量子力学理论范例

摘要：随着我国科学技术水平不断提高，我国通信技术当前已经进入全新发展阶段。通信技术在现代信息技术中占据重要位置，改变了人们传统的信息交流和交换方式，在信息技术快速发展的背景下，量子通信技术研究逐渐取得突破，成为通信技术发展中的重要方向，但是因为技术发展不够成熟，还存在着一些问题需要解决，才能够提高通信质量。因此，本文将对量子通信技术发展中存在的问题进行深入的研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进我国通信技术水平提升。

关键词：量子技术；量子通信技术；存在问题；技术优势；发展前景

量子通信技术相比于传统的通信技术而言，其信息传输速率更快，保密性更强，是当前世界各国在通信技术研究领域的重要内容。量子通信技术基于量子力学原理，将微观世界的物质特征应用在通信领域中，在保持较高信息传输速率的同时，在通信加密方面具有较大优势，逐渐成为当前通信技术领域研究的热门话题。量子通信技术研究对于提高通信质量有着重要的意义，且当前量子通信技术研究正处于关键阶段，所以必须准确掌握量子通信技术中存在的问题，对问题进行优化创新，才能够全面提高我国量子通信技术水平。

1   量子通信技术内涵分析

1.1 量子通信技术基本概念

量子通信是采用量子相干叠加、量子纠缠效应完成信息传输的一种通信技术，主要包括量子理论和信息理论。从物理学层面出发，量子通信技术是物理极限下采用量子效应实现高性能通信的一种技术，具有物理原理的信息绝对安全性，能够有效解决传统通信技术中无法解决的多项问题[1]。从信息学层面出发，量子通信技术采用量子的不可复制特性和隐性传输特性，通过量子测量方式完成信息传输。量子通信技术中传输信息不是经典信息，而是量子所携带的量子信息，与传统通信技术相比具有多项优势，标志着未来通信技术全新发展方向。

1.2 量子通信技术发展

[摘要]科技创新是一种复杂现象,传统视角下引入复杂科学思想方法是深化科技创新研究的必由之路。尝试从复杂科学与科技哲学相交叉的独特视角出发,揭示科技创新的科研技术，主要是倒置显微镜技术。它是近年来一种新型的显微镜操作技术，是指在高倍复式显微镜下，采用一种可以控制显微注射针即显微操作器对细胞进行操作的一种技术方法，目前在免疫学、细胞学、植物学等各个领域被广泛使用。在此背景下，对倒置显微镜技术结合传统的科技创新研究,探究其在各领域的具体应用，并对倒置显微镜技术的发展趋势进行分析。从无序中发现有序,从复杂中寻求简单,发现复杂科学与科技哲学交叉视野中的科技创新。

[关键词]科技创新；复杂科学；倒置显微镜技术

自哥白尼以来的近代科学史,在探索简单系统的时候可以确定和预言简单系统的全部行为。以至精密自然科学几乎将人们的兴趣转向复杂系统,终于使复杂科学应运而生。复杂科学,在复杂系统中完全排除拉普拉斯决定论，揭示出来的某些简单性法则。

1科技创新的复杂性与局限性

科技创新系统受许多因素制约的复杂系统，最简单的天体力学三体系统,也具有不稳定性和非线性特征,第三者最终会被抛出系统。科技创新系统的影响因子外在表象呈现出纷繁复杂姿态。人们对它的研究长期以来还基本不可预测。在19世纪，物理学天空只剩下两朵乌云,然而5年以后的相对论革命打破了预言，重大的创新成果与杰出的创新大师往往层出不穷。爱因斯坦独创相对论,袁隆平成为“杂交水稻之父”都离不开定量预测重大科技创新成果。但是,我们仍然要对沿着这一方面究其基本视角,主要是哲学经济学的视角,哲学视角以宏观理性见长,经济学视角以应用操作胜出,可以互相启发,但也都有传统视角的局限性。

2显微镜科技创新的新方法

深化科技创新研究的路径,可以加强科技创新的计量统计分析,走世界主流经济学发展之路,也会有一定成效但困难较大,因为科技创新不确定因素大,不适用于一般的数理模型,必须要以宏观定性分析开辟新的研究路径。在科学发展的领域,是一个被忽视的无人区,这就是复杂科学与科技哲学的交叉领域。目前“复杂性”研究已经成为当代科学的前沿是极小——如分子、原子、基本粒子等。尽管对科学家来说,极小和极大的研究具有永恒的魅力,但重心正向生物学转移解释生命和社会现象的障碍。我们可以说最大的挑战是对倒置显微镜的结构特点和主要应用来分析。倒置显微镜可以用于细胞、微生物的观察在免疫学、细胞学等领域发挥十分重要的作用。倒置显微镜技术的科技创新方法主要体现在倒置显微镜本身仪器精化，在倒置显微镜仪器本身方面，提高仪的使用效率以及有效提高其分辨率，使倒置显微镜技术能够观察到更加精细的结构，同时将计算机技术与倒置显微镜技术有效结合，促进仪器的操作技术准确化。

摘要：通过具体的实例探究在大学物理教学过程中把思想政治教育和文化素质教育恰当融合，实现既教书又育人，充分落实高校的立身之本在于立德树人的精神。

关键词：大学物理;教学理念;教学内容;课程思政

在高校政治思想会议上指出高校的立身之本在于立德树人，要充分利用好高校的各个渠道特别是课堂教学这个主渠道，把思想教育和文化素质教育融合，实现各门课程的教育教学的全过程育人、全方位育人。要将高校思想政治教育融入到其它课程教学和改革的各环节、各方面，形成一个协同效应[1]。怎样把大学物理课程与思政教育结合起来是我们每位大学物理教师要探究的课题。本文从以下几个方面对大学物理教学过程融入思政进行了探索。

1教师要树立新的教育教学理念

无论是进行基础课程教学还是专业课程教学，教师时刻都应该记住我们的使命是教书育人，既要对学生进行文化知识的传授和能力的培养，又要结合课程内容对学生进行思想政治教育[2]，引导他们树立正确的人生观和价值观，先天下之忧而忧,后天下之乐而乐，为建设繁荣昌盛的社会主义祖国而勤奋学习。

2思想政治教育融入大学物理课堂教学过程

2.1大学物理课程教学大纲要体现课程思政

摘要:高中历史课中关于学科交叉内容的教学应该引起广泛关注。教师在教学时应努力打通学科壁垒，促进学生全面发展。如讲授“物理学的重大进展”一课时，应深入研究课标要求，精心备课，通过讲授学科意义上的物理学等，使学生理解物理学学科的内涵、特点;通过讲授亚里士多德对物理学发展的历史性贡献，使学生认识物理学科的历史传承性;通过讲授物理学思想方法等，使学生理解物理学科的文化属性。最终使学生融合科技与人文两种文化，认识物理学理论在自然科学理论发展中的历史地位和意义。

关键词:历史教学;交叉学科;文理相通;物理学

高中历史中，涉及历史学与文学、艺术学、经济学、教育学、自然科学等学科交叉的内容，如何在历史教学中恰当地处理这一内容，是广大一线历史教师面临的挑战。以人教版《历史3》(必修)第四单元“近代以来世界的科学发展历程”中第11课“物理学的重大进展”为例分析历史与物理学的交叉学科教学［1］。

一、深入研究课标要求

课标是教学中的重要依据，第11课课标要求:“了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。”从要求中可以看出，学生只需要“了解”“知道”经典力学、相对论、量子论的主要内容，不必“掌握”与“应用”。众所周知，物理学是自然科学的基础，是一门高度定量、理论和实验高度结合的精确精密科学。学科本身的难度是比较大的。在历史教学中，不宜在物理内容的具体解释上过多展开，尤其是在相对论、量子论方面。事实上，“在学情方面，高二学生在物理学习中对经典力学有所了解，具有一定的知识储备，但他们尚未学习过量子论和相对论等知识。”［2］在这种情况下，对于具体物理知识而言，教师只需要依据教材内容和参考资料，做适度讲解即可。课标要求学生认识物理学理论在自然科学理论发展中的历史地位和意义，这应该是历史教学的重点。如何把握这一重点?笔者认为，首先要理解物理学学科的内涵和特点;其次要认识物理学科的历史传承性;最后要理解物理学科的文化属性。

二、物理学的内涵及特点

物理学经历了五次理论的大综合(牛顿力学的建立、能量守恒定律的建立、电磁理论的建立、相对论的建立、量子理论的建立)，极大地推动了社会生产力的进步，引发了蒸汽技术时代、电气技术时代、信息技术时代的到来。物理学对人们生活水平的提高所起的作用也是有目共睹的，无需多言。但究竟什么是物理学?很多学生认为物理学就是一些机械设备、电子设备、光学仪器等的集合。在这样的认知下，当看到教材中出现的“经典力学”“相对论的创立”“量子论的诞生与发展”等条目时，会产生“这是物理学吗”“这是有趣的物理学吗”“这是五彩缤纷的物理学吗”等一系列疑问而不知所措。此时，教师要因势利导并告诉学生，大家熟知的家用电器、能源技术、半导体技术以及激光技术等高新技术都是物理学在社会生产生活中的广泛应用。而学科意义上的物理学，是研究自然界最基本的物质结构与运动规律、最普遍的相互作用以及所使用的实验手段和思维方法的自然科学，其包含三个系统:知识系统、原理与方法系统、实物系统［3］。物理学知识系统按研究对象划分，已包含高能物理学、原子分子物理学、凝聚态物理学、天体物理学等;按研究要素可包含物质、能量、空间、时间及它们的相互作用等;按理论体系可包含经典力学、相对论、量子论等。教材中主要介绍的是物理学理论体系。“追随一个伟大的物理学理论行进，看看它宏伟地展现了它从初始假设出发的规则的演绎，看看它的推论描述了众多的实验定律直至最小的细节，人们不能不被这样的结构之美而陶醉，不能不敏锐地感到这样的人的心智的创造物真正是艺术作品。”［4］物理学理论是通过概念的抽象和定义、为数很少的基理、规则的数学运算演绎建立起来的既能解释已有现象又能准确预言未知实验结果的命题体系。我们知道，自然界提供的事实不可胜数，人们不可能把所有事实都变为记忆并传播。但当人们把个体事实中的带有普遍性的共同点抽取出来，继而形成物理学概念及定律即命题而代替了大量的具体事实时，人们就可以通过命题方便地记忆并传播事实。当然，物理学进一步把这些命题浓缩在为数很少的基理中，根据这些基理，人们能够无遗漏、无重复地演绎出所有的物理学定律，大大减轻了人们的心智负担。经典力学、相对论等就是这样的理论体系。经典力学建立在力学三定律之上;电动力学建立在“场”和麦克斯韦方程组之上;狭义相对论建立在光速不变和相对性原理之上;广义相对论建立在等效原理和广义协变原理之上;量子力学建立在波函数和薛定谔方程之上。就像文件盒上的标签，有逻辑地把不是同一类的文档分开，人们能迅速找到所需要的文档，而不至于乱找或拿错。同样，物理学理论能够使人们准确找到可以解决给定问题的定律，这让物理学定律群变得更易掌握，变得更美。物理学原理系统包含真理性原理、简单性原理、统一性原理等;方法系统包含演绎归纳法、类比联想法、猜测试探法、模型化方法、实验方法等。物理学实物系统包括为探究物理问题而制作的粒子加速器、激光器、天文望远镜等专业仪器设备。

[摘要]有机化学是化学专业以及应用化学专业的一门必修专业基础课。有机化学课程内容较繁杂，理论性较强，抽象的知识点也多，是学生学习起来比较吃力的课程之一。根据有机化学理论课程的特点，结合教学实际情况，本文探讨了计算机多媒体技术在有机化学各模块教学中的应用及优点。通过在教学过程结合多媒体技术的使用，有效提高了学生的学习兴趣以及积极性，产生了较好的教学效果。

[关键词]有机化学；多媒体；教学；高等教育；化学专业

有机化学是高等学校化学专业以及应用化学专业的必修专业基础课程，是研究有机化合物的一门基础学科[1]。有机化学理论课程包含的内容较广，涵盖有机化合物的微观分子结构、反应机理、宏观物理化学性质以及有机合成等方面。有机化学既包含一些传统的化学键以及化学反应概念，也有来自量子力学的电子云、原子及分子轨道等概念。有机分子的结构复杂，涉及碳链异构、位置异构、官能团异构、对映异构和非对映异构等同分异构概念，学习这些概念对学生的空间想象力以及逻辑思维能力等都有一定的要求。此外，有机化学中的反应历程和立体化学选择性依赖于有机分子的三维空间结构。一方面，对于老师而言，在有限时间内画出复杂有机分子的空间结构或是将一个复杂的反应机理用精炼的语言讲清楚都是较有挑战的问题。另一方面，对学生来说，有机化学按照官能团分类导致知识点相对零散，涉及空间结构的理论知识学习难度较大，自学容易受到挫折，导致自主学习的动力不足，效果也不佳。在压缩课时成为高等教育教学改革的大趋势之后，众多高校减少了包括有机化学在内的各种课程的理论教学课时，但是教学内容并没有显著的变化[2]。这就对于有机化学的理论讲授提出了更高的要求，亦即教师如何在更少的时间内完成相关知识的传授并达到较好的效果。为了增强学生的学习积极性以及学习成效，国内众多高校教师对于有机化学的理论教学改革开展了探讨，认为多媒体对于压缩课时背景下的理论教学可以起到很好的辅助作用[3-7]。多媒体技术在高等教育中已经得到了广泛的应用，通过计算机和投影仪将事先做准备好的课件(可以包含图像、动画、音频和视频等内容)投影到大屏幕上，可减少老师的简单重复劳动而节约大量时间。以有机物为例，常见分子结构可以制造成三维球棍模型。在ChemDraw、Gaussview以及Chemoffice等专业化学作图软件的支持下，这些结构模型可以很容易实现旋转、平移以及缩放等效果[8-9]，增加了知识点的可读性与趣味性从而提高学生的学习兴趣及效果。

1多媒体技术在近代价键理论中的应用

绪论是有机化学的第一章，也是打下学习基调的重要章节。为了让学生保持较高的学习兴趣，一种方案是让学生了解有机化学的发展历史以及在国民经济以及社会生活中的重要作用，并让他们意识到有机化学的学习有规律可循，无需焦虑。对于原子与分子轨道的理解需要引入近代价键理论，涉及量子化学波函数以及原子、分子轨道等抽象概念。为吸引学生兴趣，我们在课上介绍了量子力学的发展历史、在量子力学发展中起到重大作用的德布罗意、薛定谔、波尔、爱因斯坦、海森堡、狄拉克等著名科学家。我们也给学生讲解了吴有训、叶企孙和王守竟等我国的老一辈学者在国外求学时也在量子力学领域做出了一些比较重要的贡献，从而增强学生的民族自豪感和民族自信心。这些历史人物的照片以及参考资料以幻灯片的方式展示给学生，让学生在瞻仰前辈学者形象的同时也能汲取他们锐意创新进取的精神。在介绍电子波函数的时候，我们将几种典型的波函数通过三维彩图的方式投影在屏幕上，在不同相位标注上不同的颜色，这样分子的化学键或者是反键对应的电子云分布就能看得很清楚。我们也针对碳原子的不同杂化情况，用三维作图软件画出了相应的杂化轨道以及电子云分布彩图。和教科书上的二维黑白图片相比，ChemDraw、Gaussview以及Chemoffice等专业化学作图软件提供的三维空间彩图能揭示更多细节。通过这些信息的综合展示，学生在有限的时间里对于分子的微观结构有了更加感性的认识，提高了学习的信心。

2多媒体技术在烷烃以及环烷烃结构与性质中的应用

在烷烃与环烷烃的章节内容中涉及到碳原子的sp3杂化。传统的结构式写法是将分子用平面结构的方式画出来，但是实际即使是直链烷烃分子的碳链也是以锯齿状弯曲的方式，而环烷烃的结构也并非是平面结构。我们用多媒体技术展示这些分子结构的球棍模型，其中不同大小和不同颜色的球来表示不同的原子，细棍则表示两个原子之间的化学键。根据这些三维模型，学生可以清楚地看出直链烷烃分子的碳骨架呈锯齿形状，环烷烃的碳原子则以船型或椅型构象作为其稳定结构，而较小的环烷烃的碳原子也并不处在同一个平面上，这样也能容易理解小环的张力问题。为了让学生更好地理解构象的概念，我们在软件中操作乙烷分子模型中的一个CH3基团发生转动，通过透视角度来看两个基团的相对位置，让学生直观理解分子构象的概念。在教材中只将烷烃的一部分热力学参数做成了图，我们则进一步将表格中给出的燃烧热、生成热等信息也做成图，这样学生能更方便地看到烷烃的性质随着烷烃碳链长度的变化趋势。而在涉及烷烃的氯化反应时，我们用卡通动画来形象地显示一个氯分子在吸收光子之后变成两个氯原子，之后氯原子又和甲烷分子碰撞产生甲基自由基以及氯化氢分子，甲基自由基又进一步和氯分子产生氯甲烷以及氯原子的一系列自由基链反应过程。这些都切实提高了学生的注意力，提高了他们参与课堂的积极性。

一、多媒体与三维模型的应用

随着计算机的普及和利用，多媒体教室普遍存在，并被广泛使用。多媒体教学手段的利用，有助于学生对固体微观结构的理解。例如，可以通过视频或PowerPoint文件，可以直观地展示晶体的微观结构、原胞的选取、原胞的形状等。与传统板书相比，利用多媒体呈现并分析固体的微观结构以及晶体的结构特征，对教师而言，更加省时、省力；几何关系的表达也更为准确，便于学生的理解。此外，若能结合三维的原子实物模型，那么，固体的微观结构将能更为直观地展现在学生眼前。多媒体与三维模型的应用对于学生理解固体的微观结构、晶格的周期性、原胞、晶体的对称性等基础概念很有好处。当然，多媒体教学也存在着一定的局限性。例如，在公式的推导、基础概念的讲解等方面，板书其实更受学生的欢迎。与多媒体教学相比，板书的节奏慢，师生间可以有较多的互动；学生相对容易跟上教师思考问题、解决问题的步伐，学生也能有较充分的时间来理解各个知识点、梳理要点以及做笔记等。因此，多媒体教学还需适当地与传统板书相结合才能达到较好的教学效果。

二、教学内容的取舍

由于固体物理学融合了普通物理、热力学与统计物理、量子力学、晶体学等多学科的知识，其知识面广、量大，在有限的学时里，不可能面面俱到地讨论固体物理学所涉及的所有知识点。因此，实际教学中可以结合本专业的特色，有选择地取舍部分教学内容。例如，侧重固体热学性质的专业可以考虑以晶格振动等内容为主；而侧重微电子的专业则可以考虑以能带理论、半导体中的电子等内容为主。当然，一些多个领域都涉及到的基础知识也应是这门课程不可缺少的一部分内容。固体的微观结构和结合方式是固体物理学的基础，因此，晶体的结构和晶体的结合等知识点应是这门课程的基础知识之一。考虑到理想晶格由原子实和电子组成，晶格的运动主要在晶格振动等部分讨论；而电子的运动主要在能带理论等部分讨论，具体还可以分为金属中电子的运动和半导体中电子的运动等部分。尽管这原子实和电子的运动实际上相互联系，但很多时候，可以分别侧重讨论。此外，实际晶体也并非理想晶体；实际晶体除了有边界之外，也常含有缺陷。但在许多情况下，晶格的振动、电子的运动和缺陷的影响依然可以依据实际情况分别讨论，并得到与实际较为符合的理论结果。因此，晶格振动、能带理论和缺陷等知识点之间相对独立，或可根据各专业的实际情况取舍部分教学内容。在许多固体物理学的教材中，例如黄昆等的《固体物理学》教材和阎守胜的《固体物理基础》教材，密度泛函理论并没有被提到。事实上，密度泛函理论是一个被广泛使用的基础理论，它是凝聚态物理前言研究的有效手段之一，也是材料设计的一种有效方法。教学过程中，教师可以结合各专业的实际情况介绍一些密度泛函理论的基础知识。同时，还可以介绍一些最新的相关研究进展，以拓展学生的知识面、提高学生的学习兴趣。

三、模块化的教学形式

如前所述，固体物理学中的许多知识点间相对独立；基于这门课程的特征，教师在教学过程中可以考虑模块化的教学形式，以子课题的形式将相应内容呈现给学生。可能的模块如：讨论晶体的结构和晶体的结合方式的基础模块———晶体的结构与结合；讨论晶体中原子实运动的模块———晶格振动；讨论晶体中电子运动的模块———能带理论；讨论实际晶体中可能存在的缺陷的模块———晶体的缺陷等；其中，能带理论部分还可分为：近自由电子模型、紧束缚模型、赝势方法等数个部分。这样做首先有利于教学内容的取舍；其次，有利于学生对各知识点的理解、有利于学生梳理清楚各个知识点之间的关系。此外，固体物理学是凝聚态物理前沿研究的基础之一；其基础知识、理论推导、实验背景以及处理问题的方式方法等，都是开展凝聚态物理研究的基础。而模块化教学，以课题研究的形式提出问题、解决问题，将教学内容以问题为导向呈现给学生，这有助于培养学生的学习能力和解决实际问题的能力。而且，课题研究的教学模式，既是在教授学生知识，也是在开展科研，有助于提高学生对科研的认识、有助于培养学生的科研能力。这种课题研究的模块化教学形式还可以结合基于原始问题的教学来开展。

四、基于原始问题的教学

摘要：

西南石油大学培养以“油”和“气”为特色和优势的安全工程专业本科生。长期的教学实践证明，《物理化学》是安全工程专业必不可少的课程。本论文围绕我校安全工程专业特色对《物理化学》课堂教学进行了针对性的改革和探索。

关键词：

物理化学；安全工程；课堂教学；改革和探索

物理化学是化学学科的一个重要分支，被誉为化学中的“哲学”。物理化学综合运用化学、物理、数学等基础知识，剖析化学反应等过程的本质，并分析和解决化学变化和部分物理变化过程中遇到的理论问题，并上升为一般规律，为后续课程奠定坚实的理论基础[1]。绝大部分高校将物理化学作为安全工程专业本科生必修的一门基础课程。各个学校根据自身发展方向和特色，针对安全工程专业制定了不同培养方案。例如，西南石油大学及中国石油大学，以石油天然气为发展特色，因此，在制定安全专业培养方案时，主要围绕石油与天然气采输、油气化工生产等行业制定培养方案，力求培养出具备油气化工生产、石油与天然气采输等专业背景知识的安全工程与技术、安全设计与控制、安全教育与评价以及安全监察与管理等方面的适应我国发展的人才，能在企事业单位进行安全管理，能在政府部门进行安全监察，能从事安全工程与管理方面的研究、设计、评价和咨询等工作的高素质复合型专业人才。南京理工大学主要围绕燃烧、爆炸的理论及防治技术制定安全工程专业培养方案，力求培养出能从事危险源辨识与评价、安全技术研究与设计、安全检测与控制、安全管理等方面的高素质人才。中国地质大学（北京）主要围绕地矿、建筑、煤炭、化工、交通、民航等行业制定培养方案，力求培养出从事安全管理、监察和科研的“管理+技术”的综合性高级人才。从上述这些学校的培养方案可以看出，物理化学基本理论，如相平衡、电化学、化学动力学、表面物理化学、胶体化学等，在安全工程与技术领域有广泛应用，有的甚至是实际安全生产中的应用，比如燃烧、爆炸等等。因此，物理化学在安全专业课程教学中占有很高的地位。我们针对服务于油气行业的安全工程专业，针对物理化学课程，在教学内容和方法等方面做了一些思考和探索。

一、针对性的改革和探索

（一）教学内容的“舍”与“得”

摘要：专业选修课是对必修课的补充和提升，有利于构建本科教育的完善专业知识体系。以辩证唯物主义哲学理论为导引，探索高校教学原则在本科教学实践中贯彻的科学路径，其宗旨是实现高校教学实践科学性和思想性的统一，使本科生在构建完善的专业知识体系的同时，树立辩证唯物主义的世界观。

关键词：高等教育；选修课；纳米材料导论；科学世界观

高等教育突出专业教育，高等学校根据自身的性质和社会需求设置专业，各个专业设置相应课程来完成专门人才定向培养。高校课程根据对专业的适用性可分为必修课程和选修课程。前者是重点讲授本专业必须掌握的基础知识和技能，教学内容具有系统性、完整性和相对稳定性，后者则是作为必修的一种补充，有利于培养学生专业特长，系统构建专业知识和专业技能。在高校教育目标实现过程中，高等学校教学原则始终处于指导地位。教学规则是根据教学目的和教学规律制定出来的对教学的基本要求，对教学过程实施起到约束和规范作用，是成功进行教学活动必须贯彻的准则。如何在教学实践环节中，灵活运用、落实高等学校教学原则，是高校教师必须直面的重要课题。纳米材料导论是苏州大学材料专业开设的选修课，重点介绍纳米材料的基本概念和基本性质，着重介绍纳米粒子、纳米薄膜、纳米固体等材料的制备方法和基本性能。该课作为材料学专业重要选修课之一，如何在教学过程中，深入践行高等学校教学原则是本文探究的重点。

一、教学实践中选修课教学的科学性与思想性统一

本科教育过程是专业科学知识体系构建过程，同时也是本科生世界观逐步确立的过程。高等学校教学的首要原则是科学性和思想性统一。科学性要求教学要客观传授专业科学理论，而思想性则要求教学要体现社会主义教育的政治方向，培养学生树立正确的世界观和人生观。在纳米材料导论课程教学过程中，针对纳米材料特性这一章节中，重点揭示材料构效关系中所蕴含的哲学原理，即利用唯物辩证法的量变质变关系原理引导学生认知纳米材料特性。材料是人类赖以生产和生活的物质基础。材料是客观的物质，纷繁的材料构成了多彩的物质世界，层次的划分使复杂的物质世界变得清晰而富于条理。物质可分为若干层次，每个层次又可分为若干个亚层次。目前，三层次理论为人们所共识，即以典型尺度划分，物质可分为微观、宏观、宇观三个层次，不同层次的物质服从不同的运动规律。微观世界到宏观世界尺寸的划分不应当是截然的，具有一定的模糊性，即它们之间必然存在一个介观，处于介观领域的物质其典型尺寸为1～100nm（小于1nm为微观世界；大于100nm为宏观世界），该范围也称为纳米尺寸范围。这一过渡区域的特点表现为宏观规律和微观规律的互相交叠。一方面，牛顿经典力学的规律尚起重要作用；另一方面，量子力学的各种效应已十分显著，其结果是出现了新的尺寸效应。其中，既有本构特性变化的尺寸效应，又有新的物理和化学机制出现的尺寸效应。具体表现为宏观块状物质的本构特性与特征尺寸无关，而当物质的特征尺寸减小到某一临界值时，其本构特性变成与特征尺寸相关，或者出现新的物理和化学机制，即纳米尺寸效应，其包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。团聚是纳米材料制备过程中材料尺寸控制的关键。纳米材料在制备过程中容易发生团聚，造成团聚发生的内因是由于纳米材料尺寸极小，比表面过大，比表面能过高，使材料体系处于不稳定状态，有自发通过接触团聚增大颗粒尺寸，降低比表面能使体系趋于稳定的趋势。造成团聚的外因是材料制备或煅烧过程中存在着范德华力、氢键和毛细管效应。这里小尺寸，高比表面能是团聚发生的根据，是第一位的，它决定着纳米材料团聚发生的基本趋势；而范德华力、氢键和毛细管效应是团聚发生的外部条件，它是第二位的，对事物的发展起着加速或促进作用，外因必须通过内因而起作用。学生通过辩证分析，在掌握教学知识点的同时，确立辩证唯物主义科学世界观，实现了纳米材料教学实践中科学性和思想性的统一。

二、纳米材料导论教学中实践教学与科学研究相结合

本科教育过程是知识的传承，更是科学研究方法的领略，通过个性的抽象思考，领悟共性的哲学精髓，将会开启本科生的创新之路。高教理论研究表明，探索、研究的本质是对未知领域的求索，而教学是已知的传承，二者的区别在于认识的客观对象不同，任务也不一样。但是两种认识过程又是互相依存和互相转化的。在专业选修课教学过程中，高校教师在传授系统知识的同时，有必要向学生传授一些科学研究的思维方法，在学生的兴趣中埋下探索的火种，实现科学思维的启迪。尖晶石型氮氧化物是一种新型的陶瓷材料，具有出色的光学性能、力学性能、热学性能、介电性能等，但氮氧铝制备相当复杂。尖晶石型氮氧化铝合成有三种方法，最普遍的方法是碳热还原氮化氧化铝法；第二种方法以金属铝为原料，借助燃烧反应来氧化氮化制备氮氧化铝；第三种方法是用气相反应合成氮氧化铝。这些方法的共同的特点是制备过程必须在高温下进行，高温、氮气、金属铝是合成不可缺少的条件；碳热还原氮化氧化法中，高温、氮、碳是必备的条件，因此，只要具备上述两种条件，就能够合成氮氧铝。经典爆轰理论表明，含能材料TNT爆轰，瞬间可释放出很高的能量，形成高温、高压、强冲击波能量场，高温、氮、碳均已具备的条件下，适当引入铝粉，就可以实现氮氧铝的制备。通过对自己课题组已有科研成果的介绍，将具体的思考方法传授给学生，经过综述、归纳分析，让学生感受到创新不光是靠偶然的灵感和顿悟，是有章法可循的。这种将研究方法和教学方法相互渗透的方式，能有效启迪学生们的创造性思维。