、追求创新的观点和意识。只有在强烈的创新意识的引导下，学生才可能产生强烈的创新动机，树立创新目标，充分发挥创新潜力，释放创新激情。创新的产品是独出心裁、前所未有的。因此创新是超越，而不是跟随。只有大胆向传统挑战，才可能创新。
2、培养创新能力，主要表现为课堂教学的创新思维能力和实验教学中的创造能力的培养。
创新思维的主要形式有：①联想思维。②直觉思维。③灵感思维。
物理实验是人类研究自然现象和规律的重要途径，也是人类发明创造的重要手段。物理实验教学，可以验证书本知识，然而更重要的是重温前人创造的思维的过程，从中受到启发，同时也培养学生的动手实践能力。
3、培养学生创新人格和协同合作的精神。健全的人格是个体顺利发展的内在因素，是个人创新能力得以发挥的支柱，主要包括爱国主义情感、献身科学的精神、勇于面对失败，百折不挠的意志，求实勤奋的治学态度和较强的自信心。
协同合作精神是新世纪对人材的基本要求。新技术革命，使人类在已经到来的21世纪相互影响，相互依存。重大的发明创造，需要众多人才共同去探索、开发、创造。因此我们必须培养学生的协同合作精神，以满足未来社会对人材的需求。
三、创新教育的探索与实践
1、教学中培养学生创新精神
创新精神包括：创新的意识、热情、进取心、自信心、创新的胆略；敢于质疑坚韧不拔的毅力等等。在教学中，我们一方面要培养学生推崇创新、追求创新的观念和意识，鼓励学生解放思想、独立思考；另一方面要根据不同的教学内容启发、培养学生敢于质疑、善于质疑的创新精神。
首先，教师的教学过程要具有创新意识，为学生树立创新的表率。无论教材提供的知识多么完整，由于各种原因总会留下缝隙，只要我们积极思考，善于“钻空子”，就会有所发现，有所创新。例如，在动量守恒的验证实验中，落点为什么会有较大的离散，原因应在碰撞的过程中被碰小球所处的支座与等大的入射小球轨道的末端不能严格在一直线上，两球不是对心正碰。要减小误差怎么办？教学过程要引导学生观察这一现象，分析其原因，再由学生提出减小误差的方案，选出最佳的方案表扬。只要事事处处做有心人，善于思考，就会设计出灵活多变的教学方案，培养学生的创新意识。
其次，教学活动要使学生保持旺盛的好奇心和求知欲，脑海中经常出现“为什么”三个字。“月亮为什么不会飞走？”“苹果熟了为什么会从树上掉到地面上”，牛顿对这些自然现象的观察，引发思考研究，得出了十六世纪自然科学最伟大的发现——万有引力定律。教师要在教学过程中，使学生养成多问“为什么”的习惯。例如：物理概念为什么要这样定义？物理规律如何来的？实验为什么要这样设计？做错习题时更要问为什么会错？知识联系实际的“为什么”是创新意识的升华。例如：为什么我们乘车时会看到远处的太阳向前走而近处的树木会向后走？雨后的天空为什么会出现彩虹？为什么彩虹呈圆弧形等等，坚持不懈地寻根问底就会激发创新意识。
然后，在教学中要培养学生的“质疑”精神。人的思维活动起始于问题，有疑问才会去思考。有疑问是学习新知识、产生新思想、发现新观点的起点，教师要营造一个宽松的教学环境，也就要创造一个和谐、平等的教学环境，使学生勇于发现问题，敢于提出问题，渴求解决问题，他们的创新意识就会得到培养和发挥。
①提倡学生向教师的教学过程、教学内容质疑。教师的知识结构和教育教学模式都在迅速地老化，只有不断地“充氧”才能赶上时代的步伐。教师在教学中的言行举止对学生有潜移默化的影响，教师若能实事求是地但陈不足，和学生一起研究问题，就能成为学生培养质疑精神的好榜样、好朋友，好老师。学生敢于质疑的精神非常宝贵，要鼓励和提倡。
②鼓励学生对教材质疑。高中学生对知识、现象、实验等有旺盛的求知欲，对新异的事物，特别感兴趣，他们对学习的知识爱提出一些疑问，例如：在滑动摩擦力的教学中，有学生提出教材上给出的动摩擦因数都小于1，有没有大于1的呢？在演示分子间有空隙的实验中，得到酒精与水混和总体积缩小的现象。有学生提出所有两种液体混和的体积都缩小吗？有增大的吗？在光电效应的教学中，有学生提出入射光的频率增大，光电子数目增加否？在透镜的教学中，有学生提出反射光是在人射光区域相消的，透射光应不变，为什么还会增强呢？等等。说明了学生存着强烈的质疑意识，孕育着可贵的创新精神。
③大力提倡学生争辩。通过争辩活动可以提高学生质疑的敏捷性、灵活性。量子力学中的测不准原理就是海森堡与爱因斯坦等人长期激烈的争论后，在海森堡的脑海骤然出现的。长期引导学生进行争辩、互相质疑无疑会大大增强学生质疑的意识，使学生在质疑辩论中，搞清原来模糊的概念，更重要的是培养学生会持质疑的态度上课，锻炼思维的准确性、开放性，也提高了流畅表达自己的观点的能力。
2、挖掘学科特点，培养创新能力
每个人都具有天生的创造力。对于每个正常人来说，创新能力只有大小之差，没有有无之别。科学家与普通人的差别，不在其大脑聪明与否，而是在其创造潜能能否得到培养与开发。物理课堂教学的重点是培养创新思维，实验教学的重点培养动手创造能力。
⑴、培养学生创新思维能力。创新思维是一种具有主动性、灵活性、求异性、独创性和灵感性的思维方式，它往往能突破习惯思维的束缚，在解决问题的过程中，其观点富有创意。心理学研究表明：中学生热情奔放，充满对新世界、新事物的好奇，不畏艰难，勇于探索，对他们进行创新思维的培养，具备心理发展基础和可能牲。
①在物理教学过程中，从知识的传授、解题的思维等，都要加强联想思维的培养。联想思维主要是指在大量的经验知识的基础上，在创造激情的推动下，通过形象类比联想，把记忆中能反映事物特征的那些映象加以选择、提炼，重新组合成新的映象的过程。威尔逊发明的、被卢瑟福称为“科学史上最新最精彩的仪器”——“云雾室”，是与他在苏格兰群山的最高峰尼维斯峰度过几个星期，对山间云雾缭绕的瑰丽的光学现象的观察、思考分不开的。例如在讲解分子势能、电势能时，应启发学生联想弹簧的弹性势能、重力势能与分子势能、电势能之间的共性，比较它们的异性，从而使“机械”势能——“分子”势能——“电”势能形成一条链。又如：学习玻尔原子能级时，引导学生把核外电子在不同轨道上绕氢核运转的情况与人运地球卫星在不同轨道上绕地球运转的情况类比联想，从而掌握电子绕行的动能、势能、速度、周期等变化规律。应用类比联想将知识系统化是创新思维的基础。
联想思维将抽象的问题形象化，把复杂的问题简单化。卢瑟福在α粒子散射实验的启发下，在数字计算和逻辑推理的基础上，以丰富的想象力提出原子的核式结构模型。卢瑟福的脑海里浮现出这样的图景，反弹回来的粒子如此稀少，而速率又几乎和射击时相等，这不像子弹打在茫茫草原上的核桃上又反弹回来一样吗？这是何等生动的想象力。在教学中培养想象力是联想思维训练的重要方法。如子弹以一定的速度射击固定的相同厚度的木板，其阻力恒定，恰好能射穿五块木板，求子弹穿过各木块的时间比。从匀减速运动来思考这问题较难，可想象成让恒定牵引力作用下汽车从静止开始作匀加速直线运动，在相等位移内的时间比，再将比值关系反向排列为所求。
②直觉思维不遵循一般逻辑规则，不局限于传统的思维模式。因而具有创造性、灵活快捷的特点。直觉思维作为一种心理现象，必有其自身规律，从本质上讲是一种认识的突变，其机理是许多知识因素与思维活动能量积累到一定程度时迅速结合形成认识上的飞跃。这种飞跃产生基础有两个方面，合理而清晰的知识结构，是形成思维的内在因素；娴熟的专项技能是产生直觉思维的外部条件。
直觉思维产生机理告诉我们，结合物理知识与技能教学，追寻思维活动的路径，创设情境，能有效地诱发直觉思维。物理教学中，学生有扎实知识基础，理解各部分知识关系，优化知识结构，使学生对所学内容融会贯通，才能起到居高临下，高瞻远瞩的作用。面临物理问题就能迅速作出取舍，产生直觉。精选习题，系统地培训解决物理问题的专项技能，如整体与隔离法、观察联想、类比法、假设法、等效法、图象法、数列、极限法等，建立合理模式，熟练各项技能，提高思维的快捷性、灵活性，有助于直觉思维能力的发现。在中学物理教学中，要引导学生动手搞小制作、小实验、小发明、写小论文和科幻文章，培养他们的理论联系实际的直觉思维能力和创新意识。例如：学生遥控汽车在一平板小车上“进、停、追”平板车就会退、停、进，演示人在船上行走满足动量守恒定律的现象模似，使抽象的思维直觉化。再如用“超级特技飞行”玩具代替小球在脱离轨道运动，演示圆周运动向心力与速度的关系。用悬挂旋转飞机验证一维圆锥摆运动等，这样既培养了学生的创造思维，又使更多的学生用直觉灵感思维来分析和感知物理现象和规律。
③灵感思维的养成是个逐步积淀的过程，对中学生灵感思维的培养，主要是培养设想、猜想思维能力。布鲁纳说过：“在自然科学和普通生活中，我们常常被迫根据不完善的知识去行动，我们不得不去猜想。”中曾根说：“没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现”。物理学史上的大量事例都是揭示科学创新这一本质的历史，让学生了解科学家打破常规思路的科学创新过程，往往会在学生的记忆中留下深刻的印象，久久不会淡忘。这对提高学生的创新能力是非常有益的。
科学创新来自于创造性的猜想。因此我们在教学中应重视发掘教材中有效因素。变换常规的教学方法，放开束缚学生思路的枷锁，有意识地引导学生进行合理的猜想。例如：在学习牛顿第二定律时，可引导学生从一些日常生活中的现象提出猜想：物体获得的加速度的大小可能与那些因素有关？是什么关系？然后再进行实验定量研究来得出结论。在讲等温变化的玻意定律时，由学生初中的热现象和生活经验，先猜想一定质量气体，在温度不变的情况下，压强和体积可能是什么关系？再通过实验来验证。又如在“原子核的人工转变”α粒子轰击氮核的教学中，α粒子轰击氮核产生了新的粒子是质子。这一现象发生是α粒子将氮核中的质子打出来的，还是氮核获得α粒子后形成新的原子核，再衰变产生的呢？允许同学们提出猜想，再引导同学们观察分析布拉凯特云雾室拍摄的照片。由照片中得到的三条径迹的事实，论证你的猜想是否正确。教材中有很多知识涉及科学猜想的思维，教师要充分挖掘教材的潜力，培养学生灵感思维，提高创新能力。
⑵、在物理实验教学中培养学生的创新能力。在物理实验教学中，重视实验的创新与探索，设计问题的情境，显示知识获取的过程，实施“实验、启迪、引导”的教学模式，充分发挥物理实验在培养学生创新精神、探究能力、创造能力的特殊功效。
①、由学生自行设计小实验。例如：让学生自行设计不同物体与小木板之间的动摩擦因数的实验。同学们设计了不同的测定动摩擦擦因数的方案，有水平平面滑动，有斜面上滑动；有用橡皮筋伸长量比值法，也有弹簧秤读数法；有匀速平衡法，也有匀加速方法求解。又如：在自由落体运动的教学中，教师可让学生观察一些落体运动后，由学生分析这些运动的共同特征。提出“这些落体是否是重的落的快，轻的落的慢”，由学生设计简单的实验来说明。同学们议论纷纷地设计了很多的方案，最简单的是将质量差异较大的两石块从同一高度，同时释放。听落在桌上的声音是否有先后之差。再提出自由落体是什么性质的运动？你可以设计实验来验证吗？同学们积极思考，共同商量，设计出了用打点的方法来测；有用光电计时方法来测；有用闪光照相方法来测；最有创意而又简单的方法是“外报法”，物体从光滑斜面上加速下滑是匀变速运动，（这是已有的经验事实）增大角度物体的运动性质不变，只是加速度的值增大。当角度增大到90o时，就是自由落体运动，且只有重力作用，运动性质还应是匀变速直线运动。教学中使学生动脑，动手的实践中，感受“创新”成功的滋味，培养创新意识，提高创新能力。
②、学生的心灵深处都存在着使自己成为发现者、研究者、探索者的愿望，如果教师在教学过程中，重视把教学与学生的这种愿望相结合，注意为学生提供发现问题和运用知识的机会、创造解决问题的条件，学生的创新能力就会得到培养和发展，并能在研究过程中亲身体验到人类驾驭知识、改造现实的自豪感，这种内在的情感体验，会反过来激励学生再探索、再创新。例如：测电阻的实验中，给出学生足够的电学器材，让学生测小灯泡伏安特性曲线的实验，要求从零电压开始逐渐到额定电压为止。从器材的选择，电路的设计，测量记录到作出图象，分析图象的意义等都由学生自行设计。最后评比交流，使同学们相互学习，取长补短。再如单摆教学完成后，给出设计题目：提供一定容积的可乐瓶一只（瓶底有一小孔）、细线一根、米尺一把、小石子一块和盛水的桶一只。试估测水从此瓶底小孔连续流出的平均流量。较多的同学开始很茫然，因水的体积和水流时间都有连续性，通过同学们认真思考、观察，将已学的知识结合起来，多数同学能完成这个实验。从标签上读出水的体积。用细线与石子组成单摆测时间。这些实验与知识结合较好，又有较好的创意性，是培养学生创新能力的好方法。
③结合物理知识进行科技制作，如：电学知识学完后，布置学生作一个小型的风力发电机。可以用现成的发电机零件组装，也可用磁铁、线圈等制作发电机，自制风轮，让学生在制作过程中去探索怎样使轮转动得最快，怎样检测发电机的电流的大小等。最后在相同条件下对比发电量大小。再如：讲完全反射教学内容后，安排学生制作蜃景现象的模拟。同学们首先想解决的是有折射梯度的气层，经同学们的讨论研究，认为液体折射梯度容易实现，由不同液体接触面上的分子扩散来实现。学生在科技活动中，做了大量的小制作。如水位报答器，摇控航模，光控和声控继电电路等等。培养了学生的动手能力和解决问题的创新能力。
3、培养学生创新人格和协作精神
人们的价值观念正经历着从重视人的创造物的价值到重视人自身的价值的转变，面对人的品质评价已趋向于提倡人的创造型、开拓型的性格。因此，我们最终应把创新能力的培养落实到学生创新人格的塑造上，凡是有利于创新活动的个性品质，都是创新需要，称为创新个性，创新个性具有相当的完整性和持久性，对学生今后的发展将产生积极的和决定性的影响。
创新人格表现为：良好的思维品质、独立的个性特征。如质疑精神、创新意识；优良的意志品质；强烈的求知欲；不竭的进取精神。为塑造学生的创新人格，在教学中，应保护学生的好奇心，解除学生对错误的恐惧心理，鼓励独创性与多样性，鼓励幻想，鼓励向有创新精神的人学习和接触。
培养学生勇于面对失败的精神。在创造活动中，错误和失败远远多于成功。爱迪生发明电灯，瓦特发明蒸汽机，莱特兄弟把飞机送上天，都是建立在成千上万次失败的基础上的，事实证明，失败会使人聪明，“失败是成功之母”，在物理教学中要将科学家们可歌可泣的百折不挠的意志，献身科学的精神融合在知识传授中，增强学生的爱国主义精神、为人类的进步献身科学的责任心和勇于创新的顽强意志。
物理教师可利用灵活的形式，由学生组合成不同的物理兴趣小组，开展各种科技小制作、小发明、小论文等活动，举办物理知识竞赛，实验创新能手的评比等，办好科技板报、手抄报，使班内形成以创新为核心的班级舆论。教师要经常与学生交流创新体会，鼓励学生之间的适度竞争、相互合作交流相互了解和相互宽容，使全体学生的创造力和每个学生的创新能力相互激励同步增强。
创新教育的探索与实践使我们认识到，二十一世纪创新人材的培养是世界教育发展的主流。创新教育既关系到学生个人的可持续发展，更是国家和民族发展和进步的需要，所以我们必须树立正确的教育观念，真正地从应试教育转变为素质教育。努力提高自身创新能力。明确课堂教学是学生获取知识的主渠道，也是培养学生创新素质的主要途径。教学中贯彻创新意识是先导，创新精神是源头，创新思维是关键，观察、实践是途径，创新能力和创新人及协作为目标的教学原则。坚定方向，不断努力，一定能够培养出优秀的、具有创新能力的栋梁之材。
主要参考文献资料：
1、《创造学教程》：中国建材工业出版社，鲁克成等编著。ISBN7-80090-627-2/G•2；
