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量子力學發展史范文第1篇

量子力學是近代物理的兩大支柱之一，它的建立是20世紀劃時代的成就之一，可以毫不夸張地說沒有量子力學的建立，就沒有人類的現代物質文明[1]。大批優秀的物理學家對原子物理的深入研究打開了量子力學的大門，這一人類新的認知很快延伸并運用到很多物理學領域，并且，導致了很多物理分支的誕生，如：核物理、粒子物理、凝聚態物理和激光物理等[2]。量子力學在近代物理中的地位如此之重，所以成為物理專業學生最重要的課程之一。但在實際教學過程中，學生普遍感到量子力學太過抽象、難以掌握。如何改革教學內容，將量子力學的基本觀點由淺入深，使學生易于理解；如何改革教學手段，培養學生興趣，使學生由被動學習變為主動學習。這是量子力學教學中遇到的主要問題。作者從幾年的教學中摸索到一些經驗，供大家參考。

一、教學內容和方法的改革

傳統的本科量子力學教學一般包括了三大部分：第一部分是關于粒子的波粒二象性，正是因為微觀粒子同時具有波動性和粒子性，才造成了一些牛頓力學無法解釋的新現象，例如測不準關系、量子隧道效應等等；第二部分是介紹量子力學的基本原理，這部分是量子力學的核心內容，如波函數的統計解釋、態疊加原理、電子自旋等；第三部分是量子力學的一些應用，如定態薛定諤方程的求解，微擾方法。以上三個部分相互聯系構成了量子力學的整體框架[3]。隨著量子力學的進一步發展，產生了很多新的現象和成果。例如量子通訊、量子計算機等等。許多學生對量子力學的興趣就是從這些點點滴滴的新成果中得到的。如果我們仍按傳統的內容授課，學生學完了這門課程發現感興趣的那點東西完全沒有接觸到，就會對所學的量子力學感到懷疑，而且極大地挫傷了學習自然科學的興趣。所以作者建議在教學過程中適當添加一些量子力學的新成果和新現象，來激發學生的學習興趣[4]。在教學方法上也應該按照量子力學的特點有所改革。由于量子力學的許多觀點和經典力學完全不同，如果我們還是按照經典力學的方法來講，就會引起學生思維上的混亂，所以建議從一開始就建立全新的量子觀點。例如軌道是一經典概念，在講授玻爾的氫原子模型時仍然采用了軌道的概念，但在講到后面又說軌道的概念是不對的，這樣學生就會懷疑老師講錯誤的內容教給了他們，形成邏輯上的混亂。我們應該從一開始就建立量子的觀點，淡化軌道的概念，這樣學生更容易接受。

二、重視緒論課的教學

興趣是最好的老師。作為量子力學課程的第一節課，緒論課的講授效果對學生學習量子力學的興趣影響很大，所以緒論課直接影響到學生對學習量子力學這門課程的態度。當然很多學生非常重視這門課程，但學這門課的主要目的是為將來參加研究生入學考試，僅僅只是在行動上重視，而沒有從思想上重視起來。如何使這部分學生從被動的學習量子力學變為主動地學習，這就要從第一節課開始培養。在上緒論課時作者主要通過以下幾點來抓住學生的興趣。首先列舉早期與量子力學相關的諾貝爾物理學獎。諾貝爾獎得主歷來都是萬眾矚目的人物，學生當然也會有所關心，而且這些諾貝爾獎獲得者的主要工作在量子力學這門課程中都會一一介紹，這樣一方面通過舉例子的方法強調了量子力學在自然科學中的重要地位，另一方面為學生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎留下懸念。抓住學生興趣的第二個主要方法是列舉一些量子力學中奇特的現象，激發學生探索奧秘的動力，例如波粒二象性帶來的“穿墻術”、量子通訊、如何測量太陽表面溫度等等，這些都很能激發學生學習量子力學的興趣。綜上所述，緒論課的教學在整個教學過程中至關重要，是引導學生打開量子力學廣闊天地的一把鑰匙。

三、重視物理學史的引入

隨著量子力學學習的深入，學生會接觸到越來越多的數學公式以及數學物理方法的內容，雖然學生會對量子力學的博大精深以及人類認知能力驚嘆不已，但在學習過程中感覺越來越枯燥乏味。并且，學生學習量子力學的興趣和信息在這個時候受到很大的考驗，想要把豐碩的量子力學成果以及博大精深的內涵傳達給學生，就得在適當的時候增加學生的學習興趣。實際上，很多學生對量子力學的發展史有很濃厚的興趣，甚至成為學生閑聊的素材，因此，在適當的時候講述量子力學發展史可以增加學生學習量子力學的學習興趣和熱情。在講授過程中，可以結合教學內容，融入量子力學發展史中的名人逸事和照片，如：索爾維會議上的大量有趣爭論和物理學界智慧之腦的“明星照”，或用簡單的方法用板書的形式推導量子力學公式。例如在講到黑體輻射時，作者講到普朗克僅僅用了插值的方法，就給出了一個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，這一方面鼓勵學生：看起來很高深的學問，其實都是由很簡單的一系列知識組成，我們每個人都有可能在科學的發展過程中做出自己的貢獻；另一方面教導學生，不要看不起很細微的東西，偉大的成就往往就是從這些地方開始。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，告訴學生科研的道路并不是一帆風順的，堅持自己的信念有時候比學習更多的知識還要重要。在講到德布羅意如何從一個紈绔子弟成長為諾貝爾獎獲得者；在講到薛定諤如何在不被導師重視的條件下建立了波動力學；在講到海森堡如何為了重獲玻爾的青睞，而建立了測不準關系；在講到烏倫貝爾和古茲米特兩個年輕人如何大膽“猜測”，提出了電子自旋假設，這些學生都聽得津津有味。這些小故事不僅讓學生從中掌握的量子力學的基本觀點和發展過程，而且對培養學生的思維方法和科研品質都有很大幫助。

四、教學手段的改革

量子力學中有很多比較抽象原理、概念、推導過程和現象，這增加了學生理解的難度。而且在授課過程中有大量的公式推導過程，非常的枯燥。所以在教學過程中穿插一些多媒體的教學形式，多媒體的應用能夠彌補傳統教學的不足，比如：把瞬間的過程隨意地延長和縮短，把復雜的難以用語言描述的過程用動畫或圖片的形式分解成詳細的直觀的步驟表達清楚[5]。相對于經典物理來說，量子力學課程的實驗并不多，在講解康普頓散射、史特恩-蓋拉赫等實驗時，可以運用多媒體技術，采用圖形圖像的形式模擬實驗的全過程。用合適的教學軟件對真實情景再現和模擬，讓學生多冊觀察模擬實驗的全過程。量子力學的一些東西不容易用語言表達清楚，在頭腦中想象也不是簡單的事情，多媒體的應用可以彌補傳統教學的這塊短板，形象地模擬實驗，幫助學生理解和記憶。比如電子衍射的實驗，我們不僅可以用語言和書本上的圖片描述這個過程，還可以通過多媒體用動畫的形式表現出來，讓電子通過動畫的形式一個一個打到屏幕上，形成一個一個單獨的點來顯示出電子的粒子性；在快進的形式描述足夠長時間之后的情況，也就是得出電子的衍射圖樣，從而給出電子波動性的結論和波函數的統計解釋，經過這樣的教學形式，相信學生能夠更加深刻地理解微觀粒子的波粒二象性[6]。但在具體授課過程中不能完全地依賴于多媒體教學，例如在公式的推導過程中，傳統的板書就非常接近人本身的思維模式，容易讓學生掌握，如果用多媒體一帶而過，往往效果非常的不好。所以教學過程中應該傳統教學和多媒體教學并重，對于一些現象的東西多媒體表現更為出色；而一些理論方面的東西傳統的板書更為有利，兩者相互結合可以大大提高教學效率，增強課堂教學效果和調動學生的學習積極性[7]。

五、加強教學過程的管理

量子力學發展史范文第2篇

只有讓學生深刻認識結構化學的重要性，才能使他們產生學習興趣，激發起學習的動力，充分發揮其主觀能動性，使教學達到事半功倍的效果。

(1)結構化學是化學各學科的理論基礎。

結構化學為化學各學科提供理論指導，是聯系基礎化學與高等化學的階梯。結構化學已經滲透到現代化學的各個領域。以學生學習過的課程為例，無機化學中涉及了原子結構、分子結構、晶體結構和配合物結構等方面的內容;有機化學中運用雜化軌道理論和分子軌道理論說明有機物的結構，使用分子對稱性理論描述分子空間結構，利用前線軌道理論解釋化學反應機理等;儀器分析中紫外光譜中的電子躍遷、紅外光譜中的簡正振動、X射線衍射等，都與結構化學知識緊密相關。從這些學生熟悉的課程入手，可使他們很快體會到結構化學的重要基礎地位。

(2)結構化學是分子設計的理論基礎。

“結構決定性能，性能反映結構”。如果找到某類具有特殊性質的物質的規律性，就能設計出性能更好的分子。結構化學及在其基礎上發展起來的計算化學、分子模擬等對分子設計起理論指導作用。為了讓學生了解這方面的內容，可用如下實例進行說明。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發展關系密切的重要元素。碳單質有多種存在形式，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良的結構性質而成為材料科學領域的研究熱點。在教學中可先向學生提出問題:石墨烯的結構是怎樣的呢?這就要從石墨的結構談起。石墨為層狀結構，同層的碳原子間以sp2雜化形成平面共價鍵，每個碳原子剩余一個p軌道未參與雜化，上面各有一個電子，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電子在整個碳原子平面方向運動，所以石墨可以導電和導熱，可以用來制作電極和坩堝。而石墨的層與層之間以微弱的范德華力相結合，容易斷開而滑動，所以石墨具有性，可以用來制作劑。石墨烯可以看做是只有一個原子層厚度的單層石墨片。2004年，石墨烯由英國曼徹斯特大學的海姆和諾沃肖洛夫通過微機械力剝離法制得，二人因在二維空間材料石墨烯方面的開創性實驗而獲得2010年諾貝爾物理學獎。從結構上來看，石墨烯可以看做是構成富勒烯、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。由于石墨烯獨特的結構，決定了其具有多種優異特性，如低密度、高強度、良好的導熱性、室溫下較高的電子遷移率等，這些特性決定了它在半導體工業、材料、力學和光學領域擁有巨大的應用潛力。例如，石墨烯被分割時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電子信息產業的發展。研究者正在不斷對石墨烯的結構進行修飾和改造，以挖掘和發揮其優良性質，優化使用效果，擴大應用范圍。通過這個例子，可以讓學生深刻感受到結構化學與科技前沿領域的聯系，意識到結構、性能、用途三者間的辯證關系。然后以計算機輔助藥物設計為例進行講解。作為在結構化學基礎上發展起來的新興交叉學科，計算化學正在科學領域內逐漸嶄露頭角。計算化學基于三維分子結構，以量子力學或經典力學原理為指導，確定算法并實現程序，再通過計算機運算來模擬和預測分子體系的性質;計算化學在實際生產中的一個重要應用就是計算機輔助藥物設計。例如研究者通過生物學方面的研究，發現了與某類疾病相關的大分子如蛋白質，將其作為靶標(受體)，并且通過X射線晶體衍射或核磁共振等方法測定了其三維結構，尤其是得到其作用(活性)位點的結構。這時就可以通過計算機模擬的方式，在數據庫里尋找分子形狀和理化性質與受體作用位點相匹配的小分子(配體)，研究受體與配體的詳細相互作用信息(包括結構信息和能量信息)，合成并測試這些分子的生物活性，這樣就有可能發現新的先導化合物，開發出治愈疾病的藥物分子［。這就是基于受體結構的藥物設計方法，可為藥物開發節省大量時間和資金，已在藥物設計方面取得了巨大成功。如HIV-1蛋白酶抑制劑的設計就是一個典型的成功案例，標志著計算機輔助藥物設計從方法研究過渡到實際應用階段。2013年的諾貝爾化學獎授予美國科學家卡普拉斯，萊維特和瓦謝爾，以表彰他們“為復雜化學體系發展多尺度模型”。這個獎項是對計算化學進步的認可，強調了計算化學在科學領域內越來越大的作用。在計算化學領域有兩種主要的計算方法，一種是基于量子力學原理的量子力學計算方法，另一種是基于牛頓力學的分子力學/分子動力學模擬方法。將這兩種方法有機結合、取長補短而建立起來的量子力學/分子力學方法已獲得巨大成功。例如在研究藥物分子與蛋白質結合時，對藥物及與藥物相作用的蛋白部分采取精確的量子力學計算，對蛋白的剩余部分采取快速的分子力學計算，這樣就兼顧了準確性和計算量，取得了很好的結果。計算機作為當今化學家的工具就像試管一樣重要，模擬是如此真實以至于傳統實驗的結果也能被計算機預測出來。萊維特曾經這樣描述他的一個夢想:利用計算機處理復雜化學過程的能力，實現在分子水平上模擬一個完整生物，構建“數字生命”。通過這個例子，使學生認識到結構化學并非只是“紙上談兵”，而是具有重要的實際應用，可以激發他們的學習興趣。最后，向學生介紹結構化學的發展歷史，將其發展史與諾貝爾獎緊密聯系在一起，進一步突出其重要性。在結構化學中的一些重大科學發現和理論突破基本上都獲得了諾貝爾獎。例如在開創量子力學的過程中，普朗克、愛因斯坦、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獎。另外，在研究物質結構的實驗方法方面，如在X射線衍射法、核磁技術和應用、質譜技術、電子顯微鏡技術等領域，都有很多科學家獲得諾貝爾獎。而且還有很多科學家因在結構方面的研究而獲獎，如克里克、沃森和威爾金斯發現DNA雙螺旋結構，科爾、克羅托和斯莫利發現富勒烯，謝克特曼發現準晶體等。將結構化學的發展史與化學史尤其是諾貝爾獎聯系起來，能夠培養學生的科學精神和素養，促使他們樹立遠大的科學理想，使他們獲得強大的學習動力。

2結構化學的學習方法

在讓學生意識到結構化學的重要性以后，接下來就要結合課程特點傳授給他們結構化學的學習方法。首先要重視定理、公式和方法的數學計算和推導。在結構化學中尤其是量子力學部分涉及許多數學和物理方面的內容，比較抽象和難懂。對于定理、公式和方法，學生要嘗試跟著教師的板書一起進行計算和推導，只有這樣，才能理解這些定理、公式和方法，并有助于記憶。當然，并不是要求學生死記硬背，關鍵還是理解。要讓學生體會到演算、推導和邏輯思維的快樂，感受科學的魅力。其次要提高對空間結構的想象能力。在分子結構和晶體結構等內容中，判斷點群、堆積類型、結構型式等都需要發揮學生的空間想象能力。所以對于典型的分子結構和晶體結構要多看多想，通過觀察實物模型和計算機三維模型，尋找特點和規律，根據定理和規則，把看到的具體模型簡化成抽象結構，體味結構之美。最后要求學生要提前預習和及時復習。結構化學難度高、內容多，不提前預習很難跟上教師的講課節奏。即使在課堂上聽懂了，若課下不及時復習，經過一段時間后就容易忘記。因此，要提前預習以做好課前準備，及時復習以鞏固所學知識。另外，要加強習題練習，通過做題來查找學習中的問題，加強對知識的理解。另外，還要向學生說明一些其他教學事宜。如介紹課外參考書和網絡教學資源，說明模型實習的具體安排，制定課堂紀律，明確考試考核要求以及成績構成百分比等。

3結語

量子力學發展史范文第3篇

關鍵詞：大學物理；物理學史；課堂教學；興趣激發

作者簡介：李玲（1980-），女，湖北荊州人，長江大學工程技術學院，講師。（湖北 荊州 430020）

基金項目：本文系長江大學工程技術學院教研基金項目（項目編號：JY201112）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0122-02

一、大學物理課程的意義

物理是自然科學的基礎性學科，它的知識體系和思維方法貫穿人們學習自然科學知識的始終，培養人的科學精神，陶冶人的科學思維，教會人應用科學方法解決具體問題。大學物理是工程技術學院（以下簡稱“我院”）相關系部許多專業課的理論基礎，但因有些學生認識不到這門課的重要性，經常在課程中期出現畏難厭學現象。現通過改革課堂教學內容，提高學生對物理的學習興趣，以期提高教學質量。

物理學史上的許多名人軼事及其主要研究成果的研發過程都對今人有積極的指導作用，如光學波粒二象性對立統一的認知發展過程。若能結合教學內容將物理學史中有代表性的知識體系發展融入教學過程，既可激發學習興趣，改變滿堂灌的理論推導，又可有機地將物理知識要點與科學的世界觀及哲學發展理論結合起來，有利于學生知識底蘊的累積和眼界的開闊。

表1 大學物理全模塊教學內容及課時分配

我院經過數年的大學物理模塊化教學改革[1]后，將學科內容分為六個模塊（表1），參考課時分配，本文討論如何在課堂教學中將物理學發明史、名人史等容易激發學生興趣的內容導入，以及導入后其對課題教學可起到的積極作用，課程內容以我院現在使用的大學物理教材[2]為準。

二、大學物理全模塊教學內容

1.力學

力學部分的講授內容比較多，是物理學實踐探索方法與思想體系建立的基礎。質點運動學有兩次課，第一次課緒論開端討論物理學科的研究范圍，介紹從古人對自然的樸素的感性認知，到近代利用微積分等數學工具歸納推導大量天文觀測數據及實驗室數據而獲得的經典物理學基本定理與定律，再到近現代的量子物理和相對論，物理的發展史即人類文明的發展史。這兩次課中要將大學物理用到的微積分、矢量等數學知識進行系統化介紹，而微積分的發明者之一牛頓正是近代物理的標志人物。

牛頓定律部分由于學生熟悉內容，在理論講授部分很容易分散注意力，因此，介紹相關物理學史知識可以有效地激發學生興趣。如被稱為近代物理學之父的伽利略，其著名的比薩斜塔落體實驗、斜面實驗皆入選最美麗的十大物理實驗，[3]其物理思想如慣性、力與運動的關系等，是牛頓定律得以建立的基石。而牛頓在1687年發表的《自然哲學的數學原理》里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運動定律是經典力學的基石。質點動力學的最后一節非慣性系略有些抽象。以科里奧利命名的旋轉參考系中的慣性力有許多常見實例，很容易激發學生探究興趣，如臺風氣旋、下水方向、河道兩邊的不對稱沖刷，以及著名的列入十大最美物理實驗之一的傅科擺。[3]

剛體力學三次課相對來講較難較抽象，需要用到微積分、空間立體幾何及矢量叉乘知識，質點的角動量守恒可以將開普勒第二定律的反向證明作為計算實例，而歷史上牛頓正是由開普勒第二定律推導定義角動量的概念。在大段相對沉悶的概念講解和定理推導之后，第谷與開普勒師生的歷史故事以及他們對物理學發展的貢獻很容易引起學生的興趣。

2.振動與波

由于簡諧振動的振動方程、平面簡諧波的波動方程等都比較抽象，其對應物理量的計算和轉換多，所以此處學生最易產生厭學情緒。

機械振動兩次課，第一節課可用中國2013年6月太空課堂的單擺實驗導入；第二次課的利薩，及其后的阻尼振動及共振在生活中的應用及歷史中的實例就更多了，例如著名的18世紀拿破侖士兵齊步過橋致橋塌事件。在西方，波動現象的本質首先是由達芬奇發現的。機械波致質點受迫振動也可舉共振的例子，如中國古代戰場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年多普勒在散步時的“多普勒效應”導入，目前該效應應用很廣。

3.熱學

熱學部分我院僅勘工和化工類專業需要學習。氣體動理論部分的兩次課中涉及到微積分的計算不太多，學生們對克拉伯龍方程也有一定基礎，總體難度不大。第二次課講自由度及麥氏速率分布率時，由于涉及到統計學，相對比較枯燥且理論公式冗長。可以在前期已觀察到學生狀態及接受水平的基礎上，淡化理論，介紹一下科學家麥克斯韋生平。麥克斯韋被譽為牛頓與愛因斯坦之間最偉大的物理學家，其一生對物理學的卓越貢獻不僅表現在對后世產生巨大影響的電磁學上。他在熱力學方面提出的麥克斯韋速率分布式也是應用最廣泛的科學公式之一，在許多物理分支中起著重要的作用。同時代的科學家玻爾茲曼將麥克斯韋速率分布式應用到保守力場中，提出了玻爾茲曼速率分布律，在熱力學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系起來，闡明了熱力學第二定律的統計性質并引出了能量均分原理。

熱力學基礎三次課，可聯系科學發展史上對永動機的探索導入。如第一類永動機不可能被創造出來是違背了能量守恒定律，但其探索過程為熱力學第一定律的建立提供了實驗基礎；第二類永動機則違背了熱力學第二定律。此外，熱機的發明是工業革命的標志之一，第二次課的循環過程可借此話題導入。

4.光學

光學是一個古老而充滿活力的學科。[4]從十七世紀中葉牛頓和惠更斯分別提出光的微粒學說和波動學說之后，對于光的本質的討論一直是科學界熱點話題，直到二十世紀愛因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛頓對光學的研究可視為近代光學的開端，其棱鏡分解白光實驗入選十大最美物理實驗，[3]而牛頓環實驗至今仍是大學普通物理實驗室經典必選實驗之一。因牛頓的權威，光的微粒學說在科學界占主導地位達一個多世紀。光的干涉第一次課以十九世紀初托馬斯楊的雙縫干涉實驗導入，這一實驗揭開了近代波動光學的序幕，亦是十大最美麗的物理實驗之一。[3]第二次課薄膜干涉可以用牛頓環導入。第三次課中介紹在物理學史上有重要地位的邁克爾遜（1907年獲諾貝爾獎）干涉儀。

在衍射部分，將菲涅爾等實驗證明的著名泊松亮斑在第一次課中作簡單介紹，可以很好激發學生的討論熱情，因泊松亮斑的相關歷史很多學生都有所了解。第二次課的X射線衍射的發現過程亦十分有趣，倫琴（1901年獲諾貝爾獎）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的講授，重點是1808年發現的馬呂斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重點但比較有趣的雙折射現象則是早在1669年就被人們發現的，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

經典電磁學理論是大學物理中的必修模塊，雖然理論推導多、微積分計算多，但現在電磁學在生活中的應用無處不在，且名人輩出，將課上得生動有趣并不困難。如靜電學部分的庫侖定律是1785年的庫侖扭秤實驗確立的，電荷的不連續性是由1909年密立根油滴實驗證明，該實驗是十大最美物理實驗之一。[3]第三次課講授的靜電場高斯定理因“數學之王”高斯得名。高斯生平傳聞軼事很多，尤其是其研究生時期，誤將懸留兩千余年未解的尺規作正十七邊形問題作為導師布置的課后作業一夜解決的故事，與學生們發散討論其心理學與教育學意義，對于學生打破心理設限努力鉆研學習很有意義。

穩恒磁場八次課，第一次課可介紹中國古人在磁學方面的發現，司南和指南針的意義；1820年近代磁學標志性的奧斯特實驗等，也是學生們熟悉且有興趣的內容。第二次課的畢奧-薩伐爾定律，可介紹其定律的得出與安培、拉普拉斯等在數學上的幫助密不可分，再次強調大學物理學習中高數知識的重要性。安培是一位在數學、物理、化學領域都有很高造詣的科學家，約第四、五次課中學習的磁場安培環路定理、安培定律都由他發現，被稱為“電學中的牛頓”。

電磁感應部分則由著名科學家法拉第的故事導入。被譽為電磁學領域的平民巨人，著名的自學成才的科學家法拉第，生于英國一個貧苦鐵匠家庭，僅上過小學。1831年，他作出了關于力場的關鍵性突破，永遠改變了人類文明。[4]法拉第是一位無以倫比的實驗物理學家，在電磁學、化學、電解、氣體液化等實驗方面都做出了巨大貢獻。而且法拉第十分幸運地在晚年遇到了既能理解他的物理思想，又長于數學的麥克斯韋，第三、四次課中的感生電場和位移電流假設都是由麥克斯韋提出。麥克斯韋于1873年出版了科學名著《電磁理論》，系統、全面、完美地闡述了電磁場理論，這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。1888年，赫茲經反復實驗，終于發現了人們懷疑和期待已久的電磁波，由法拉第開創、麥克斯韋總結的電磁理論，得以完美的證明。

6.相對論與近代物理

這部分內容我院只有全模塊的勘工和建環專業按十六課時教學并考試，其他專業都只作為了解內容，用物理學史的故事串講主要內容即可：

（1）被譽為20世紀最偉大物理學家的愛因斯坦，其狹義相對論的兩個重要結論：時間延緩和長度收縮效應，及物理學史上著名的雙生子佯謬已被實驗證明，而為愛因斯坦贏得1921年諾貝爾獎的是光電效應的研究。

（2）光電效應方程中的普朗克常數對描述光的量子性非常重要，因研究黑體輻射而提出該常數的普朗克（1918年諾貝爾物理學獎）是量子力學的創始人。有趣的是，普朗克本人并不認同量子理論的許多觀點，直到愛因斯坦利用能量子假設完美地解釋了光電效應。

（3）被戲傳一舉拿下諾貝爾獎（1929）的德布羅意也是量子力學創始人之一，以物質波假設理論最初的確是在其博士論文中提出的，因德布羅意是法國公爵兼德國王子，使其曾被傳聞是一位花花公子，事實上德布羅意終身獻身于科學，深居簡出，是個標準的工作狂。

（4）提出氫原子能級假設的天才玻爾是著名的哥本哈根學派創始人，量子力學的奠基人之一。

（5）概率波動力學的創始人薛定諤，提出著名假設“薛定諤的貓”。

三、結束語

本文按長江大學使用的《大學物理》教材[2]中各章節先后順序列出各章可能提及的名人軼事，希望對執教于大學物理的同仁們在課堂教學中有所助益。

參考文獻：

[1]李玲，梅麗雪.獨立學院大學物理模塊化教學探討[J].華章，

2009，（9）.

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

[3]宮鐵波，張炳恒.十大經典物理實驗回顧[J].大學物理實驗，

量子力學發展史范文第4篇

關鍵詞：結構化學；創新精神；高等教育；教育改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0083-02

結構化學是高等院校化學、材料等相關專業的一門專業基礎課，是理論化學的一個重要分支。它是探究原子、分子、晶體結構的微觀結構，原子和分子中電子的運動規律，及原子和分子結構和性質之間關系的一門科學[1-3]。開設結構化學課程的目的是使相關專業的學生對微觀世界的結構和運動規律有所了解，初步掌握結構與性質的相互關系；從而使學生更進一步地從更深的層次上理解其他化學相關的專業課程，包括無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等。

一、結構化學課程的特點

結構化學這門課程特點明顯，如下：（1）綜合程度高；（2）理論性強；（3）內容抽象。由于這一系列的特點，初學者在開始接觸這門課程時，常有聽“天書”無從下手的感覺；作者在教學過程中也因此遇到了一些問題。下面將遇到的問題做一概括：

1.綜合程度高。結構化學這門課程不是建立在經典力學體系下的課程，而是一門以量子力學為基礎的課程[4]。因此在此門課程的學習開始，就要求學生們鞏固好大一、大二所學的四大化學（無機化學、有機化學、分析化學、物理化學）課程以及其他學過的化學理論基礎知識，并在腦海中建立起一套完善的量子力學體系。此外量子力學論還是近代物理的重要組成部分，因此同學還要兼備一定的物理知識基礎。只有綜合掌握了物理和化學的相關基礎知識后，才能從本質上理解微觀化學領域各個粒子的結構與性能的特征，學懂結構化學這門課程。由此可見，該課程不管是教還是學，兩方面都存在著較大的難度。

2.理論性強。結構化學授課困難的一個重要原因就是課本中含有大量的公式推導過程，復雜的數學模型和大段的文字敘述求解過程。公式推導過程用到比較多的包括微積分、線性代數等高等數學知識。而高等數學方面向來是化學專業學生們的弱點，一步步的推導過程枯燥乏味，讓學生感覺云里霧里般，進而忙于應付求解過程忽略了公式中各個變量的深層次含義。

3.內容抽象。微觀粒子的結構和運動規律是結構化學的主要研究內容，而看不見摸不著的微觀粒子的運動給同學們學的過程帶來了一定的困難，文字敘述無法直觀表達，只能靠學生的憑空想象。因此這門課程對學生的邏輯思維能力和空間想象能力都有較高的要求。

二、結構化學課程授課過程中存在的問題及改革建議

本文作者根據自己多年的教學授課經驗，結合學生課后的反饋意見，對改革結構化學的教學方式提出了一些建議，旨在激發學生的學習興趣充分調動學生的學習積極性，活躍課堂氣氛提高課上學生的吸收率。

1.重視引導。結構化學是一門化學專業類的理論基礎課，學生們看到教材上大段的文字敘述還有繁雜的數學公式推導過程，往往還沒有開始學習就對此門課程失去了興趣。所以，在上第一節課的時候就應對學生進行正確的引導，在緒論課上給大家講述一些結構化學發展史。首先便是1900年，普朗克提出了量子假說，勇敢地打破了能量必須連續變化的經典理論，規定了以間斷形式存在的能量，電磁場中的能量和物質交換間的能量，能量子的大小同輻射頻率成正比，用普朗克常數作為二者之間的比例常數，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象。其次在1905年，愛因斯坦意識到了量子化概念在微觀領域的重要性，引進了光子的概念，從而解釋了光電效應，開啟了量子力學的新篇章。學生們在聽故事的同時，會不知不覺地克服恐懼心理，激發學習的興趣。最后順著教學大綱的思路，引導大家用量子力學體系的思維去思考分析結構化學中所遇到的問題，讓同學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手段輔助教學。結構化學在教學內容上涉及一些相對抽象的模型，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、晶體的點陣結構等都涉及原子和分子的空間排布規律，這些內容要求學生具備較強的空間想象能力。傳統的板書教學方式很難將結構化學中較為抽象的理論以直觀的形式表現給同學們，大段大段的純文字描述也使得學生感到晦澀難懂。多媒體技術可以將授課內容動態化、立體化[5]，絕大多數的分子、晶體結構都可以用3D軟件結合FLASH等做成可360°觀看，任意縮放、平移、旋轉的模型，同學們可任意角度觀看，有利于鞏固加深記憶。

3.注重理論與實際的聯系。由于結構化學是一門理論基礎學科，因此學生們理解起來可能會有一定的難度，容易學過即忘，在教學過程中應讓學生通過理論聯系實際中所熟知或已學過的現象，通過類比的方法鞏固加深記憶。比如，在講晶體的宏觀對稱性時，聯系大自然，啟發學生思考：大自然雖然講究對稱美，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陣結構、對稱元素、對稱操作的概念并對對稱軸次加以證明，得出結論：晶體結構中的對稱軸次只允許存在1、2、3、4、6這五種不存在5和7，這與大自然世界的對稱美是相呼應的。而講到離域鍵的共軛效應時，以堿性條件下酚酞會變成紅色為例，結合學生高中所學知識讓學生理解酚酞變色的根本原因，主要過程是酚酞與堿性溶液發生反應，形成了離域鍵，產生了共軛效應，酚酞-堿性溶液體系能量下降，能級間隔變小，光譜偏移至可見光區，因此我們看到無色的酚酞變成了紅色。通過這種由外至內、循序漸進的引導方式使學生轉變對結構化學這門課程的印象，說明這門課程不是憑空想象漫無邊際地研究我們用不到的東西，而是服務于實踐，解釋著實踐中所遇到的問題，從而使他們樹立起學習信心，增加學習動力，真正做到課上講過的東西當堂就吸收理解掌握。

4.弱化公式推導。結構化學教學的目的就是讓同學們理解掌握結論和推導過程中各符號的物理意義及這些符號在化學中起到了什么樣的作用，有什么應用。結構化學中的公式推導過程用到的高等數學的課程知識比較多，包括微積分的多重積分求解，線性代數中的行列式求值等。而數學功底普遍是化學專業學生們的弱項，大部分所用到的數學知識又都是在大一學習的可能已經被忘到了腦后，因此在講述結構化學課本中的公式時應盡可能弱化公式推導過程，強化學生對整體大局和結論的理解，不再單獨強調詳細的求解過程。因此在講到公式部分時，首先要明確每個符號所代表的物理意義，從本質上理解結構化學這門課程，引導學生們如何去解決問題，解決問題后又能得出怎樣的結論，所得結論的實際意義是什么，然后再回到研究數學推導求解過程上。讓學生抓住該課程的主線厘清學習這門課程的基本思路，順著大綱學下去，把握住主要的大方向，這樣繼續向后面章節學習就不會出現斷層。反之如果從數學公式推導出發，進行煩瑣的化簡計算，就容易忽略需要解決的問題的主體，不知道這些純數學求解過程是要干什么，得出的結果有什么意義，事倍功半。

5.科學的完善考核機制。考試是教學活動不可缺少的一部分，也是衡量教師授課成果和學生掌握課程情況的主要方法。現代大學是以培養綜合創新型人才為目的的，因此在教學考核過程中，應該用科學的、多元的方式去綜合評價每個學生，拒絕一考定終身的制度，取代傳統的單一閉卷考試方法，轉變學生們認為只要死記硬背課本就能取得好成績的慣性思維。將最終成績定為三部分之和，其中，平時成績占30%；期中成績30%；期末成績40%。平時成績的30%包括課堂表現（10%）、習題作業（10%）和專業課小論文（10%）。課堂上教師有針對性地提出問題并根據學生的回答情況給出分數，既能隨時掌握學生們的學習狀況還能根據學生們的整體掌握情況隨時調整課程安排。有利于增強師生課上的互動、改變課堂沉悶的授課氛圍，培養學生們獨立自主的思考問題，討論問題，解決問題的能力，同時還可以鍛煉他們的語言表達能力和應變能力。課后的習題作業主要是引導學生正確地復習所學內容。專業小論文則偏重于考查學生查閱相關文獻、獲取知識的能力。這樣靈活的考試機制有利于引導學生改變突擊復習期末考試的方法，樹立正確的學習觀，從平時開始做到課后即復習，查漏補缺，也只有這樣才能真正達到結構化學的教學目的。

根據筆者多年來對結構化學課程改革的摸索，使用上述方法學生們學習結構化學課程的積極性明顯提高，課堂氣氛也活躍起來了，學生們愛聽了，授課效率明顯提高。

總之，結構化學是一門其中理論在實際生活中接觸較少，學習的知識內容相對抽象，老師和同學們在教與學的過程都感到較為困難的理論基礎課。教師們應精心備課，認真設計教學內容，研究課程改革，由淺入深的教學，消除學生們對課程的恐懼心理。通過一系列的改革過程，改變課堂環境，活躍課堂氣氛，讓學生體會到獨立自主創新和團隊合作精神的重要性，培養他們對問題分析和解決的能力；最后引入科學合理的考核機制對學生進行綜合評價，引導學生樹立正確的學習觀，不斷充實結構化學理論基礎知識，提高主動獲取知識、綜合運用知識的能力，培養多能創新型優秀人才。

參考文獻：

[1]楊志廣，彭鵬，石曉明，周凱.如何激發學生學習結構化學的興趣[J].教育教學論壇，2014，（20）：118-120.

[2]令狐文生，董華平.結構化學課程建設的實踐與思考[J].教育教學論壇，2011，（35）：214-215.

[3]韓波.結構化學教學實踐與初探――引導啟發式教學[J].科技信息，2013，（25）：218，259.

量子力學發展史范文第5篇

本書名為現代電動力學，它以希望深化對電磁學的理解而數學水平又不太低的研究生為讀者對象。考慮到它既可作為課堂教學用書，又可作為對廣泛讀者有用的參考書，作者認為，它與專著相反，應該涵蓋學生們必須知道的一切，而不是作者應當知道的一切。但物理學家們對于“學生們必須知道的一切”極少有共識，一般來講，除了大學教程中所出現的一些核心內容之外，對于研究生課程的講義的內容往往依賴于作者的研究工作背景。本書作者打算在適當的篇幅下使本書包含有遠遠超過兩個學期課程所需的材料，以適應根據不同的要求選擇教學內容。

本書書名中的“現代”并不意味著使用特殊的“現代”數學方法，而是指它包括了近幾十年來引人關注的新發展起來的一些重要論題，為此不惜忽略掉或者僅僅略微提及一般教科書中一些熟悉的論題。為了幫助讀者學習，本書提供大約120個完全解出的例題。此外，各章后面總共有近600個課后作業題，這些題目中有一些屬于大學生水平的技巧性題目，而有一些是直接取自研究文獻中具有挑戰性的問題。

學生在讀懂課文的幫助下積極地完成這些習題能為自己打下良好的基礎。

全書內容共分成24章：1.數學預備知識； 2.麥克斯韋方程；3.靜電學； 4.電多極矩； 5.導體； 6.電介質； 7.拉普拉斯方程； 8.泊松方程；9， 穩恒電流； 10.靜磁學；11.磁多極距；12.磁力和磁能；13.磁性物質； 14.動力學的和準靜態場； 15.一般電磁場； 16.真空中的波；17.簡單物質中的波；18.色散物質中的波； 19.導波和約束波；20.推遲和輻射； 21.散射和衍射； 22.狹義相對論；23.運動電荷的場； 24.拉格朗日和哈密頓方法。

書末有4個附錄： A.重要的符號表； B.高斯單位； C.特殊函數；D.狹義相對論中負號的處理。

本書的寫作風格和豐富的內容以及作者深刻的理解力和洞察力使得本書出版后立即得到了許多相關專家、學者的好評，認為這是一部難得的研究生用教科書，而且必將成為一部經典電動力學新的、優秀的經典教材。

丁亦兵，教授

（中國科學院大學）