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量子力學(xué)發(fā)展史范文第1篇

量子力學(xué)是近代物理的兩大支柱之一，它的建立是20世紀(jì)劃時(shí)代的成就之一，可以毫不夸張地說(shuō)沒(méi)有量子力學(xué)的建立，就沒(méi)有人類的現(xiàn)代物質(zhì)文明[1]。大批優(yōu)秀的物理學(xué)家對(duì)原子物理的深入研究打開(kāi)了量子力學(xué)的大門(mén)，這一人類新的認(rèn)知很快延伸并運(yùn)用到很多物理學(xué)領(lǐng)域，并且，導(dǎo)致了很多物理分支的誕生，如：核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理和激光物理等[2]。量子力學(xué)在近代物理中的地位如此之重，所以成為物理專業(yè)學(xué)生最重要的課程之一。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍感到量子力學(xué)太過(guò)抽象、難以掌握。如何改革教學(xué)內(nèi)容，將量子力學(xué)的基本觀點(diǎn)由淺入深，使學(xué)生易于理解；如何改革教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生興趣，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。這是量子力學(xué)教學(xué)中遇到的主要問(wèn)題。作者從幾年的教學(xué)中摸索到一些經(jīng)驗(yàn)，供大家參考。

一、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

傳統(tǒng)的本科量子力學(xué)教學(xué)一般包括了三大部分：第一部分是關(guān)于粒子的波粒二象性，正是因?yàn)槲⒂^粒子同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，才造成了一些牛頓力學(xué)無(wú)法解釋的新現(xiàn)象，例如測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系、量子隧道效應(yīng)等等；第二部分是介紹量子力學(xué)的基本原理，這部分是量子力學(xué)的核心內(nèi)容，如波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋、態(tài)疊加原理、電子自旋等；第三部分是量子力學(xué)的一些應(yīng)用，如定態(tài)薛定諤方程的求解，微擾方法。以上三個(gè)部分相互聯(lián)系構(gòu)成了量子力學(xué)的整體框架[3]。隨著量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生了很多新的現(xiàn)象和成果。例如量子通訊、量子計(jì)算機(jī)等等。許多學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的興趣就是從這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴的新成果中得到的。如果我們?nèi)园磦鹘y(tǒng)的內(nèi)容授課，學(xué)生學(xué)完了這門(mén)課程發(fā)現(xiàn)感興趣的那點(diǎn)東西完全沒(méi)有接觸到，就會(huì)對(duì)所學(xué)的量子力學(xué)感到懷疑，而且極大地挫傷了學(xué)習(xí)自然科學(xué)的興趣。所以作者建議在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)添加一些量子力學(xué)的新成果和新現(xiàn)象，來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。在教學(xué)方法上也應(yīng)該按照量子力學(xué)的特點(diǎn)有所改革。由于量子力學(xué)的許多觀點(diǎn)和經(jīng)典力學(xué)完全不同，如果我們還是按照經(jīng)典力學(xué)的方法來(lái)講，就會(huì)引起學(xué)生思維上的混亂，所以建議從一開(kāi)始就建立全新的量子觀點(diǎn)。例如軌道是一經(jīng)典概念，在講授玻爾的氫原子模型時(shí)仍然采用了軌道的概念，但在講到后面又說(shuō)軌道的概念是不對(duì)的，這樣學(xué)生就會(huì)懷疑老師講錯(cuò)誤的內(nèi)容教給了他們，形成邏輯上的混亂。我們應(yīng)該從一開(kāi)始就建立量子的觀點(diǎn)，淡化軌道的概念，這樣學(xué)生更容易接受。

二、重視緒論課的教學(xué)

興趣是最好的老師。作為量子力學(xué)課程的第一節(jié)課，緒論課的講授效果對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣影響很大，所以緒論課直接影響到學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)量子力學(xué)這門(mén)課程的態(tài)度。當(dāng)然很多學(xué)生非常重視這門(mén)課程，但學(xué)這門(mén)課的主要目的是為將來(lái)參加研究生入學(xué)考試，僅僅只是在行動(dòng)上重視，而沒(méi)有從思想上重視起來(lái)。如何使這部分學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)量子力學(xué)變?yōu)橹鲃?dòng)地學(xué)習(xí)，這就要從第一節(jié)課開(kāi)始培養(yǎng)。在上緒論課時(shí)作者主要通過(guò)以下幾點(diǎn)來(lái)抓住學(xué)生的興趣。首先列舉早期與量子力學(xué)相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)得主歷來(lái)都是萬(wàn)眾矚目的人物，學(xué)生當(dāng)然也會(huì)有所關(guān)心，而且這些諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的主要工作在量子力學(xué)這門(mén)課程中都會(huì)一一介紹，這樣一方面通過(guò)舉例子的方法強(qiáng)調(diào)了量子力學(xué)在自然科學(xué)中的重要地位，另一方面為學(xué)生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎(jiǎng)留下懸念。抓住學(xué)生興趣的第二個(gè)主要方法是列舉一些量子力學(xué)中奇特的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生探索奧秘的動(dòng)力，例如波粒二象性帶來(lái)的“穿墻術(shù)”、量子通訊、如何測(cè)量太陽(yáng)表面溫度等等，這些都很能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。綜上所述，緒論課的教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中至關(guān)重要，是引導(dǎo)學(xué)生打開(kāi)量子力學(xué)廣闊天地的一把鑰匙。

三、重視物理學(xué)史的引入

隨著量子力學(xué)學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生會(huì)接觸到越來(lái)越多的數(shù)學(xué)公式以及數(shù)學(xué)物理方法的內(nèi)容，雖然學(xué)生會(huì)對(duì)量子力學(xué)的博大精深以及人類認(rèn)知能力驚嘆不已，但在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)越來(lái)越枯燥乏味。并且，學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣和信息在這個(gè)時(shí)候受到很大的考驗(yàn)，想要把豐碩的量子力學(xué)成果以及博大精深的內(nèi)涵傳達(dá)給學(xué)生，就得在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)際上，很多學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展史有很濃厚的興趣，甚至成為學(xué)生閑聊的素材，因此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候講述量子力學(xué)發(fā)展史可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和熱情。在講授過(guò)程中，可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，融入量子力學(xué)發(fā)展史中的名人逸事和照片，如：索爾維會(huì)議上的大量有趣爭(zhēng)論和物理學(xué)界智慧之腦的“明星照”，或用簡(jiǎn)單的方法用板書(shū)的形式推導(dǎo)量子力學(xué)公式。例如在講到黑體輻射時(shí)，作者講到普朗克僅僅用了插值的方法，就給出了一個(gè)完美的黑體輻射公式。而插值的方法普通的本科生都能熟練掌握，這一方面鼓勵(lì)學(xué)生：看起來(lái)很高深的學(xué)問(wèn)，其實(shí)都是由很簡(jiǎn)單的一系列知識(shí)組成，我們每個(gè)人都有可能在科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中做出自己的貢獻(xiàn)；另一方面教導(dǎo)學(xué)生，不要看不起很細(xì)微的東西，偉大的成就往往就是從這些地方開(kāi)始。在講到普朗克為了自己提出的理論感到后悔，甚至想盡一切的辦法推翻自己的理論時(shí)，告訴學(xué)生科研的道路并不是一帆風(fēng)順的，堅(jiān)持自己的信念有時(shí)候比學(xué)習(xí)更多的知識(shí)還要重要。在講到德布羅意如何從一個(gè)紈绔子弟成長(zhǎng)為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者；在講到薛定諤如何在不被導(dǎo)師重視的條件下建立了波動(dòng)力學(xué)；在講到海森堡如何為了重獲玻爾的青睞，而建立了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系；在講到烏倫貝爾和古茲米特兩個(gè)年輕人如何大膽“猜測(cè)”，提出了電子自旋假設(shè)，這些學(xué)生都聽(tīng)得津津有味。這些小故事不僅讓學(xué)生從中掌握的量子力學(xué)的基本觀點(diǎn)和發(fā)展過(guò)程，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維方法和科研品質(zhì)都有很大幫助。

四、教學(xué)手段的改革

量子力學(xué)中有很多比較抽象原理、概念、推導(dǎo)過(guò)程和現(xiàn)象，這增加了學(xué)生理解的難度。而且在授課過(guò)程中有大量的公式推導(dǎo)過(guò)程，非常的枯燥。所以在教學(xué)過(guò)程中穿插一些多媒體的教學(xué)形式，多媒體的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，比如：把瞬間的過(guò)程隨意地延長(zhǎng)和縮短，把復(fù)雜的難以用語(yǔ)言描述的過(guò)程用動(dòng)畫(huà)或圖片的形式分解成詳細(xì)的直觀的步驟表達(dá)清楚[5]。相對(duì)于經(jīng)典物理來(lái)說(shuō)，量子力學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)并不多，在講解康普頓散射、史特恩-蓋拉赫等實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以運(yùn)用多媒體技術(shù)，采用圖形圖像的形式模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。用合適的教學(xué)軟件對(duì)真實(shí)情景再現(xiàn)和模擬，讓學(xué)生多冊(cè)觀察模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。量子力學(xué)的一些東西不容易用語(yǔ)言表達(dá)清楚，在頭腦中想象也不是簡(jiǎn)單的事情，多媒體的應(yīng)用可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的這塊短板，形象地模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解和記憶。比如電子衍射的實(shí)驗(yàn)，我們不僅可以用語(yǔ)言和書(shū)本上的圖片描述這個(gè)過(guò)程，還可以通過(guò)多媒體用動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)出來(lái)，讓電子通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式一個(gè)一個(gè)打到屏幕上，形成一個(gè)一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)來(lái)顯示出電子的粒子性；在快進(jìn)的形式描述足夠長(zhǎng)時(shí)間之后的情況，也就是得出電子的衍射圖樣，從而給出電子波動(dòng)性的結(jié)論和波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋，經(jīng)過(guò)這樣的教學(xué)形式，相信學(xué)生能夠更加深刻地理解微觀粒子的波粒二象性[6]。但在具體授課過(guò)程中不能完全地依賴于多媒體教學(xué)，例如在公式的推導(dǎo)過(guò)程中，傳統(tǒng)的板書(shū)就非常接近人本身的思維模式，容易讓學(xué)生掌握，如果用多媒體一帶而過(guò)，往往效果非常的不好。所以教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)并重，對(duì)于一些現(xiàn)象的東西多媒體表現(xiàn)更為出色；而一些理論方面的東西傳統(tǒng)的板書(shū)更為有利，兩者相互結(jié)合可以大大提高教學(xué)效率，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[7]。

五、加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的管理

量子力學(xué)發(fā)展史范文第2篇

只有讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性，才能使他們產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)起學(xué)習(xí)的動(dòng)力，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。

(1)結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)各學(xué)科的理論基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)化學(xué)為化學(xué)各學(xué)科提供理論指導(dǎo)，是聯(lián)系基礎(chǔ)化學(xué)與高等化學(xué)的階梯。結(jié)構(gòu)化學(xué)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。以學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的課程為例，無(wú)機(jī)化學(xué)中涉及了原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和配合物結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容;有機(jī)化學(xué)中運(yùn)用雜化軌道理論和分子軌道理論說(shuō)明有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，使用分子對(duì)稱性理論描述分子空間結(jié)構(gòu)，利用前線軌道理論解釋化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等;儀器分析中紫外光譜中的電子躍遷、紅外光譜中的簡(jiǎn)正振動(dòng)、X射線衍射等，都與結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)緊密相關(guān)。從這些學(xué)生熟悉的課程入手，可使他們很快體會(huì)到結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要基礎(chǔ)地位。

(2)結(jié)構(gòu)化學(xué)是分子設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

“結(jié)構(gòu)決定性能，性能反映結(jié)構(gòu)”。如果找到某類具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)的規(guī)律性，就能設(shè)計(jì)出性能更好的分子。結(jié)構(gòu)化學(xué)及在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算化學(xué)、分子模擬等對(duì)分子設(shè)計(jì)起理論指導(dǎo)作用。為了讓學(xué)生了解這方面的內(nèi)容，可用如下實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。首先以石墨烯為例。碳元素是自然界中分布廣泛并且與人類社會(huì)發(fā)展關(guān)系密切的重要元素。碳單質(zhì)有多種存在形式，主要有石墨、金剛石、富勒烯、碳納米管等，其中石墨烯由于其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性質(zhì)而成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在教學(xué)中可先向?qū)W生提出問(wèn)題:石墨烯的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢?這就要從石墨的結(jié)構(gòu)談起。石墨為層狀結(jié)構(gòu)，同層的碳原子間以sp2雜化形成平面共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子剩余一個(gè)p軌道未參與雜化，上面各有一個(gè)電子，這些p軌道互相平行且與sp2雜化軌道所在平面垂直，相互重疊形成離域大π鍵。π電子在整個(gè)碳原子平面方向運(yùn)動(dòng)，所以石墨可以導(dǎo)電和導(dǎo)熱，可以用來(lái)制作電極和坩堝。而石墨的層與層之間以微弱的范德華力相結(jié)合，容易斷開(kāi)而滑動(dòng)，所以石墨具有性，可以用來(lái)制作劑。石墨烯可以看做是只有一個(gè)原子層厚度的單層石墨片。2004年，石墨烯由英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的海姆和諾沃肖洛夫通過(guò)微機(jī)械力剝離法制得，二人因在二維空間材料石墨烯方面的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，石墨烯可以看做是構(gòu)成富勒烯、碳納米管和石墨的基本組成單元。將其包裹成球得到富勒烯，沿著固定軸卷曲得到碳納米管，多層堆疊在一起就形成了石墨。由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，決定了其具有多種優(yōu)異特性，如低密度、高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、室溫下較高的電子遷移率等，這些特性決定了它在半導(dǎo)體工業(yè)、材料、力學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。例如，石墨烯被分割時(shí)其基本物理性能并不改變，而硅不能分割成小于10nm的小片，否則將失去其電子性能。因此，石墨烯極有可能成為硅的替代品推動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。研究者正在不斷對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾和改造，以挖掘和發(fā)揮其優(yōu)良性質(zhì)，優(yōu)化使用效果，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。通過(guò)這個(gè)例子，可以讓學(xué)生深刻感受到結(jié)構(gòu)化學(xué)與科技前沿領(lǐng)域的聯(lián)系，意識(shí)到結(jié)構(gòu)、性能、用途三者間的辯證關(guān)系。然后以計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)為例進(jìn)行講解。作為在結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興交叉學(xué)科，計(jì)算化學(xué)正在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)逐漸嶄露頭角。計(jì)算化學(xué)基于三維分子結(jié)構(gòu)，以量子力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)原理為指導(dǎo)，確定算法并實(shí)現(xiàn)程序，再通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算來(lái)模擬和預(yù)測(cè)分子體系的性質(zhì);計(jì)算化學(xué)在實(shí)際生產(chǎn)中的一個(gè)重要應(yīng)用就是計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)。例如研究者通過(guò)生物學(xué)方面的研究，發(fā)現(xiàn)了與某類疾病相關(guān)的大分子如蛋白質(zhì)，將其作為靶標(biāo)(受體)，并且通過(guò)X射線晶體衍射或核磁共振等方法測(cè)定了其三維結(jié)構(gòu)，尤其是得到其作用(活性)位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。這時(shí)就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方式，在數(shù)據(jù)庫(kù)里尋找分子形狀和理化性質(zhì)與受體作用位點(diǎn)相匹配的小分子(配體)，研究受體與配體的詳細(xì)相互作用信息(包括結(jié)構(gòu)信息和能量信息)，合成并測(cè)試這些分子的生物活性，這樣就有可能發(fā)現(xiàn)新的先導(dǎo)化合物，開(kāi)發(fā)出治愈疾病的藥物分子［。這就是基于受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)方法，可為藥物開(kāi)發(fā)節(jié)省大量時(shí)間和資金，已在藥物設(shè)計(jì)方面取得了巨大成功。如HIV-1蛋白酶抑制劑的設(shè)計(jì)就是一個(gè)典型的成功案例，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)從方法研究過(guò)渡到實(shí)際應(yīng)用階段。2013年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家卡普拉斯，萊維特和瓦謝爾，以表彰他們“為復(fù)雜化學(xué)體系發(fā)展多尺度模型”。這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是對(duì)計(jì)算化學(xué)進(jìn)步的認(rèn)可，強(qiáng)調(diào)了計(jì)算化學(xué)在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)越來(lái)越大的作用。在計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域有兩種主要的計(jì)算方法，一種是基于量子力學(xué)原理的量子力學(xué)計(jì)算方法，另一種是基于牛頓力學(xué)的分子力學(xué)/分子動(dòng)力學(xué)模擬方法。將這兩種方法有機(jī)結(jié)合、取長(zhǎng)補(bǔ)短而建立起來(lái)的量子力學(xué)/分子力學(xué)方法已獲得巨大成功。例如在研究藥物分子與蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)，對(duì)藥物及與藥物相作用的蛋白部分采取精確的量子力學(xué)計(jì)算，對(duì)蛋白的剩余部分采取快速的分子力學(xué)計(jì)算，這樣就兼顧了準(zhǔn)確性和計(jì)算量，取得了很好的結(jié)果。計(jì)算機(jī)作為當(dāng)今化學(xué)家的工具就像試管一樣重要，模擬是如此真實(shí)以至于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也能被計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)出來(lái)。萊維特曾經(jīng)這樣描述他的一個(gè)夢(mèng)想:利用計(jì)算機(jī)處理復(fù)雜化學(xué)過(guò)程的能力，實(shí)現(xiàn)在分子水平上模擬一個(gè)完整生物，構(gòu)建“數(shù)字生命”。通過(guò)這個(gè)例子，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)化學(xué)并非只是“紙上談兵”，而是具有重要的實(shí)際應(yīng)用，可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。最后，向?qū)W生介紹結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展歷史，將其發(fā)展史與諾貝爾獎(jiǎng)緊密聯(lián)系在一起，進(jìn)一步突出其重要性。在結(jié)構(gòu)化學(xué)中的一些重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論突破基本上都獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。例如在開(kāi)創(chuàng)量子力學(xué)的過(guò)程中，普朗克、愛(ài)因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛定諤、狄拉克、泡利、波恩等都獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。另外，在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法方面，如在X射線衍射法、核磁技術(shù)和應(yīng)用、質(zhì)譜技術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)等領(lǐng)域，都有很多科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)。而且還有很多科學(xué)家因在結(jié)構(gòu)方面的研究而獲獎(jiǎng)，如克里克、沃森和威爾金斯發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，科爾、克羅托和斯莫利發(fā)現(xiàn)富勒烯，謝克特曼發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體等。將結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展史與化學(xué)史尤其是諾貝爾獎(jiǎng)聯(lián)系起來(lái)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和素養(yǎng)，促使他們樹(shù)立遠(yuǎn)大的科學(xué)理想，使他們獲得強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)方法

在讓學(xué)生意識(shí)到結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性以后，接下來(lái)就要結(jié)合課程特點(diǎn)傳授給他們結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)方法。首先要重視定理、公式和方法的數(shù)學(xué)計(jì)算和推導(dǎo)。在結(jié)構(gòu)化學(xué)中尤其是量子力學(xué)部分涉及許多數(shù)學(xué)和物理方面的內(nèi)容，比較抽象和難懂。對(duì)于定理、公式和方法，學(xué)生要嘗試跟著教師的板書(shū)一起進(jìn)行計(jì)算和推導(dǎo)，只有這樣，才能理解這些定理、公式和方法，并有助于記憶。當(dāng)然，并不是要求學(xué)生死記硬背，關(guān)鍵還是理解。要讓學(xué)生體會(huì)到演算、推導(dǎo)和邏輯思維的快樂(lè)，感受科學(xué)的魅力。其次要提高對(duì)空間結(jié)構(gòu)的想象能力。在分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等內(nèi)容中，判斷點(diǎn)群、堆積類型、結(jié)構(gòu)型式等都需要發(fā)揮學(xué)生的空間想象能力。所以對(duì)于典型的分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)要多看多想，通過(guò)觀察實(shí)物模型和計(jì)算機(jī)三維模型，尋找特點(diǎn)和規(guī)律，根據(jù)定理和規(guī)則，把看到的具體模型簡(jiǎn)化成抽象結(jié)構(gòu)，體味結(jié)構(gòu)之美。最后要求學(xué)生要提前預(yù)習(xí)和及時(shí)復(fù)習(xí)。結(jié)構(gòu)化學(xué)難度高、內(nèi)容多，不提前預(yù)習(xí)很難跟上教師的講課節(jié)奏。即使在課堂上聽(tīng)懂了，若課下不及時(shí)復(fù)習(xí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就容易忘記。因此，要提前預(yù)習(xí)以做好課前準(zhǔn)備，及時(shí)復(fù)習(xí)以鞏固所學(xué)知識(shí)。另外，要加強(qiáng)習(xí)題練習(xí)，通過(guò)做題來(lái)查找學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。另外，還要向?qū)W生說(shuō)明一些其他教學(xué)事宜。如介紹課外參考書(shū)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，說(shuō)明模型實(shí)習(xí)的具體安排，制定課堂紀(jì)律，明確考試考核要求以及成績(jī)構(gòu)成百分比等。

3結(jié)語(yǔ)

量子力學(xué)發(fā)展史范文第3篇

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；物理學(xué)史；課堂教學(xué)；興趣激發(fā)

作者簡(jiǎn)介：李玲（1980-），女，湖北荊州人，長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，講師。（湖北 荊州 430020）

基金項(xiàng)目：本文系長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院教研基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JY201112）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）08-0122-02

一、大學(xué)物理課程的意義

物理是自然科學(xué)的基礎(chǔ)性學(xué)科，它的知識(shí)體系和思維方法貫穿人們學(xué)習(xí)自然科學(xué)知識(shí)的始終，培養(yǎng)人的科學(xué)精神，陶冶人的科學(xué)思維，教會(huì)人應(yīng)用科學(xué)方法解決具體問(wèn)題。大學(xué)物理是工程技術(shù)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）相關(guān)系部許多專業(yè)課的理論基礎(chǔ)，但因有些學(xué)生認(rèn)識(shí)不到這門(mén)課的重要性，經(jīng)常在課程中期出現(xiàn)畏難厭學(xué)現(xiàn)象。現(xiàn)通過(guò)改革課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，以期提高教學(xué)質(zhì)量。

物理學(xué)史上的許多名人軼事及其主要研究成果的研發(fā)過(guò)程都對(duì)今人有積極的指導(dǎo)作用，如光學(xué)波粒二象性對(duì)立統(tǒng)一的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程。若能結(jié)合教學(xué)內(nèi)容將物理學(xué)史中有代表性的知識(shí)體系發(fā)展融入教學(xué)過(guò)程，既可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，改變滿堂灌的理論推導(dǎo)，又可有機(jī)地將物理知識(shí)要點(diǎn)與科學(xué)的世界觀及哲學(xué)發(fā)展理論結(jié)合起來(lái)，有利于學(xué)生知識(shí)底蘊(yùn)的累積和眼界的開(kāi)闊。

表1 大學(xué)物理全模塊教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)分配

我院經(jīng)過(guò)數(shù)年的大學(xué)物理模塊化教學(xué)改革[1]后，將學(xué)科內(nèi)容分為六個(gè)模塊（表1），參考課時(shí)分配，本文討論如何在課堂教學(xué)中將物理學(xué)發(fā)明史、名人史等容易激發(fā)學(xué)生興趣的內(nèi)容導(dǎo)入，以及導(dǎo)入后其對(duì)課題教學(xué)可起到的積極作用，課程內(nèi)容以我院現(xiàn)在使用的大學(xué)物理教材[2]為準(zhǔn)。

二、大學(xué)物理全模塊教學(xué)內(nèi)容

1.力學(xué)

力學(xué)部分的講授內(nèi)容比較多，是物理學(xué)實(shí)踐探索方法與思想體系建立的基礎(chǔ)。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)有兩次課，第一次課緒論開(kāi)端討論物理學(xué)科的研究范圍，介紹從古人對(duì)自然的樸素的感性認(rèn)知，到近代利用微積分等數(shù)學(xué)工具歸納推導(dǎo)大量天文觀測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)而獲得的經(jīng)典物理學(xué)基本定理與定律，再到近現(xiàn)代的量子物理和相對(duì)論，物理的發(fā)展史即人類文明的發(fā)展史。這兩次課中要將大學(xué)物理用到的微積分、矢量等數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化介紹，而微積分的發(fā)明者之一牛頓正是近代物理的標(biāo)志人物。

牛頓定律部分由于學(xué)生熟悉內(nèi)容，在理論講授部分很容易分散注意力，因此，介紹相關(guān)物理學(xué)史知識(shí)可以有效地激發(fā)學(xué)生興趣。如被稱為近代物理學(xué)之父的伽利略，其著名的比薩斜塔落體實(shí)驗(yàn)、斜面實(shí)驗(yàn)皆入選最美麗的十大物理實(shí)驗(yàn)，[3]其物理思想如慣性、力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系等，是牛頓定律得以建立的基石。而牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里提出的萬(wàn)有引力定律以及他的牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基石。質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的最后一節(jié)非慣性系略有些抽象。以科里奧利命名的旋轉(zhuǎn)參考系中的慣性力有許多常見(jiàn)實(shí)例，很容易激發(fā)學(xué)生探究興趣，如臺(tái)風(fēng)氣旋、下水方向、河道兩邊的不對(duì)稱沖刷，以及著名的列入十大最美物理實(shí)驗(yàn)之一的傅科擺。[3]

剛體力學(xué)三次課相對(duì)來(lái)講較難較抽象，需要用到微積分、空間立體幾何及矢量叉乘知識(shí)，質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量守恒可以將開(kāi)普勒第二定律的反向證明作為計(jì)算實(shí)例，而歷史上牛頓正是由開(kāi)普勒第二定律推導(dǎo)定義角動(dòng)量的概念。在大段相對(duì)沉悶的概念講解和定理推導(dǎo)之后，第谷與開(kāi)普勒師生的歷史故事以及他們對(duì)物理學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)很容易引起學(xué)生的興趣。

2.振動(dòng)與波

由于簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振動(dòng)方程、平面簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)方程等都比較抽象，其對(duì)應(yīng)物理量的計(jì)算和轉(zhuǎn)換多，所以此處學(xué)生最易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

機(jī)械振動(dòng)兩次課，第一節(jié)課可用中國(guó)2013年6月太空課堂的單擺實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入；第二次課的利薩，及其后的阻尼振動(dòng)及共振在生活中的應(yīng)用及歷史中的實(shí)例就更多了，例如著名的18世紀(jì)拿破侖士兵齊步過(guò)橋致橋塌事件。在西方，波動(dòng)現(xiàn)象的本質(zhì)首先是由達(dá)芬奇發(fā)現(xiàn)的。機(jī)械波致質(zhì)點(diǎn)受迫振動(dòng)也可舉共振的例子，如中國(guó)古代戰(zhàn)場(chǎng)上利用共振器判斷敵軍多寡和方位、唐朝寺廟鐘磬聲波共鳴等事例。第二次課中可以用1842年多普勒在散步時(shí)的“多普勒效應(yīng)”導(dǎo)入，目前該效應(yīng)應(yīng)用很廣。

3.熱學(xué)

熱學(xué)部分我院僅勘工和化工類專業(yè)需要學(xué)習(xí)。氣體動(dòng)理論部分的兩次課中涉及到微積分的計(jì)算不太多，學(xué)生們對(duì)克拉伯龍方程也有一定基礎(chǔ)，總體難度不大。第二次課講自由度及麥?zhǔn)纤俾史植悸蕰r(shí)，由于涉及到統(tǒng)計(jì)學(xué)，相對(duì)比較枯燥且理論公式冗長(zhǎng)。可以在前期已觀察到學(xué)生狀態(tài)及接受水平的基礎(chǔ)上，淡化理論，介紹一下科學(xué)家麥克斯韋生平。麥克斯韋被譽(yù)為牛頓與愛(ài)因斯坦之間最偉大的物理學(xué)家，其一生對(duì)物理學(xué)的卓越貢獻(xiàn)不僅表現(xiàn)在對(duì)后世產(chǎn)生巨大影響的電磁學(xué)上。他在熱力學(xué)方面提出的麥克斯韋速率分布式也是應(yīng)用最廣泛的科學(xué)公式之一，在許多物理分支中起著重要的作用。同時(shí)代的科學(xué)家玻爾茲曼將麥克斯韋速率分布式應(yīng)用到保守力場(chǎng)中，提出了玻爾茲曼速率分布律，在熱力學(xué)研究中也具有重要地位。玻爾茲曼把物理體系的熵和概率聯(lián)系起來(lái)，闡明了熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)并引出了能量均分原理。

熱力學(xué)基礎(chǔ)三次課，可聯(lián)系科學(xué)發(fā)展史上對(duì)永動(dòng)機(jī)的探索導(dǎo)入。如第一類永動(dòng)機(jī)不可能被創(chuàng)造出來(lái)是違背了能量守恒定律，但其探索過(guò)程為熱力學(xué)第一定律的建立提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；第二類永動(dòng)機(jī)則違背了熱力學(xué)第二定律。此外，熱機(jī)的發(fā)明是工業(yè)革命的標(biāo)志之一，第二次課的循環(huán)過(guò)程可借此話題導(dǎo)入。

4.光學(xué)

光學(xué)是一個(gè)古老而充滿活力的學(xué)科。[4]從十七世紀(jì)中葉牛頓和惠更斯分別提出光的微粒學(xué)說(shuō)和波動(dòng)學(xué)說(shuō)之后，對(duì)于光的本質(zhì)的討論一直是科學(xué)界熱點(diǎn)話題，直到二十世紀(jì)愛(ài)因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛頓對(duì)光學(xué)的研究可視為近代光學(xué)的開(kāi)端，其棱鏡分解白光實(shí)驗(yàn)入選十大最美物理實(shí)驗(yàn)，[3]而牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)至今仍是大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典必選實(shí)驗(yàn)之一。因牛頓的權(quán)威，光的微粒學(xué)說(shuō)在科學(xué)界占主導(dǎo)地位達(dá)一個(gè)多世紀(jì)。光的干涉第一次課以十九世紀(jì)初托馬斯楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，這一實(shí)驗(yàn)揭開(kāi)了近代波動(dòng)光學(xué)的序幕，亦是十大最美麗的物理實(shí)驗(yàn)之一。[3]第二次課薄膜干涉可以用牛頓環(huán)導(dǎo)入。第三次課中介紹在物理學(xué)史上有重要地位的邁克爾遜（1907年獲諾貝爾獎(jiǎng)）干涉儀。

在衍射部分，將菲涅爾等實(shí)驗(yàn)證明的著名泊松亮斑在第一次課中作簡(jiǎn)單介紹，可以很好激發(fā)學(xué)生的討論熱情，因泊松亮斑的相關(guān)歷史很多學(xué)生都有所了解。第二次課的X射線衍射的發(fā)現(xiàn)過(guò)程亦十分有趣，倫琴（1901年獲諾貝爾獎(jiǎng)）夫人戴婚戒的手骨底片是第一張X光照片。

光的偏振總體上是介紹性質(zhì)的講授，重點(diǎn)是1808年發(fā)現(xiàn)的馬呂斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重點(diǎn)但比較有趣的雙折射現(xiàn)象則是早在1669年就被人們發(fā)現(xiàn)的，其在生活中可作為辨別晶體與非晶體的一種方式。

5.電磁學(xué)

經(jīng)典電磁學(xué)理論是大學(xué)物理中的必修模塊，雖然理論推導(dǎo)多、微積分計(jì)算多，但現(xiàn)在電磁學(xué)在生活中的應(yīng)用無(wú)處不在，且名人輩出，將課上得生動(dòng)有趣并不困難。如靜電學(xué)部分的庫(kù)侖定律是1785年的庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)確立的，電荷的不連續(xù)性是由1909年密立根油滴實(shí)驗(yàn)證明，該實(shí)驗(yàn)是十大最美物理實(shí)驗(yàn)之一。[3]第三次課講授的靜電場(chǎng)高斯定理因“數(shù)學(xué)之王”高斯得名。高斯生平傳聞?shì)W事很多，尤其是其研究生時(shí)期，誤將懸留兩千余年未解的尺規(guī)作正十七邊形問(wèn)題作為導(dǎo)師布置的課后作業(yè)一夜解決的故事，與學(xué)生們發(fā)散討論其心理學(xué)與教育學(xué)意義，對(duì)于學(xué)生打破心理設(shè)限努力鉆研學(xué)習(xí)很有意義。

穩(wěn)恒磁場(chǎng)八次課，第一次課可介紹中國(guó)古人在磁學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)，司南和指南針的意義；1820年近代磁學(xué)標(biāo)志性的奧斯特實(shí)驗(yàn)等，也是學(xué)生們熟悉且有興趣的內(nèi)容。第二次課的畢奧-薩伐爾定律，可介紹其定律的得出與安培、拉普拉斯等在數(shù)學(xué)上的幫助密不可分，再次強(qiáng)調(diào)大學(xué)物理學(xué)習(xí)中高數(shù)知識(shí)的重要性。安培是一位在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)領(lǐng)域都有很高造詣的科學(xué)家，約第四、五次課中學(xué)習(xí)的磁場(chǎng)安培環(huán)路定理、安培定律都由他發(fā)現(xiàn)，被稱為“電學(xué)中的牛頓”。

電磁感應(yīng)部分則由著名科學(xué)家法拉第的故事導(dǎo)入。被譽(yù)為電磁學(xué)領(lǐng)域的平民巨人，著名的自學(xué)成才的科學(xué)家法拉第，生于英國(guó)一個(gè)貧苦鐵匠家庭，僅上過(guò)小學(xué)。1831年，他作出了關(guān)于力場(chǎng)的關(guān)鍵性突破，永遠(yuǎn)改變了人類文明。[4]法拉第是一位無(wú)以倫比的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，在電磁學(xué)、化學(xué)、電解、氣體液化等實(shí)驗(yàn)方面都做出了巨大貢獻(xiàn)。而且法拉第十分幸運(yùn)地在晚年遇到了既能理解他的物理思想，又長(zhǎng)于數(shù)學(xué)的麥克斯韋，第三、四次課中的感生電場(chǎng)和位移電流假設(shè)都是由麥克斯韋提出。麥克斯韋于1873年出版了科學(xué)名著《電磁理論》，系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場(chǎng)理論，這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。1888年，赫茲經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波，由法拉第開(kāi)創(chuàng)、麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，得以完美的證明。

6.相對(duì)論與近代物理

這部分內(nèi)容我院只有全模塊的勘工和建環(huán)專業(yè)按十六課時(shí)教學(xué)并考試，其他專業(yè)都只作為了解內(nèi)容，用物理學(xué)史的故事串講主要內(nèi)容即可：

（1）被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大物理學(xué)家的愛(ài)因斯坦，其狹義相對(duì)論的兩個(gè)重要結(jié)論：時(shí)間延緩和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，及物理學(xué)史上著名的雙生子佯謬已被實(shí)驗(yàn)證明，而為愛(ài)因斯坦贏得1921年諾貝爾獎(jiǎng)的是光電效應(yīng)的研究。

（2）光電效應(yīng)方程中的普朗克常數(shù)對(duì)描述光的量子性非常重要，因研究黑體輻射而提出該常數(shù)的普朗克（1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）是量子力學(xué)的創(chuàng)始人。有趣的是，普朗克本人并不認(rèn)同量子理論的許多觀點(diǎn)，直到愛(ài)因斯坦利用能量子假設(shè)完美地解釋了光電效應(yīng)。

（3）被戲傳一舉拿下諾貝爾獎(jiǎng)（1929）的德布羅意也是量子力學(xué)創(chuàng)始人之一，以物質(zhì)波假設(shè)理論最初的確是在其博士論文中提出的，因德布羅意是法國(guó)公爵兼德國(guó)王子，使其曾被傳聞是一位花花公子，事實(shí)上德布羅意終身獻(xiàn)身于科學(xué)，深居簡(jiǎn)出，是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工作狂。

（4）提出氫原子能級(jí)假設(shè)的天才玻爾是著名的哥本哈根學(xué)派創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。

（5）概率波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人薛定諤，提出著名假設(shè)“薛定諤的貓”。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文按長(zhǎng)江大學(xué)使用的《大學(xué)物理》教材[2]中各章節(jié)先后順序列出各章可能提及的名人軼事，希望對(duì)執(zhí)教于大學(xué)物理的同仁們?cè)谡n堂教學(xué)中有所助益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]康垂令， 伍嗣榕，李玲.大學(xué)物理[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

[3]宮鐵波，張炳恒.十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)回顧[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，

量子力學(xué)發(fā)展史范文第4篇

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學(xué)；創(chuàng)新精神；高等教育；教育改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）02-0083-02

結(jié)構(gòu)化學(xué)是高等院校化學(xué)、材料等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，是理論化學(xué)的一個(gè)重要分支。它是探究原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)，原子和分子中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及原子和分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間關(guān)系的一門(mén)科學(xué)[1-3]。開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的目的是使相關(guān)專業(yè)的學(xué)生對(duì)微觀世界的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律有所了解，初步掌握結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相互關(guān)系；從而使學(xué)生更進(jìn)一步地從更深的層次上理解其他化學(xué)相關(guān)的專業(yè)課程，包括無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等。

一、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程特點(diǎn)明顯，如下：（1）綜合程度高；（2）理論性強(qiáng)；（3）內(nèi)容抽象。由于這一系列的特點(diǎn)，初學(xué)者在開(kāi)始接觸這門(mén)課程時(shí)，常有聽(tīng)“天書(shū)”無(wú)從下手的感覺(jué)；作者在教學(xué)過(guò)程中也因此遇到了一些問(wèn)題。下面將遇到的問(wèn)題做一概括：

1.綜合程度高。結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程不是建立在經(jīng)典力學(xué)體系下的課程，而是一門(mén)以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的課程[4]。因此在此門(mén)課程的學(xué)習(xí)開(kāi)始，就要求學(xué)生們鞏固好大一、大二所學(xué)的四大化學(xué)（無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)）課程以及其他學(xué)過(guò)的化學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，并在腦海中建立起一套完善的量子力學(xué)體系。此外量子力學(xué)論還是近代物理的重要組成部分，因此同學(xué)還要兼?zhèn)湟欢ǖ奈锢碇R(shí)基礎(chǔ)。只有綜合掌握了物理和化學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)后，才能從本質(zhì)上理解微觀化學(xué)領(lǐng)域各個(gè)粒子的結(jié)構(gòu)與性能的特征，學(xué)懂結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程。由此可見(jiàn)，該課程不管是教還是學(xué)，兩方面都存在著較大的難度。

2.理論性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)化學(xué)授課困難的一個(gè)重要原因就是課本中含有大量的公式推導(dǎo)過(guò)程，復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和大段的文字?jǐn)⑹銮蠼膺^(guò)程。公式推導(dǎo)過(guò)程用到比較多的包括微積分、線性代數(shù)等高等數(shù)學(xué)知識(shí)。而高等數(shù)學(xué)方面向來(lái)是化學(xué)專業(yè)學(xué)生們的弱點(diǎn)，一步步的推導(dǎo)過(guò)程枯燥乏味，讓學(xué)生感覺(jué)云里霧里般，進(jìn)而忙于應(yīng)付求解過(guò)程忽略了公式中各個(gè)變量的深層次含義。

3.內(nèi)容抽象。微觀粒子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律是結(jié)構(gòu)化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容，而看不見(jiàn)摸不著的微觀粒子的運(yùn)動(dòng)給同學(xué)們學(xué)的過(guò)程帶來(lái)了一定的困難，文字?jǐn)⑹鰺o(wú)法直觀表達(dá)，只能靠學(xué)生的憑空想象。因此這門(mén)課程對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象能力都有較高的要求。

二、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程授課過(guò)程中存在的問(wèn)題及改革建議

本文作者根據(jù)自己多年的教學(xué)授課經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生課后的反饋意見(jiàn)，對(duì)改革結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)方式提出了一些建議，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛提高課上學(xué)生的吸收率。

1.重視引導(dǎo)。結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門(mén)化學(xué)專業(yè)類的理論基礎(chǔ)課，學(xué)生們看到教材上大段的文字?jǐn)⑹鲞€有繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過(guò)程，往往還沒(méi)有開(kāi)始學(xué)習(xí)就對(duì)此門(mén)課程失去了興趣。所以，在上第一節(jié)課的時(shí)候就應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行正確的引導(dǎo)，在緒論課上給大家講述一些結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史。首先便是1900年，普朗克提出了量子假說(shuō)，勇敢地打破了能量必須連續(xù)變化的經(jīng)典理論，規(guī)定了以間斷形式存在的能量，電磁場(chǎng)中的能量和物質(zhì)交換間的能量，能量子的大小同輻射頻率成正比，用普朗克常數(shù)作為二者之間的比例常數(shù)，從而得出黑體輻射能量分布公式，完美地詮釋了黑體輻射現(xiàn)象。其次在1905年，愛(ài)因斯坦意識(shí)到了量子化概念在微觀領(lǐng)域的重要性，引進(jìn)了光子的概念，從而解釋了光電效應(yīng)，開(kāi)啟了量子力學(xué)的新篇章。學(xué)生們?cè)诼?tīng)故事的同時(shí)，會(huì)不知不覺(jué)地克服恐懼心理，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。最后順著教學(xué)大綱的思路，引導(dǎo)大家用量子力學(xué)體系的思維去思考分析結(jié)構(gòu)化學(xué)中所遇到的問(wèn)題，讓同學(xué)們處于愉快的氣氛中，帶著笑容下課。

2.充分利用多媒體教學(xué)手段輔助教學(xué)。結(jié)構(gòu)化學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上涉及一些相對(duì)抽象的模型，如原子軌道形狀、多原子分子的組合方式、配位化合物的配位形式、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等都涉及原子和分子的空間排布規(guī)律，這些內(nèi)容要求學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象能力。傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)方式很難將結(jié)構(gòu)化學(xué)中較為抽象的理論以直觀的形式表現(xiàn)給同學(xué)們，大段大段的純文字描述也使得學(xué)生感到晦澀難懂。多媒體技術(shù)可以將授課內(nèi)容動(dòng)態(tài)化、立體化[5]，絕大多數(shù)的分子、晶體結(jié)構(gòu)都可以用3D軟件結(jié)合FLASH等做成可360°觀看，任意縮放、平移、旋轉(zhuǎn)的模型，同學(xué)們可任意角度觀看，有利于鞏固加深記憶。

3.注重理論與實(shí)際的聯(lián)系。由于結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門(mén)理論基礎(chǔ)學(xué)科，因此學(xué)生們理解起來(lái)可能會(huì)有一定的難度，容易學(xué)過(guò)即忘，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)讓學(xué)生通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際中所熟知或已學(xué)過(guò)的現(xiàn)象，通過(guò)類比的方法鞏固加深記憶。比如，在講晶體的宏觀對(duì)稱性時(shí)，聯(lián)系大自然，啟發(fā)學(xué)生思考：大自然雖然講究對(duì)稱美，但為什么很少有五邊形和七邊形的物體呢？由此引入晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、對(duì)稱元素、對(duì)稱操作的概念并對(duì)對(duì)稱軸次加以證明，得出結(jié)論：晶體結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱軸次只允許存在1、2、3、4、6這五種不存在5和7，這與大自然世界的對(duì)稱美是相呼應(yīng)的。而講到離域鍵的共軛效應(yīng)時(shí)，以堿性條件下酚酞會(huì)變成紅色為例，結(jié)合學(xué)生高中所學(xué)知識(shí)讓學(xué)生理解酚酞變色的根本原因，主要過(guò)程是酚酞與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，形成了離域鍵，產(chǎn)生了共軛效應(yīng)，酚酞-堿性溶液體系能量下降，能級(jí)間隔變小，光譜偏移至可見(jiàn)光區(qū)，因此我們看到無(wú)色的酚酞變成了紅色。通過(guò)這種由外至內(nèi)、循序漸進(jìn)的引導(dǎo)方式使學(xué)生轉(zhuǎn)變對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程的印象，說(shuō)明這門(mén)課程不是憑空想象漫無(wú)邊際地研究我們用不到的東西，而是服務(wù)于實(shí)踐，解釋著實(shí)踐中所遇到的問(wèn)題，從而使他們樹(shù)立起學(xué)習(xí)信心，增加學(xué)習(xí)動(dòng)力，真正做到課上講過(guò)的東西當(dāng)堂就吸收理解掌握。

4.弱化公式推導(dǎo)。結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的目的就是讓同學(xué)們理解掌握結(jié)論和推導(dǎo)過(guò)程中各符號(hào)的物理意義及這些符號(hào)在化學(xué)中起到了什么樣的作用，有什么應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化學(xué)中的公式推導(dǎo)過(guò)程用到的高等數(shù)學(xué)的課程知識(shí)比較多，包括微積分的多重積分求解，線性代數(shù)中的行列式求值等。而數(shù)學(xué)功底普遍是化學(xué)專業(yè)學(xué)生們的弱項(xiàng)，大部分所用到的數(shù)學(xué)知識(shí)又都是在大一學(xué)習(xí)的可能已經(jīng)被忘到了腦后，因此在講述結(jié)構(gòu)化學(xué)課本中的公式時(shí)應(yīng)盡可能弱化公式推導(dǎo)過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)整體大局和結(jié)論的理解，不再單獨(dú)強(qiáng)調(diào)詳細(xì)的求解過(guò)程。因此在講到公式部分時(shí)，首先要明確每個(gè)符號(hào)所代表的物理意義，從本質(zhì)上理解結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程，引導(dǎo)學(xué)生們?nèi)绾稳ソ鉀Q問(wèn)題，解決問(wèn)題后又能得出怎樣的結(jié)論，所得結(jié)論的實(shí)際意義是什么，然后再回到研究數(shù)學(xué)推導(dǎo)求解過(guò)程上。讓學(xué)生抓住該課程的主線厘清學(xué)習(xí)這門(mén)課程的基本思路，順著大綱學(xué)下去，把握住主要的大方向，這樣繼續(xù)向后面章節(jié)學(xué)習(xí)就不會(huì)出現(xiàn)斷層。反之如果從數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出發(fā)，進(jìn)行煩瑣的化簡(jiǎn)計(jì)算，就容易忽略需要解決的問(wèn)題的主體，不知道這些純數(shù)學(xué)求解過(guò)程是要干什么，得出的結(jié)果有什么意義，事倍功半。

5.科學(xué)的完善考核機(jī)制。考試是教學(xué)活動(dòng)不可缺少的一部分，也是衡量教師授課成果和學(xué)生掌握課程情況的主要方法。現(xiàn)代大學(xué)是以培養(yǎng)綜合創(chuàng)新型人才為目的的，因此在教學(xué)考核過(guò)程中，應(yīng)該用科學(xué)的、多元的方式去綜合評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生，拒絕一考定終身的制度，取代傳統(tǒng)的單一閉卷考試方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生們認(rèn)為只要死記硬背課本就能取得好成績(jī)的慣性思維。將最終成績(jī)定為三部分之和，其中，平時(shí)成績(jī)占30%；期中成績(jī)30%；期末成績(jī)40%。平時(shí)成績(jī)的30%包括課堂表現(xiàn)（10%）、習(xí)題作業(yè)（10%）和專業(yè)課小論文（10%）。課堂上教師有針對(duì)性地提出問(wèn)題并根據(jù)學(xué)生的回答情況給出分?jǐn)?shù)，既能隨時(shí)掌握學(xué)生們的學(xué)習(xí)狀況還能根據(jù)學(xué)生們的整體掌握情況隨時(shí)調(diào)整課程安排。有利于增強(qiáng)師生課上的互動(dòng)、改變課堂沉悶的授課氛圍，培養(yǎng)學(xué)生們獨(dú)立自主的思考問(wèn)題，討論問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，同時(shí)還可以鍛煉他們的語(yǔ)言表達(dá)能力和應(yīng)變能力。課后的習(xí)題作業(yè)主要是引導(dǎo)學(xué)生正確地復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容。專業(yè)小論文則偏重于考查學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)、獲取知識(shí)的能力。這樣靈活的考試機(jī)制有利于引導(dǎo)學(xué)生改變突擊復(fù)習(xí)期末考試的方法，樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀，從平時(shí)開(kāi)始做到課后即復(fù)習(xí)，查漏補(bǔ)缺，也只有這樣才能真正達(dá)到結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)目的。

根據(jù)筆者多年來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程改革的摸索，使用上述方法學(xué)生們學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的積極性明顯提高，課堂氣氛也活躍起來(lái)了，學(xué)生們愛(ài)聽(tīng)了，授課效率明顯提高。

總之，結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門(mén)其中理論在實(shí)際生活中接觸較少，學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容相對(duì)抽象，老師和同學(xué)們?cè)诮膛c學(xué)的過(guò)程都感到較為困難的理論基礎(chǔ)課。教師們應(yīng)精心備課，認(rèn)真設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，研究課程改革，由淺入深的教學(xué)，消除學(xué)生們對(duì)課程的恐懼心理。通過(guò)一系列的改革過(guò)程，改變課堂環(huán)境，活躍課堂氣氛，讓學(xué)生體會(huì)到獨(dú)立自主創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，培養(yǎng)他們對(duì)問(wèn)題分析和解決的能力；最后引入科學(xué)合理的考核機(jī)制對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀，不斷充實(shí)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，提高主動(dòng)獲取知識(shí)、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)多能創(chuàng)新型優(yōu)秀人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊志廣，彭鵬，石曉明，周凱.如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的興趣[J].教育教學(xué)論壇，2014，（20）：118-120.

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量子力學(xué)發(fā)展史范文第5篇

本書(shū)名為現(xiàn)代電動(dòng)力學(xué)，它以希望深化對(duì)電磁學(xué)的理解而數(shù)學(xué)水平又不太低的研究生為讀者對(duì)象。考慮到它既可作為課堂教學(xué)用書(shū)，又可作為對(duì)廣泛讀者有用的參考書(shū)，作者認(rèn)為，它與專著相反，應(yīng)該涵蓋學(xué)生們必須知道的一切，而不是作者應(yīng)當(dāng)知道的一切。但物理學(xué)家們對(duì)于“學(xué)生們必須知道的一切”極少有共識(shí)，一般來(lái)講，除了大學(xué)教程中所出現(xiàn)的一些核心內(nèi)容之外，對(duì)于研究生課程的講義的內(nèi)容往往依賴于作者的研究工作背景。本書(shū)作者打算在適當(dāng)?shù)钠率贡緯?shū)包含有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)兩個(gè)學(xué)期課程所需的材料，以適應(yīng)根據(jù)不同的要求選擇教學(xué)內(nèi)容。

本書(shū)書(shū)名中的“現(xiàn)代”并不意味著使用特殊的“現(xiàn)代”數(shù)學(xué)方法，而是指它包括了近幾十年來(lái)引人關(guān)注的新發(fā)展起來(lái)的一些重要論題，為此不惜忽略掉或者僅僅略微提及一般教科書(shū)中一些熟悉的論題。為了幫助讀者學(xué)習(xí)，本書(shū)提供大約120個(gè)完全解出的例題。此外，各章后面總共有近600個(gè)課后作業(yè)題，這些題目中有一些屬于大學(xué)生水平的技巧性題目，而有一些是直接取自研究文獻(xiàn)中具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

學(xué)生在讀懂課文的幫助下積極地完成這些習(xí)題能為自己打下良好的基礎(chǔ)。

全書(shū)內(nèi)容共分成24章：1.數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)； 2.麥克斯韋方程；3.靜電學(xué)； 4.電多極矩； 5.導(dǎo)體； 6.電介質(zhì)； 7.拉普拉斯方程； 8.泊松方程；9， 穩(wěn)恒電流； 10.靜磁學(xué)；11.磁多極距；12.磁力和磁能；13.磁性物質(zhì)； 14.動(dòng)力學(xué)的和準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)； 15.一般電磁場(chǎng)； 16.真空中的波；17.簡(jiǎn)單物質(zhì)中的波；18.色散物質(zhì)中的波； 19.導(dǎo)波和約束波；20.推遲和輻射； 21.散射和衍射； 22.狹義相對(duì)論；23.運(yùn)動(dòng)電荷的場(chǎng)； 24.拉格朗日和哈密頓方法。

書(shū)末有4個(gè)附錄： A.重要的符號(hào)表； B.高斯單位； C.特殊函數(shù)；D.狹義相對(duì)論中負(fù)號(hào)的處理。

本書(shū)的寫(xiě)作風(fēng)格和豐富的內(nèi)容以及作者深刻的理解力和洞察力使得本書(shū)出版后立即得到了許多相關(guān)專家、學(xué)者的好評(píng)，認(rèn)為這是一部難得的研究生用教科書(shū)，而且必將成為一部經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)新的、優(yōu)秀的經(jīng)典教材。

丁亦兵，教授

（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）