前言：中文期刊网精心挑选了量子力学的基础知识范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
量子力学的基础知识范文1
论文摘要：针对郑州轻工业学院量子力学教学现状，结合“量子力学”的课程特点，立足于提高学生学习积极性和培养学生科学探索精神及创新能力，简要介绍了近年来在教学内容、教学方法、教学手段和考核方法等方面进行的一些改革尝试。
论文关键词：量子力学；教学改革；物理思想
“量子力学”是20世纪物理学对科学研究和人类文明进步的两大标志性贡献之一，已经成为物理学专业及部分工科专业最重要的基础课程之一，是学习“固体物理”、“材料科学”、“材料物理与化学”和“激光原理”等课程的重要基础。通过这门课程的学习，学生能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。同时，这门课程对培养学生的探索精神和创新意识及科学素养亦具有十分重要的意义。然而，“量子力学”本身是一门非常抽象的课程，众多学生谈“量子”色变，教学效果可想而知。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，提高量子力学的教学水平和教学质量，已经成为摆在教师面前的重要课题。近年来，笔者在借鉴前人经验的基础上，结合郑州轻工业学院（以下简称“我校”）教学实际，在“量子力学”的教学内容和教学方法方面做了一些有益的改革尝试，取得了较好的效果。
一、“量子力学”教学内容的改革
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。因此，在“量子力学”教学中，一方面需要学生摒弃在经典物理学习中形成的固有观念和认识，另一方面在学习某些基本概念和基本理论时又要求学生建立起与经典物理之间的联系以形成较为直观的物理图像，这种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。针对以上教学中发现的问题，笔者对“量子力学”课程的教学内容作了一些有益的调整。
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。
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。
二、教学方法改革
传统的“填鸭式”教学法把课堂变成了教师的“一言堂”，使得学生在教学活动中始终处于被动接受地位，极大地压制了学生学习的主观能动性，十分不利于知识的获取以及对学生创新能力及科学思维的培养。而且，“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，一味采取灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。长期以往，学习积极性必然受挫，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，笔者在教学方法上进行了一些有益的探索。
1.发挥学生主体作用
除却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。 转贴于
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。
三、教学手段和考核方式改革
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，有的学生认为是全部粒子组成波函数，有的学生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。
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。
3.利用量子力学课程将人文教育与专业教学相结合
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19世纪末至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。1900年，德国物理学家普朗克创造性地引入了能量子的概念，成功地解释了黑体辐射现象，量子概念诞生。1905年，爱因斯坦进一步完善了量子化观念，指出能量不仅在吸收和辐射时是不连续的（普朗克假设），而且在物质相互作用中也是不连续的。1913年，玻尔将量子化概念引入到原子中，成功解释了有近30年历史的巴尔末经验光谱公式。泡利突破玻尔半经典、半量子论的局限，给予了令玻尔理论不安的反常塞曼效应以合理解释。1924年，德布罗意突破普朗克能量子观念提出微观粒子具有波粒二象性，开始与经典理论分庭抗礼。和学生一起重温量子力学史的发展之路，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，从精神上熏陶他们的创新精神。
4.考试方式改革
在本课程的教学中采用了教考分离，通过小考题的形式复习章节内容，根据学生的实际水平适当辅导答疑，注重学生对量子力学基础知识理解的考核。对于评价系统的建立，其中平时成绩（包括作业、讨论、综合表现等）占30％，期末考试占70％。从实施的效果来看，督促了学生的学习，收到了较好的效果，受到学生的欢迎。
量子力学的基础知识范文2
系里设立了应用化工专业和化工分析与检验专业（高职专科），专门培养高素质、高技能的化工操作人才，其中，应用化工专业是培养化工总控工的，就业岗位包括化工工艺操作、化工工程操作，化工设备操作、维护，化工仪表控制，化工DCS操作，化工安全管理，化工产品的包装与销售等。
专业的课程设置
由完成工作所需要的能力，确定以下学习领域：1、物理化学的知识体系一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面:化学体系的宏观平衡性质以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的内容有化学热力学,溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的内容有结构化学和量子化学。化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的内容有化学动力学、催化、光化学和电化学。物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学三大部分。热力学和量子力学分别适用于宏观和微观系统，统计力学则为二者的桥梁。原则上用统计力学方法能通过个另分子、原子的微观数据来推断或计算物质的宏观现象。物理化学由化学热力学、化学动力学和结构化学三大部分组成。2、应用化工专业所需内容的选择对照操作岗位的知识和能力需要，本着实用、够用，适当拓展的原则，选取化学热力学、化学动力学两大部分，主要内容有物质PVT性质、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学在多组分体系和相平衡体系中的应用、化学平衡、化学动力学基础、胶体、粗分散系和表面化学。根据课程内容及深度，决定选用高职高专化学教材编写组编写的《物理化学》（第三版，化学工业出版社）为基本教材，以傅献彩主编《物理化学》（第五版，高等教育出版社）为主要参考资料。3、物理化学课程定位学习物理化学需要大学物理、高等数学、基础化学的基础知识，同时，物理化学又为学习化工设备基础、化工热力学、化学反应工程、煤化工工艺学等课程打下基础。因此，《物理化学》课程是应用化工专业的重要专业课，是其他主要专业课的基础。
基于工作过程的教学方法
确定了内容，就需要对知识按照工艺岗位的实际情况，进行解构和重构，即以工作过程为载体，以工作任务为情境，构建认知系统。通过综合分析周边化工企业生产工艺，归纳典型岗位，决定选取新能凤凰甲醇的生产工艺为载体，对物理化学内容进行重构。新能凤凰甲醇的生产采用的是德士古技术工艺，主要工段有空气分离制取液氧，制取水煤浆，水煤浆燃烧气化，甲醇合成与精制，各工段对应的知识如下表：（表略）通过完成任务，提高了学生掌握知识的目的性；在学生自主决策与计划中，激发其主观能动性，掌握解决问题的方法与步骤；通过任务实施，培养其动手实践能力；通过教师的检查与评价，让学生体验成功的愉悦，激发其学习的兴趣，提高学习效率和效果。
量子力学的基础知识范文3
关键词：墨子号;量子卫星;量子纠缠;量子密钥;物理学
中图分类号： TN219 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）30-100-2
0 引言
物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的一种自然科学，研究对象大至宇宙，小到基本粒子的质量、运动形式和规律等内容。量子卫星可谓是物理学中极大的天体物理和极小的量子力学理论的综合应用，意义重大。下面我想从2016年8月16日我国发射的全球首科量子科学实验卫星“墨子号”来谈谈对物理学中量子物理发展的一些思考。
1 “墨子号”的由来
作为全球三大古老逻辑体系之一的墨家逻辑中的经典著作《墨经》中提出的“光学八条”中描述了墨子对光线的认识，并成功设计了朴素的小孔成像实验，奠定了中国光学研究的基础，所以我国发射的全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”以纪念墨子先生。
2 为何发展量子通信技术和通讯优势
我们知道，20世纪初，量子力学的基础知识刚刚被奠定的时候，它带给人们一种启示，虽然它会时常使人感到困惑，因为量子力学在微观世界里已经打败了经典力学古老的确定论，反复的讨论可能性、可能结果的叠加。
我们假设一个物理量存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子，所以我们常用量子去指一个不可分割的基本个体，例如“光的量子”是光的基本单位光子。当然，所有可量子化的物理量其最小单位是特定的，而不是任意值。20世纪的前一半时期许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的基本理论，发展出了量子光学、量子计算等不同专业领域来研究。
量子计算领域利用量子效应来控制和处理信息，它具有惊人的潜力，因为经典数据的二进制“比特”一次只能取一个值，而量子的“量子比特”能够在给定范围内代表任意及所有可能的取值：在被测量以前，它以所有的可能太的“叠加”形式存在。量子计算特别适合用于解决今天只能依靠“强力”处理器能力来解决的特殊问题―比如，几十个量子比特阵列就能够存储超过太字节（万亿）的传统数据量。[3]
因此发展量子通信技术的优势非常明显，前景广阔。
3 “墨子号”工作的理论基础
1917年G.Vernam提出了“一次一密”（One-Time Pad）密码体制[1][2]，C.E.Shannon于1949年用信息论证明了该密码体制是无条件安全的[1][2]，这是目前唯一被证明是绝对安全的密码体制。
由于量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，如果能够在技术上实现纠缠光子再穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性，人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。此次发射的量子科学实验卫星完全由我国自主研发，突破了卫星平台、有效载荷、地面光学收发站等一系列关键技术，将在轨开展量子密钥分发、广域量子密钥网络、量子纠缠分发、量子隐形传态、星地告诉相干激光通信等科学实验。
潘建伟研究小组在2003年开始研究自由空间量子通信，他们在实验点制备出成对的纠缠光子，再利用两个专门设计加工的发射望远镜将容易发散的细小光束“增肥”后向东西相距13公里的两个实验站送出，两个接收端用同样型号的望远镜收集。
量子卫星和地球通信是双向的。卫星和地面站都拥有发射端和接收端。发射端包含单光子光源和光束整形系统，接收端包含单光子探测器和成像系统。光束整形系统和成像系统把点光源变成平行光并将其汇聚到焦点上。发射端和接收端是靠激光联系，它们之间有个大气层――它是目前较大的麻烦。
经过研究人员的种种努力，在如此远距离的传送中，虽有许多纠缠光子衰减，但仍有相当比例的“夫妻对”能存活下来并有旺盛的生命力，经单光子探测器检测，分居东西两地的光子“夫妻对”即使相距遥远仍能保持相互纠缠状态，携带信息的数量和质量能完全满足基于卫星的全球化量子通信要求。
在此基础上，研究小组进一步利用分发的纠缠光源进行绝对安全的量子保密通信。13公里不仅是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是目前国际上没有窃听漏洞量子密钥分发的最大距离。
4 我国量子通讯发展历史和量子卫星的前景展望
英国《自然》杂志中关于“量子太空竞赛”中指出：“在量子通信领域，中国用了不到十年的时间，由一个了不起的国家发展成现在的世界劲旅，中国将领先于欧洲和北美......”可见我国量子通讯发展速度飞快。1995年，中科院物理所吴令安小组在实验室内完成了我国最早的量子密钥分发实验演示。2000年，该小组又与中科院研究生院合作利用单模光纤完成了1.1公里的量子密钥分发演示实验。2002年至2003年间，瑞士日内瓦大学Gisin小组和我国华东师范大学曾和平小组分别在67公里和50公里光纤中演示了量子密钥分发。2006年，中国科学技术大学潘建伟团队在世界上首次利用诱骗态方案实现了安全距离超过100公里的光纤量子密钥分发实验，2009年，该团队又在世界上率先将采用诱骗态方案的量子通信距离突破至200公里。2013年，潘建伟团队又在核心量子通信器件研究上取得重要突破，他们成功开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器，并利用该单光子探测器在国际上首次实现了测量器件无关的量子通信，成功解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，大大提高了现实条件下量子通信系统的安全性。2016年8月16日我国发射的全球首科量子科学实验卫星“墨子号”这既是中国首个、也是世界首个量子卫星。
在我国，量子通信技术从基础研究向应用技术转化迈进，面对国际上科技巨头，如IBM、Bell实验室、德国西门子公司等都纷纷投入量子通信的产业化研究之时。我国将利用量子通信技术的产业化和广域量子通信网络的实现，作为保障未来信息社会通信安全的关键技术，而量子密钥极有可能会进入普通家庭，服务于社会大众，成为电子商务、电子医疗、军事科技等各种电子服务的驱动器，为当今这个高度信息化的社会提供基础的安全服务和最可靠的安全保障。
我国未来还将发射多颗量子卫星，预计到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发。届时，连接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成，2030年左右将建成全球化的广域量子通信网络。随着量子通信网络的发展，量子通信将迎来巨大的市场。有人预测，国内量子通信短期市场规模在100亿至130亿元左右，长期市场规模将超过千亿元。
5 量子技术的应用对物理学发展的一些思考
量子通信技术的发展，基础是物理学理论的发展，笔者认为21世纪是要把微观和宏观整体地联系起来。这种结合对应用科技影响深远，我们回过头来看看，目前的科学发明在19世纪末都是很难想象的！没有20世纪初基础物理科学的发展，21世纪的科技应用和开发也无法迅速发展，那么，发展好当代物理理论研究应该对今后的技术发展产生深远影响。
参 考 文 献
[1] ASSCHE G V.Quantum Cryptography and Secret-key Distillation[M].New York：Cambridge University Press，2006.
量子力学的基础知识范文4
20世纪后半叶，物 理学 在此前建立起来的狭义相对论、量子力学、量子电动力学、统计物理和许多重要物理实验基础上，以前所未有的速度 发展 着。许多物理学的分支学科，如原子、分子物理、原子核物理、固体物理、等离子体物理以及粒子物理等，都得到极大发展。与此同时， 科学 发展的另一个重要特征是学科间相互渗透和交叉综合。物理学和其他学科相互渗透，产生了一系列交叉学科和边缘学科，如化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理等等。物理学的新概念、新理论和新的实验方法向其他学科转移，促成各学科的发展并成为其组成部分。
20世纪后半叶，新技术特别是高新技术发展之快也是前所未有的。高技术包含的科学知识高度密集，综合性极高，如红外和红外成像技术、激光技术、 计算 技术、信息技术、航天技术、生物技术等等，都无一例外地与物理学等学科的基本概念、基本理论和基本实验方法密切相关，其发展在很大程度上依赖包括物理学在内的各学科的发展。
现代 军事科学技术的知识密集性、综合性极高，处于科学技术的前沿，近几年来的局部战争向人们展示，现代战争在相当大程度上是高新技术的较量。现代军事科学技术离不开物理学和物理学的新成就，如红外夜视、激光制导、激光雷达、三相弹等都与物理学原理和物理学实验技术密切相关。
这一切都表明，在科学技术发展的进程中，物理学不但在 历史 上曾经是处于主导地位的，在20世纪是处于主导地位的，而且毫无疑问，21世纪物理学在科学技术发展中也必将处于主导地位，它的作用将会更加突出。
大学物理课是一门重要基础课，它的作用一方面是为学生较系统地打好必要的物理基础，另一方面是使学生初步学习科学的思维方法和研究方法，这些都起着增强适应能力、开阔刘义洪盈赘大争物双教争敬沮思路、激发探索和创新精神、提高人才素质的重要作用。学好大学物理，不仅对学生在校学习十分重要，而且对学生毕业后的工作和在工作中进一步学习新理论、新知识、新技术、不断更新知识，都将发生深远的影响。物理课的这一作用，特别为许多专家、教授、高级工程技术专家所强调。
我国工科大学物理的学时一直少于理科。因此，目前实施的教学内容，主要是传统物理课内容在给定学时范围内一再精选后形成的。总的来讲，工科大学生的物理基础较薄弱，物理知识面也较窄，特别是近代物理和现代工程技术有关的物理基础和现代工程技术方面的新知识更显薄弱。如我们的课程基本要求中没有物性学、分子、原子核、粒子等内容；没有偏振光干涉、核磁共振、穆斯堡尔效应等内容；量子物理、统计物理等近代物理基础的基本概念、基本理论和知识甚为薄弱。这些内容，工科一般专业在后续课中多不再涉及，而它们恰恰是当今学习新理论、新知识和新技术所要涉及的，有些甚至已成为当今高新技术的组成部分。在这个意义上讲，大学物理课内容“老的多、新的少”。因此，更新内容，加强现代物理和现代工程技术有关知识，特别是有关基础知识，是工科物理教学改革必须面向的首要问题。
二、工科物理课教学改革
工科大学物理课程的教学改革是很复杂的，也是很困难的，不可能一嗽而就。应该坚持以下原则：不应改变物理课作为基础课的地位和作用，应着力研究现代高级工程技术人才应具备什么样的物理基础；要重点研究如何处理好经典物理和近代物理及有关近代内容的关系；应在培养学生科学思维方法和分析问题、解决问题能力上加大力度，与研究教学内容改革的同时，还必须系统地研究教学方法、 考试 方法等教学环节的改革。
工科大学物理课内容改革的重点在于加强物理学基础(包括经典物理基础和近代物理基础)，同时适当地介绍反映现代物理和现代工程技术的新知识，扩大学生的知识面，在整个教学过程中提高学生分析及解决问题的能力和独立获取知识的能力。由于工科物理课程教学时数少，只靠课程内容和体系本身改革回旋余地小，改革要将课内课外、理论教学与实验教学、课与课间关系诸方面综合考虑。
（一)课程教学内容改革，应以物理课程教学基本要求为依据。在保证经典的前提下，进一步精选经典物理内容，突出教学内容及能力培养，避免过分强调系统性和严密性等，在整个经典物理教学过程中应贯彻加强近代思想；在近代物理基础的基本要求部分，加强量子力学和统计物理基础知识，以利于学生在校和离校后进一步学习新理论、新知识和新技术；加强 现代 工程技术物理基础专题，这部分内容应侧重物理原理，而不要停留在科普水平上，上述三部分内容的讲授学时，分别约占总学时的58%、27%和15%。
(二)开设物理类和技术类专题选修课(或讲座)。物理类选修课：如现代物理导论、混沌、原子和分子物理、核物理、天体物理、等离子体物理、凝聚态物理、嫡和信息、傅里叶光学、非线性光学、非线性力学等、技术类选修课：如现代工程技术专题、激光技术、光散射技术、全息技术、穆斯堡尔谱学、核磁共振技术、薄膜技术、换能器、红外技术、低温和超导等。选修课应着重物理概念、物理思想和方法，不追求数学严密性，不过分强调系统性和完整性。
(三)教学手段改革是教学改革的重要组成部分。粉笔加教鞭不适应改革的需要已经成为人们的共识。近几年来，有许多院校在多媒体辅助教学上做了大量的工作。实践证明，把多媒体技术应用于教学可以改变信息的包装形式，在 计算 机上把图、文、声、像集成在一起，提高教学内容的表现力和感染力，能调动学生主动运用多种感观积极参与多媒体的活动，使学生由知识的被动接受转为主动发现。同时，这也为教学研究提供了有力工具，为教学的顺畅实施与高效提供了可靠的技术保障。在提高认识的基础上，加大这方面的资金投人，多媒体辅助教学必将成为21世纪教学手段的主体。而多媒体辅助教学软件也应向智能化方向 发展 。1997年n月6日， 中国 物 理学 会正式宣布中国物理 教育 网建立。这就为网上教学和科研提供了方便，物理教育工作者应充分利用这一有利条件，从网上获取信息服务于教学。名校、名师更应在网上传播自己的教法和经验，使大家受益。
量子力学的基础知识范文5
[关键词]三本院校 固体物理 教学模式
[中图分类号]O48-42 [文献标识码]A
一、引言
固体物理学是研究固体的微观结构、运动状态、物理性质及其相互关系的一门学科[1]。从历史上看，固体物理学的研究引发了晶体管、激光器等多项重大发明，并由此催生了微电子技术、激光技术、计算机技术、光通讯技术等一系列高新技术。这些新技术把人类的历史推进到了原子时代、信息时代、空间时代[2]。因此它不仅是物理系所有专业中的一门非常重要的专业基础课，也是微电子学专业非常重要的专业主干课。
固体物理学的起点是学生已有了热力学与统计物理、量子力学的基础[1]。但是对于三本院校的学生来说，他们的专业基础相对薄弱，这样势必会增加学生的心理负担，使固体物理教学很难达到预期效果。为了讲授这门课程，让学生对固体物理知识的理解和掌握达到教学目的的要求，就成为教研室与授课教师必须经常研究和探讨的问题。笔者结合三本院校学生的实际情况，针对在固体物理课程教学实践中发现的问题浅谈一些自己的看法和见解。
二、三本院校中固体物理学教学现状
在大众化教育的形势下，普通高校生源的知识结构及基本素质有了很大的变化[3]，特别是三本院校的学生。三本院校的学生学习固体物理过程中存在以下问题。
1.基础薄弱：三本院校的学生基础知识较薄弱，更无热力学与统计物理、量子力学基础，使这门课程的学习变得更加难以理解和把握，导致学生兴趣不高。
2.学习质量差：以往在教学的过程中，教师比较注重知识的传授而忽视了对学生学习方法的培养，并且对三本院校的学生来说，学习方法不当，缺乏积极性，导致学习质量差。
3.教学内容抽象：现有的固体物理教学基本上以教师讲解学生听课的模式为主，教学内容较多而且抽象枯燥，提不起学生兴趣。
4.教学方法单一：传统的教学方法往往习惯于以注入式灌输知识，且过于注重理论和书本的内容，缺乏对固体物理实际应用的介绍，不利于培养学生学以致用及创新能力。
综上所述，在教学环节中探求新的教学方法，采用新的教学手段，保证和提高课堂教学质量刻不容缓。
三、三本院校有效教学的探讨
针对三本院校学生的知识基础和心理特点，培养学生对固体物理的兴趣，至关重要。
1.选择适合三本院校学生特点的教学内容： 目前的固体物理教材一般都以详细的理论分析为主，数学推导较多。对三本院校学生来说，这样的教材仍然存在部分内容过于深奥的问题，特别是与量子力学有关的内容，学生较难掌握。因此教师在授课时不应照本宣科，应将某些偏重于繁琐数学推导的问题简化。
2.引入前沿课题：采用穿插式方法引入前沿内容。可以使学生们“渗透式”地了解有关前沿进展，从而可以拓宽学生们的视野，激发学生学习固体物理的兴趣[4]。
3.让学生充分参与教学：尽量让学生直接参与到教学活动中，在思想上变被动接受为主动参与，加深对抽象概念的理解。第一，尽量把抽象的概念提取到宏观或熟知的知识点中；通过熟知的知识来提问，引出抽象的结论。如：原子结合成晶体会释放能量，可通过水凝结成冰的过程来进行提问讲解；原子结合成晶体过程中会出现吸引力和排斥力，可举例Na离子和Cl离子的结合过程进行提问讲解。第二，讲解课程的重点难点后，通过例题及习题讲解的个别互动，充分引导、挖掘学生的思维并使其他学生理解。
4.采用板书和多媒体相结合的教学模式：第一，固体物理中，许多抽象理论及晶体结构可采用动画和图示效果以多媒体的形式呈现给学生。不但能使学生在视觉上直观的感受其物理过程所发生的变化，还能进一步加深对该过程中一些物理量的理解。如晶体结构可用图形展示使学生通过视觉的感受加深空间上的理解，使抽象具体化；如点缺陷的形成、一维单原子晶格的振动、晶体的对称性等，传统的教学中只能用静态的图像去展示，学生不易理解其变化过程，利用Flas完全可以把演化过程动态的展示出来，从而调动学生学习的积极性。第二，板书具有思路清晰、逻辑性强、能给学生充分的思考时间，加深对概念理论理解的特点。固体物理中，许多的公式、理论都需尽可能地采用板书的教学模式，其加强了教师和学生互动的同时，又充分体现了教师利用板书对学生的启发和引导的过程。因此，只有将教师在课堂中的主导作用与多媒体技术的辅助作用结合起来才能获得良好的教学效果。
5.以科学史话激励的教学模式：这种教学模式就是将物理学史的内容有机地揉人固体物理教学中，将所教授内容中涉及的科学家的简介、有关此教学内容的发明、发现经历、趣闻逸事，简明扼要地介绍给学生，既能提高学生的学习兴趣，又能起到教书育人的作用。如固体物理学中X射线衍射与晶体结构时，可简明地介绍其科学史话：晶体点阵理论提出时是一种非常超前的理论，当时没有实验手段能证明它。1895年伦琴发现X射线，1899年哈加和温德观测到X射线通过几nm的缝隙后稍有扩展而估计它的波长数量极约为10-10m。1912年劳厄（Laue）产生了一个极妙的想法： 假设晶体确实是点阵结构，就可作为天然光栅使X射线发生衍射. 但这种新颖的想法却受到包括伦琴本人在内的一些人嘲笑，并与劳厄打赌，限期一月。劳厄用ZnS屡试不成，交给两个研究生。就在他们感到山穷水尽，进行最后一次实验时，抱着试试看的心理将感光底片从晶体侧面移到后面，衍射图案出现了。这不仅证明了X射线是波长极短的光波，意义更为重大的是开创了一门新学科——X射线晶体学，晶体微观结构的玄妙之门从此逐渐向人类敞开了。众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处，科学研究的成功往往在再坚持几步。
四、结束语
三本院校是我国高等教育加快发展的新产物，也是我国高等教育大众化的一种制度创新，从其教育模式的特点及人才培养的目标来看，学生基础薄弱，在课程教学上应与普通本科有所不同。固体物理作为微电子学专业重要的专业基础课，针对在教学过程中存在的一些问题，，笔者以培养学生兴趣为目的从教学内容、教学方法及教学手段上探讨了教学模式。
[参考资料]
[1]曹全喜，雷天民，黄云霞，李桂芳.固体物理学基础.西安：西安电子科技大学出版社.2008：
[2]贺庆丽，杨涛，董庆彦.物理基地班固体物理课程的教学改革实践[J].高等理科教育，2003年第2期（总第48期）：88
[3]姜黎霞，母小云.应用型本科院校大学物理课程教学模式探讨.北京联合大学基础部中外教育研究，2009年6月，NO.6：18
量子力学的基础知识范文6
本文介绍了材料类专业大学物理教学现状，分析了目前教学中的不足，提出了大学物理除了培养学生基本自然科学素养外，还应为专业课程奠定物理基础，并针对性提出了优化大学物理课程内容和教学方法的建议，旨在提高材料类专业大学物理的教学质量。
关键词：
大学物理；材料类专业；教学改革
1引言
物理学研究的是物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及相互转化，它的基本理论是各个自然学科工程技术的基础，广泛的应用于生产、生活实际。大学物理课程则是以物理学的基本原理和基础应用为内容的高等学校理工科各专业学生一门重要的必修基础课，该课程是养成学生科学素养的重要组成部分，对培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题、解决问题的能力，以及探索精神和创新意识的培养等方面具有重要作用。同时，各理工类专业领域中都会涉及到物理学的基本原理、基本结论和基本方法，因而大学物理课程能为学生在后续的专业课程学习以及将来工作中解决生产技术问题，进行技术改造和技术创新奠定重要的基础，是合格的理工科毕业生、科技工作者和工程技术人员所必备的知识。对于不同专业，所需的物理知识侧重点是不同的，如电子类专业侧重于电磁学，化工类专业侧重于热学，机械类专业侧重于力学等。要充分发挥大学物理课程的作用，就应当根据各专业特点，合理安排大学物理内容，在教学过程中结合学生专业的需求有重点、有选择地进行物理教学。我们以材料类专业为基础，探讨分专业大学物理教学的教学模式。
2大学物理教学现状
2.1专业针对性不足
大学物理作为自然科学的基础，除了培养学生科学素养外，也应该起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用。然而目前很多高校各理工专业都采用相同或类似的教材和大纲。这种安排虽照顾到了物理学各个基本组成部分，但是内容庞大，容易让学生产生学习的畏惧感，同时也不能体现出各专业的特点以及对物理知识要求的侧重点的差异，容易让学生学无所用的感觉，从而影响学习的积极性，仅仅是应付了事。
2.2教学设计不合理
传统的大学物理教学，更多的偏重于理论知识教学，实践教学（包括课堂演示实验）偏少，容易造成理论和实践的脱节教学中有很多的专业术语和复杂繁琐的理论推导，需要学生很好的掌握高等数学知识。然而随着目前高校的扩招，很大部分学生的数学基础薄弱，学习中一旦理解不了，容易出现畏难和厌学情绪，从而影响学习效果。
2.3学时少，内容多
随着高校扩招，办学规模扩大以及专业技术的不断发展，高校的教学计划也在不断的调整，大学物理教学内容也一再压缩。根据教育部高等学校物理基础课程指导委员会颁布了《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》[1]，大学物理建议学时不少于126学时，但实际上目前各院校材料类专业大学物理课程学时普遍少于此建议。大学物理课程内容多，难度大，学时的压缩增大了教师教学难度，也导致学生难以在短时间内掌握如此多的知识。如何在短时间内教给学生足够的知识，对大学物理教学来说是一个不小的挑战[2]。
2.4教学手段单一
目前大学物理教学更多的是采用教师用多媒体讲授，学生被动接受的方式。这种以教师为中心的教学方式减少了学生和老师的互动交流，导致了学生的学习的主动性下降，课堂注意力不集中。如何运用形式多样的教学方法，提升学生的积极性，也是大学物理教学改革的方向。
3材料类专业大学物理的分专业教学改革
基于以上大学物理在教学中所遇到的问题和困难，笔者在本校材料类专业中进行了大学物理分专业教学的改革尝试。所谓分专业教学，即在满足培养学生基本物理科学素养的基础上，根据各专业的特点，合理制定不同的教学计划，弱化与专业关系不大的物理知识，加深与专业关系密切的部分教学，加强与专业相关的物理前沿科技介绍，为专业课程学习奠定良好的物理基础。通过改革明确学生学习的目的，提高学习兴趣。
3.1教学内容的调整
根据材料类专业课程特点，综合考虑学生的数学基础和专业培养方案，本着科学素养培养+材料专业物理基础的原则，结合材料学科发展趋势，对大学物理知识进行重组，形成材料类大学物理教学体系。
3.1.1热学
热性能是材料学研究的重要方面，如材料热膨胀、热传导等。目前的大学物理教材中只以理想气体为对象介绍热力学定律和分子动理论，对于固体和液体甚少提及。为此，笔者在讲授热力学定律时，同时介绍热力学定律对固体、液体的简单应用，介绍熵、焓的概念，并结合具体材料介绍相变概念。在介绍分子动理论时，以气体为研究对象，得出气体速率分布，并引出玻尔兹曼统计，简要介绍统计物理在材料学中的应用。
3.1.2光学
传统大学物理中光学部分主要讲解波动光学，包括光的干涉、衍射、光栅和光的偏振，着重在讲光程差计算、条纹特点、光强变化等，涉及到多个实验装置和大量公式，学生极易混淆，学习效果不好。因此我们弱化干涉，衍射条纹计算，减少实验装置，重点在相干叠加的物理思想。适当增加材料的光学性质介绍，如法拉第效应、光弹性效应等，增加光谱分析在材料检测中的应用。
3.1.3力学
力学是整个物理学的基础，材料的力学性能也是材料学研究的重要方向，而当前大学物理教学主要在质点运动学、动力学、机械振动和机械波。为与材料专业相适应，我们引入了弹性体力学和流体力学部分基础知识，让学生更多了解材料的力学性能及其研究方法。质点力学是力学的基础，讲授时我们特别强调物理研究的思想、物理概念和方法，如理想物理模型、矢量叠加原理、微元法等，培养学生科学的研究方法。
3.1.4电磁学
整个电磁学知识体系庞杂，学习难度大。其中静电场、稳恒磁场和电磁感应，是整个电磁学的基本，讲授时我们主要强调物理思想、概念和方法。导体和电介质、磁介质是描述材料的电磁性质的基础和基本方法，与材料专业密切相关，为此我们做了重点学习，让学生了解材料电磁性质的描述和研究方法。
3.1.5近现代物理
近现代物理主要包括相对论和量子物理。其中相对论与材料专业关系不大，因此，仅作简介，让学生了解基本的时空观概念。量子物理是研究微观粒子运动规律，而任何材料总是由基本粒子构成的，是材料研究的基础，然而量子物理知识复杂且难以理解，要求数学知识也较高，故仅介绍量子力学基本原理和原子物理的初步知识。
3.2教学方式改革
大多数大学教学中采用多媒体讲授式教学模式，即教师在讲台上讲，学生在下面听[3，4]。这种模式教学课堂传输知识量大，知识点和公式都直接投影在屏幕上，可以省去教师书写节省时间，但教学过程中过于依赖多媒体而忽略了板书，板书书写可以突出关键性的知识难点，学生也可以跟上老师的思维从而理解重要的知识点。因此在教学实践中，采用“多媒体+板书”的教学方式是有效的方式。物理作为一门实验学科，所有理论都需要通过实验验证，因此在ppt课件中，适当引入相关的动画和视频资料，可以起到事半功倍的效果，比教师枯燥的讲授要生动、深刻得多，既丰富了教学内容又开阔了学生视野。在教学过程中，启发式教学比满堂灌更能提起学生兴趣，教师要从现象引入，引导和启发学生进行积极思考，逐渐解开难题，教会学生用科学的思维方法解决问题。教学是个双向的过程，一定要加强师生间的互动，才能达到好的教学效果，教师要适时的提出问题，让学生思考回答。
4结语
总之，大学物理作为理工类专业的基础课，自有其重要性，我们需要重视大学物理的教学，既要培养学生自然科学的素养，又要架好和专业课程之间的桥梁。实践证明，考虑到材料类专业自身特点，本文中提到的教学改革方法能有效提高学生学习兴趣和物理素养，奠定专业学习必要的物理基础。然而，大学物理课程改革是一个复杂的系统过程，我们需要坚持不懈的进行研究和探索，完善教学体系，充分利用课堂时间，达到更好的教学效果。
作者：白浪 单位：攀枝花学院材料工程学院
参考文献：
[1]教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会．非物理类理工科大学物理课程教学基本要求[J]．物理与工程，2006，16(5)，1~8.
[2]程南璞.材料类专业中数理方法课程的改革与实践[J].西南师范大学学报（自然科学版），2011，36(2):202-205.
