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篇1

[關(guān)鍵詞] 地方院校；量子力學(xué)；精品課程建設(shè)

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1005-4634（2014）01-0057-04

0 引言

我國(guó)本科高校按隸屬對(duì)象不同，分為部委屬和省屬兩大類別，省屬高校又分為省屬國(guó)家“211”重點(diǎn)高校、省部共建高校、地方性直屬高校三類，本文“地方院校”指省屬高校中的地方性直屬本科高校，這些院校大多采取省市共建、以市為主的管理體制，多數(shù)建校時(shí)間短或由專科升格。

隨著我國(guó)高等教育大眾化進(jìn)程的不斷深入，生源質(zhì)量降低，教學(xué)資源日趨緊張，高等院校的教學(xué)壓力逐漸加大，引發(fā)了社會(huì)對(duì)高等教育質(zhì)量的擔(dān)憂。2003年4月《教育部關(guān)于啟動(dòng)高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程精品課程建設(shè)工作的通知》（教高[2003]1號(hào)），引起了全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)國(guó)家、省、校三級(jí)精品課程的熱潮。量子力學(xué)精品課程也同其他課程一樣，經(jīng)歷了精品課程建設(shè)的熱潮，截至2013年9月，共有四校建成國(guó)家精品課程，分別是蘭州大學(xué)（2004年）、復(fù)旦大學(xué)（2004年）、清華大學(xué)（2007年）、北京大學(xué)（2008年）；兩校建成湖北省精品課程，分別是華中師范大學(xué)（2003年）和湖北大學(xué)（2003年）；兩校建成湖北省地方院校校級(jí)精品課程，分別是黃岡師范學(xué)院（2007年）、湖北師范學(xué)院（2011年）。可見，量子力學(xué)國(guó)家精品課程全部由985重點(diǎn)大學(xué)建設(shè)，湖北省精品課程也由211重點(diǎn)大學(xué)和省屬重點(diǎn)大學(xué)建設(shè)，地方院校只有兩校建成校級(jí)精品課程，只占湖北省27所地方院校的7.4%，大多數(shù)地方院校并未開展量子力學(xué)精品課程建設(shè)，這與量子力學(xué)課程的重要地位極不相稱。量子力學(xué)是近代物理學(xué)的兩大支柱之一，也是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，其教學(xué)質(zhì)量的重要性不言而喻，但量子力學(xué)又是一門高度抽象的理論物理課程，遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗(yàn)，教與學(xué)都有一定的難度。地方院校由于師資力量薄弱，學(xué)術(shù)資源匱乏，生源素質(zhì)不理想，教學(xué)與科研脫節(jié)，導(dǎo)致這些院校的量子力學(xué)精品課程大多處于有心無力、舉步維艱的狀態(tài)。

地方院校占我國(guó)高校總數(shù)的90%左右，擔(dān)負(fù)著服務(wù)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、培養(yǎng)千百萬專門人才的重任。地方院校是我國(guó)高等教育金字塔的塔基，塔基不穩(wěn)，必然影響我國(guó)高等教育的健康發(fā)展，因此研究地方院校量子力學(xué)精品課程建設(shè)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是迫在眉睫的重要問題，令人惋惜的是這方面的研究成果太少，難以指導(dǎo)地方院校量子力學(xué)精品課程的建設(shè)。

1 地方院校視角下量子力學(xué)精品課程建設(shè) 的內(nèi)涵

精品課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是“五個(gè)一流”，即一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理。精品課程建設(shè)研究大多圍繞“五個(gè)一流”展開，但精品課程建設(shè)應(yīng)該是分層次的，不同類型的高校應(yīng)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)學(xué)校都是在自己的層次上、自己的類型上來辦出最高水平的課程，各個(gè)學(xué)校是不一樣的，精品課定位不一樣，尋找精品課群體也不一樣[1]。地方高校應(yīng)從自己的辦學(xué)定位、培養(yǎng)規(guī)格和生源情況來考慮量子力學(xué)精品課程建設(shè)，基于地方院校視角來理解“五個(gè)一流”，揚(yáng)長(zhǎng)避短，不盲目攀比，也不妄自菲薄。

1.1 一流教師隊(duì)伍

地方院校普遍存在教師整體水平不高的問題，教師的學(xué)歷、職稱、學(xué)術(shù)水平和重點(diǎn)大學(xué)相比有較大差距，教學(xué)任務(wù)重，技術(shù)應(yīng)用能力不強(qiáng)。重點(diǎn)大學(xué)承擔(dān)培養(yǎng)拔尖人才的任務(wù)，必然要求教師具有較高的學(xué)術(shù)水平和科研能力，地方院校承擔(dān)培養(yǎng)千百萬專門人才，即應(yīng)用型技能型人才的任務(wù)，對(duì)教師的學(xué)術(shù)水平要求不是太高，但要求教師具有較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力。地方院校教師不宜與重點(diǎn)大學(xué)的教師比學(xué)術(shù)水平，但要關(guān)注學(xué)科前沿，盡快掌握與本學(xué)科相關(guān)的最新技術(shù)，提高重點(diǎn)大學(xué)教師并不擅長(zhǎng)的技術(shù)應(yīng)用能力，體現(xiàn)地方院校“雙師”型師資的鮮明特色。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教師隊(duì)伍，就是要建設(shè)一支與應(yīng)用型人才培養(yǎng)相適應(yīng)的，具有一定的學(xué)術(shù)水平、較高的教學(xué)水平、較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力的“雙師型”教師隊(duì)伍。

1.2 一流教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，決定了量子力學(xué)精品課程的教學(xué)內(nèi)容有別于重點(diǎn)大學(xué)，教學(xué)內(nèi)容的核心是量子力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)、基本技能，不求教學(xué)內(nèi)容的高度完整性，適當(dāng)降低內(nèi)容的深度和應(yīng)用數(shù)學(xué)解題的難度，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時(shí)代性，滿足學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿及其技術(shù)應(yīng)用的強(qiáng)烈愿望。前沿知識(shí)不僅可以開闊學(xué)生的眼界，而且能夠潛移默化地影響學(xué)生未來的發(fā)展。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教學(xué)內(nèi)容可以理解為，量子力學(xué)基本理論、基本知識(shí)、基本技能等學(xué)科有效知識(shí)與專業(yè)發(fā)展密切相關(guān)的前沿知識(shí)及其技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)整合。有效知識(shí)，就是今后能對(duì)在該領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)、繼續(xù)研究、開辟新的領(lǐng)域、學(xué)習(xí)新的知識(shí)發(fā)揮作用的、最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)性的東西[1]。

1.3 一流教學(xué)方法

重點(diǎn)大學(xué)普遍重視討論式、研究式教學(xué)方法，基于量子力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)和地方院校學(xué)生水平，討論式和研究式的教學(xué)方法要慎重使用，如果準(zhǔn)備不充分，極有可能出現(xiàn)學(xué)生討論時(shí)言之無物和研究時(shí)無從著手的難堪局面，反而挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。采用討論式和研究式教學(xué)方法，一要內(nèi)容難度適宜，二要前期準(zhǔn)備充分，三要教師循循善誘。量子力學(xué)內(nèi)容高度抽象，學(xué)生自學(xué)困難較大，因此對(duì)教學(xué)方法和手段的要求較高。無論選擇什么樣的教學(xué)方法，采用什么樣的教學(xué)手段，都是為了學(xué)生能夠更好地理解和掌握知識(shí)，都要適合學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平，不能為了討論而討論，為了研究而研究，應(yīng)以實(shí)際教學(xué)效果來評(píng)價(jià)教學(xué)方法的優(yōu)劣。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教學(xué)方法，即以啟發(fā)式講授為主，結(jié)合課程內(nèi)容適當(dāng)采取討論式和研究式教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)手段與多媒體技術(shù)手段有機(jī)結(jié)合，集多種方法與手段于一體的教學(xué)方法體系。

1.4 一流教材

量子力學(xué)教材的選用，國(guó)內(nèi)一般主要選用曾謹(jǐn)言版（重點(diǎn)大學(xué)）和周世勛版（地方院校），另有蘇汝鏗版、張永德版、錢伯初版、關(guān)洪版等多種教材，也有多種國(guó)外優(yōu)秀教材。鑒于量子力學(xué)的某些基本問題至今仍有爭(zhēng)議，甚至國(guó)內(nèi)權(quán)威教材中的部分內(nèi)容仍受質(zhì)疑，地方院校不宜盲目自編教材，避免對(duì)某些問題的不當(dāng)闡述誤導(dǎo)學(xué)生，宜選用國(guó)內(nèi)經(jīng)典的簡(jiǎn)明教材，輔以優(yōu)秀教材作為參考書，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，通過立體化、一體化教材建設(shè)，補(bǔ)充量子力學(xué)的最新進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用，更好地為地方院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才服務(wù)。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教材，即在選用國(guó)內(nèi)經(jīng)典簡(jiǎn)明教材的基礎(chǔ)上，選擇國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀教材作參考書，著力打造包括電子教案、PPT、習(xí)題答案、試題庫(kù)、仿真實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)課堂等資源在內(nèi)的立體化、一體化教材。

1.5 一流教學(xué)管理

精品課程需要通過科學(xué)的管理為其提供制度保證。科學(xué)的教學(xué)管理和規(guī)范的管理機(jī)制，是精品課程的重要條件。精品課程的教學(xué)管理既包括對(duì)課堂教學(xué)的組織、實(shí)踐教學(xué)的安排、學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)定等教學(xué)環(huán)節(jié)的管理，還包括師資隊(duì)伍的配備、課程建設(shè)過程的管理、教學(xué)保證條件的建設(shè)等[2]。

地方院校作為教學(xué)型大學(xué)，科研上處于劣勢(shì)，教學(xué)管理上更應(yīng)加強(qiáng)，應(yīng)將一流教學(xué)管理作為量子力學(xué)精品課程的重要特色來建設(shè)。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教學(xué)管理，即建立健全與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)的教學(xué)管理制度，包括編、備、教、輔、改、考各教學(xué)環(huán)節(jié)的管理制度，以及經(jīng)費(fèi)投入、師資配備、用人機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制、課程評(píng)價(jià)等教學(xué)質(zhì)量保障制度，認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)教學(xué)管理制度并切實(shí)做好教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，保證課程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 地方院校視角下量子力學(xué)精品課程建設(shè) 的對(duì)策

2.1 建設(shè)一支與應(yīng)用型人才培養(yǎng)適應(yīng)的師資隊(duì)伍

地方院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的定位，客觀上要求教師應(yīng)具有教師和工程師（或技能師）的雙重身份。量子力學(xué)精品課程的師資隊(duì)伍建設(shè)，除引進(jìn)高層次人才、抓好現(xiàn)有教師的轉(zhuǎn)型提升、開展與課程相關(guān)的教研和科研等常規(guī)措施之外，尤其要重視師資隊(duì)伍的技術(shù)水平和能力的培養(yǎng)，通過產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合切實(shí)提高教師的技術(shù)操作能力、應(yīng)用能力和轉(zhuǎn)化能力。加強(qiáng)學(xué)校與科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)的合作，聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的科研人員和工程師作為兼職教師，提高教師隊(duì)伍整體的科研水平和技術(shù)實(shí)力。

2.2 精選課程有效知識(shí)構(gòu)建學(xué)科基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)理論 與應(yīng)用、基礎(chǔ)與前沿的完美結(jié)合

夯實(shí)基礎(chǔ)、關(guān)注前沿、了解應(yīng)用、激發(fā)興趣是一流教學(xué)內(nèi)容的必然要求。在教學(xué)內(nèi)容的選擇和安排上，要注意與知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，找準(zhǔn)最佳結(jié)合點(diǎn)，融入學(xué)科前沿的理論知識(shí)和學(xué)科發(fā)展的最新成果。

量子力學(xué)的有效知識(shí)包括量子力學(xué)的發(fā)展歷史、量子力學(xué)的五大公設(shè)、定態(tài)問題求解、表象變換理論、微擾理論、電子自旋等，有效知識(shí)構(gòu)成課程的核心知識(shí)；學(xué)科前沿知識(shí)、量子力學(xué)在現(xiàn)代科技和其它學(xué)科中的應(yīng)用等內(nèi)容構(gòu)成課程的補(bǔ)充知識(shí)；散射等相對(duì)困難的內(nèi)容構(gòu)成課程的知識(shí)。核心知識(shí)具有相對(duì)穩(wěn)定性，要求熟練掌握；補(bǔ)充知識(shí)具有時(shí)代性，要求學(xué)生了解而不求掌握；知識(shí)具有可選性，建議有能力的學(xué)生選學(xué)。核心知識(shí)和補(bǔ)充知識(shí)屬于第一層次的教學(xué)內(nèi)容，面向全體學(xué)生；知識(shí)屬第二層次的教學(xué)內(nèi)容，面向部分學(xué)生。教學(xué)內(nèi)容的分類既有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)的層次化，又有利于實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用、基礎(chǔ)與前沿的有機(jī)結(jié)合。

2.3 構(gòu)建教學(xué)理念先進(jìn)、與學(xué)生水平相適應(yīng)的教 學(xué)方法體系

以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體。變單一教學(xué)方式為多樣化教學(xué)方式構(gòu)成的有機(jī)體系，變以教為主為以學(xué)為主或?qū)W教并重，變傳統(tǒng)課堂教學(xué)為傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)相結(jié)合。基于量子力學(xué)的抽象性，講授仍是主要的教學(xué)方法，但應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生積極思考，采取課內(nèi)、課外、網(wǎng)絡(luò)等多種形式增強(qiáng)師生互動(dòng)，結(jié)合適當(dāng)?shù)膬?nèi)容開展討論和研究。

可以組織學(xué)生討論如量子力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的解釋、量子力學(xué)基本原理的各種理解、一維定態(tài)問題的求解方法等；也可討論量子力學(xué)的某些新進(jìn)展和新的技術(shù)應(yīng)用，要求學(xué)生就“量子糾纏”、“EPR佯謬”、“量子計(jì)算機(jī)原理”等內(nèi)容展開調(diào)研，撰寫文獻(xiàn)綜述報(bào)告，將討論和初步的研究結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的基本素質(zhì)；也可建議能力較強(qiáng)的學(xué)生對(duì)“密度矩陣表示量子態(tài)”、“路徑積分量子化”、“自由粒子的狄拉克方程”等較新的內(nèi)容進(jìn)行一些初級(jí)的理論探討，通過寫小論文的方式總結(jié)研究結(jié)果等。

討論和探究的關(guān)鍵在于培養(yǎng)學(xué)生的參與意識(shí)、問題意識(shí)和批判意識(shí)，不奢望畢其功于一役，長(zhǎng)期堅(jiān)持一定會(huì)有收獲。

2.4 選擇適宜的教材和教學(xué)參考書，建設(shè)立體化、 一體化教材

選擇周世勛版《量子力學(xué)教程》作為教材，因?yàn)樗容^簡(jiǎn)明，適合初學(xué)者和地方院校生源的實(shí)際水平；選擇曾謹(jǐn)言版《量子力學(xué)教程》作為主要參考書，因?yàn)樗侨珖?guó)大多數(shù)高校指定的考研參考用書，要照顧部分考研學(xué)生的需要；還可選擇其他國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀教材作為參考書，以兼收并蓄、博采眾長(zhǎng)。

教材是教學(xué)內(nèi)容的載體，一流教材必然要展現(xiàn)一流教學(xué)內(nèi)容。立體化、一體化教材不是簡(jiǎn)單的教材和教參搬家，應(yīng)將學(xué)科最新的研究成果、成功的教改經(jīng)驗(yàn)和教師自己的教科研成果及時(shí)地反映出來。一流教材除電子教案、PPT、全程教學(xué)錄像、習(xí)題解答、試題庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)答疑、在線測(cè)試等內(nèi)容外，還要自編學(xué)習(xí)輔導(dǎo)用書，內(nèi)容大致可包括學(xué)習(xí)內(nèi)容輔導(dǎo)、考研輔導(dǎo)、閱讀材料三大部分。學(xué)習(xí)內(nèi)容輔導(dǎo)應(yīng)梳理各章知識(shí)點(diǎn)及聯(lián)系、重點(diǎn)難點(diǎn)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)充典型習(xí)題；考研輔導(dǎo)可提供各類院校近年來的量子力學(xué)考研試卷，分析考試內(nèi)容涵蓋的知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)的考核要求；閱讀材料可介紹量子力學(xué)的最新進(jìn)展、與量子力學(xué)有關(guān)的各交叉學(xué)科、量子力學(xué)的發(fā)展歷史以及逸聞趣事等。

2.5 抓緊抓實(shí)全方位全過程的教學(xué)管理

精品課程建設(shè)是一個(gè)綜合系統(tǒng)工程，只有扎扎實(shí)實(shí)、認(rèn)認(rèn)真真、持之以恒地努力工作，才能把事情做好[3]。一流教學(xué)管理是精品課程建設(shè)的重要方面，建章立制是基礎(chǔ)，教學(xué)各環(huán)節(jié)的過程管理是縱線，教學(xué)保障條件建設(shè)管理是橫線，教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、反饋和改進(jìn)是保障。教學(xué)管理不必標(biāo)新立異，抓緊、抓實(shí)、抓細(xì)、抓出成效，就是教學(xué)管理的最大特色。

教學(xué)各環(huán)節(jié)的管理制度中，重點(diǎn)要改變學(xué)業(yè)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，變結(jié)果評(píng)價(jià)為過程評(píng)價(jià)，正確把握考試導(dǎo)向，降低期末考試比重，加大平時(shí)考核比重，將考勤、作業(yè)、提問、小論文、課程設(shè)計(jì)納入平時(shí)考核。

教學(xué)質(zhì)量保障制度的建設(shè)和落實(shí)要抓好以下幾個(gè)方面：學(xué)校要加大對(duì)精品課程建設(shè)的經(jīng)費(fèi)投入；選擇學(xué)術(shù)水平較高、教學(xué)效果得到師生公認(rèn)的優(yōu)秀教師擔(dān)任課程負(fù)責(zé)人，組建由課程負(fù)責(zé)人負(fù)總責(zé)、主講教師分工與合作的教學(xué)隊(duì)伍；對(duì)參與精品課程建設(shè)的教師，在評(píng)優(yōu)評(píng)先、晉升職稱等方面優(yōu)先考慮；抓實(shí)教學(xué)過程的質(zhì)量監(jiān)控，完善同行評(píng)教、學(xué)生評(píng)教、畢業(yè)生評(píng)教和評(píng)教意見的及時(shí)反饋及改進(jìn)制度；抓住一切校內(nèi)外的交流機(jī)會(huì)，博采眾長(zhǎng)，不斷更新充實(shí)網(wǎng)上資源，確保精品課程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 地方院校視角下量子力學(xué)精品課程建設(shè) 的初步成果

2011年起，荊楚理工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)開設(shè)量子力學(xué)課程。三年來，量子力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以建設(shè)校級(jí)精品課程為目標(biāo)，始終追求精品境界，目前量子力學(xué)精品課程的基本資料已準(zhǔn)備就緒，擬申報(bào)校級(jí)精品課程，并計(jì)劃在校級(jí)精品課程基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)申報(bào)省級(jí)及以上精品課程，最終轉(zhuǎn)型升級(jí)成為精品資源共享課。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持教學(xué)和科研相結(jié)合，重視研究解決教學(xué)過程中存在的突出問題，以教科研水平的提高帶動(dòng)教學(xué)水平的提高。三年共主持完成湖北省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題“理工類本科生物理學(xué)習(xí)障礙歸因及對(duì)策研究”一項(xiàng)，此課題于2013年5月被湖北省教科規(guī)劃辦批準(zhǔn)結(jié)題，鑒定結(jié)論為：課題研究整體設(shè)計(jì)規(guī)范，研究路線科學(xué)，課題組成員分工合理，研究成果豐富且有實(shí)效；正主持湖北省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題一項(xiàng)：“地方院校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究”。在學(xué)術(shù)研究方面，教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞量子糾纏態(tài)、量子點(diǎn)、反應(yīng)微分截面等方向進(jìn)行了比較深入地研究，取得了一些成果，近幾年在國(guó)外英文期刊和國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表了6篇英文學(xué)術(shù)論文，其中4篇被EI收錄，2篇被INSPECT收錄，并在原子與分子物理學(xué)報(bào)、重慶大學(xué)學(xué)報(bào)、量子光學(xué)學(xué)報(bào)等中文核心期刊上發(fā)表了8篇學(xué)術(shù)論文。

科學(xué)研究提高了教師的學(xué)術(shù)水平，加深了對(duì)量子力學(xué)課程內(nèi)容的深刻理解，促進(jìn)了教學(xué)的深入淺出，實(shí)現(xiàn)了理論與應(yīng)用、基礎(chǔ)與前沿的有機(jī)結(jié)合，量子力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量逐年穩(wěn)步提高：三年來師生評(píng)教均分都在95分以上，教學(xué)效果得到師生認(rèn)可；學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的積極性明顯提高，學(xué)業(yè)成績(jī)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，大部分學(xué)生較好地掌握了量子力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，并對(duì)量子力學(xué)知識(shí)的有關(guān)應(yīng)用和學(xué)科發(fā)展前沿產(chǎn)生了濃厚興趣，越來越多的學(xué)生開始選擇以量子力學(xué)的有關(guān)研究作為畢業(yè)論文選題，其中2009級(jí)兩名學(xué)生的畢業(yè)論文榮獲學(xué)校優(yōu)秀畢業(yè)論文；不少學(xué)生考研時(shí)量子力學(xué)科目也取得了135分以上的較好成績(jī)。荊楚理工學(xué)院量子力學(xué)精品課程建設(shè)取得的初步成效，從理論和實(shí)踐兩方面證明了建設(shè)具有地方院校特色的量子力學(xué)精品課程是可行的。

4 結(jié)束語

精品課程不應(yīng)千課一面，不同類型的院校應(yīng)該有不同類型的精品課程，量子力學(xué)精品課程建設(shè)也不應(yīng)該成為重點(diǎn)大學(xué)的專利，地方院校完全可以根據(jù)自己的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格、生源狀況，正確地理解“一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理”，建設(shè)具有應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色的量子力學(xué)精品課程，在精品課程建設(shè)上實(shí)現(xiàn)與重點(diǎn)大學(xué)的錯(cuò)位發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]袁德寧.精品課建設(shè)及課程支撐理念的轉(zhuǎn)變[J].清華大學(xué)教育研究，2004，25（3）：53-57.

篇2

在建立科學(xué)理論體系的過程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹工作為基礎(chǔ)。而且人們一般相信科學(xué)知識(shí)就是在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生和累積起來的。但只要這種認(rèn)識(shí)活動(dòng)過程是為一個(gè)協(xié)調(diào)一致的目標(biāo)所固有，只要它真正屬于科學(xué)研究自我累進(jìn)的進(jìn)程，則不論其如何復(fù)雜，仍只是過程性的，而不從根本上規(guī)定科學(xué)的性質(zhì)、程序，乃至結(jié)論。這就使我們?cè)诳疾鞆?fù)雜的科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)時(shí)，可以抽取出高于具體手段的，基本上只屬于人類心智與外在世界相聯(lián)絡(luò)的東西，即科學(xué)語言，來作為認(rèn)識(shí)的中介物。

要說明科學(xué)語言何以能成為這樣的中介，需要先對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)加以分析。

作為一種形式化理論的近現(xiàn)代科學(xué)，其目的是力圖摹寫客觀實(shí)在。這種摹寫的認(rèn)識(shí)論前提是一個(gè)外在的、自為的客體和作為其思維對(duì)立面的內(nèi)在的主體間的雙重存在。這一認(rèn)識(shí)論前提在科學(xué)認(rèn)識(shí)方面衍生出一個(gè)更實(shí)用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結(jié)構(gòu)”（包括動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，比如動(dòng)力學(xué)所概括的各種關(guān)系和過程）。

這一自在的實(shí)在具有由它的“自明性”所保證的嚴(yán)格規(guī)范性。這種自明性只在涉及存在與意識(shí)的根本關(guān)系時(shí)才可能引起懷疑。而科學(xué)是以承認(rèn)這種自明性為前提的。因此科學(xué)實(shí)際就是關(guān)于具有自明性的實(shí)在的思維重構(gòu)。它必須限于處理自在的實(shí)在，因?yàn)榭茖W(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性（主要表現(xiàn)為邏輯性）是由實(shí)在的自明性所保證的，任何超越實(shí)在的描述都會(huì)破壞這種描述的前提。這一點(diǎn)對(duì)稍后關(guān)于量子力學(xué)的討論非常重要。

上述分析表明，科學(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性并非如有唯理論傾向的觀點(diǎn)所認(rèn)為的那樣，是來自思維，也并非如經(jīng)驗(yàn)論觀點(diǎn)所認(rèn)為的來自具體手段對(duì)經(jīng)驗(yàn)表象的操作，也并不象當(dāng)代某些科學(xué)哲學(xué)家所認(rèn)為的純粹出于主體間的共同約定。科學(xué)的最高規(guī)范是存在在客觀實(shí)在中的，是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規(guī)范為目標(biāo)而去企及它。

在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，不論是一個(gè)思維過程還是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會(huì)有。科學(xué)語言與人類思維形態(tài)固然有很大的關(guān)系，但是它們可能在一個(gè)很高的層次上有著共同的根源。就認(rèn)識(shí)的高度而言，思維形態(tài)作為人類的一種意識(shí)現(xiàn)象，對(duì)它進(jìn)行本質(zhì)的追究，至少目前還不能完全放在客觀實(shí)在的背景上。因此，在科學(xué)認(rèn)識(shí)的層次上，思維形態(tài)完全可以被視為相對(duì)獨(dú)立的東西。而科學(xué)語言則是明確地被置于實(shí)在自身這一背景之中的。這就使我們實(shí)際上可以把科學(xué)語言看作一種知識(shí)，它與系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)具有完全相同的確切性，即它首先是與實(shí)在自身相諧合，然后才以這種特殊性成為思維與對(duì)象之間的中介。這才能保證，既使科學(xué)語言所述說的科學(xué)是關(guān)于實(shí)在的確切圖景，又使思維活動(dòng)具備與實(shí)在相聯(lián)絡(luò)的手段。

科學(xué)語言作為一種知識(shí)所具備的上述特殊性，使它成為客觀實(shí)在圖景構(gòu)成的基本要素，或科學(xué)知識(shí)的“基元”。思維形態(tài)不能獨(dú)立地形成知識(shí)，但思維形態(tài)卻提供某種方式，使科學(xué)語言所包含的知識(shí)基元獲得某種特定的加成和組合，從而構(gòu)成一種系統(tǒng)化的理論。這就是語言在認(rèn)識(shí)中的中介作用。由于任何事物都必須“觀念地”存乎人的意識(shí)中，才能為人的心智所把握，所以，在這個(gè)意義上，一個(gè)認(rèn)識(shí)過程就是一個(gè)運(yùn)用語言的過程。

二、數(shù)學(xué)語言

數(shù)學(xué)語言常常幾乎就是科學(xué)語言的同義詞。但實(shí)際上，科學(xué)語言所指的范圍遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)語言的范圍大，否則就不會(huì)出現(xiàn)量子力學(xué)公式的解釋問題。在自然科學(xué)發(fā)生以前，數(shù)學(xué)所起的作用也還不是后世的那種對(duì)科學(xué)的敘錄。只是由于精密推理的要求所導(dǎo)致的語言理想化，才推進(jìn)了數(shù)學(xué)的應(yīng)用。但歸根究底，數(shù)學(xué)與前面說的那種合乎客觀實(shí)在的知識(shí)基元是不同的。將數(shù)學(xué)用作科學(xué)的語言，必須滿足一個(gè)條件，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但這一點(diǎn)并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過數(shù)學(xué)的公理學(xué)本質(zhì)。他說，對(duì)一條幾何學(xué)公理而言，古老的解釋是，它是自明的，是某一先驗(yàn)知識(shí)的表述，而近代的解釋是，公理是思想的自由創(chuàng)造，它無須與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或直覺有關(guān)，而只對(duì)邏輯上的公理有效性負(fù)責(zé)。愛因斯坦因此指出，現(xiàn)代公理學(xué)意義上的數(shù)學(xué)，不能對(duì)實(shí)在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現(xiàn)代公理學(xué)意義上的理解，那么，要使幾何學(xué)對(duì)客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個(gè)命題：固體之間的可能的排列關(guān)系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關(guān)系一樣。〔1〕只有這樣， 歐幾里德幾何學(xué)才成為對(duì)剛體行為的一種描述。

愛因斯坦的這種看法與上文對(duì)科學(xué)語言的分析是基本上相通的。它可以說明，數(shù)學(xué)為什么會(huì)一貫作為科學(xué)的抽象和敘錄工具，或者它為什么看上去似乎具有作為科學(xué)語言的“先天”合理性。

首先，作為科學(xué)的推理和記載工具的數(shù)學(xué)，實(shí)際上是從思維對(duì)實(shí)在的一些很基本的把握之上增長(zhǎng)起來的。歐幾里得幾何學(xué)中的“點(diǎn)”、“直線”這樣一些概念本身就是我們以某種方式看世界的知識(shí)。之所以能用這些概念和它們之間的關(guān)系去描繪實(shí)在，是因?yàn)檫@些“基元”已經(jīng)包含了關(guān)于實(shí)在的信息（如剛體的實(shí)際行為）。

其次，數(shù)學(xué)體系的那種嚴(yán)密性其實(shí)主要是與人類思維的屬性有關(guān)，盡管思維的嚴(yán)密性并不是一開始就注入了數(shù)學(xué)之中。如前所述，思維的嚴(yán)密性是由實(shí)在的自明性來決定的，是習(xí)得的。這就是說，數(shù)學(xué)之所以與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，只是因?yàn)閿?shù)學(xué)的基礎(chǔ)確切地說來自這種結(jié)構(gòu)；而數(shù)學(xué)體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實(shí)在的自明性同源的。

由此可見，數(shù)學(xué)與自然科學(xué)的不同僅表現(xiàn)在對(duì)于它們的結(jié)果的可靠性（或真實(shí)性）的驗(yàn)證上。也就是說，科學(xué)和數(shù)學(xué)同樣作為思維與實(shí)在相互介定的產(chǎn)物，都有可能成為對(duì)實(shí)在結(jié)構(gòu)的某種描述或“偽述”，并且都具有由實(shí)在的自明性所規(guī)定的嚴(yán)密性。但數(shù)學(xué)基本上只為邏輯自治負(fù)責(zé)，而科學(xué)卻僅僅為描述的真實(shí)性負(fù)責(zé)。

事實(shí)正是如此。數(shù)學(xué)自身并不代表真實(shí)的世界。它要成為物理學(xué)的敘錄，就必須為物理學(xué)關(guān)于實(shí)在結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息所重組。而用于重組實(shí)在圖景的每一個(gè)單元，實(shí)際上是與物理學(xué)的基本知識(shí)相一致的。如果在幾何光學(xué)中，歐幾里德幾何學(xué)不被“光線”及其傳播行為有關(guān)的概念重組，它就只是一個(gè)純粹的形式體系，而對(duì)光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現(xiàn)代物理學(xué)中的應(yīng)用也同樣說明了這一點(diǎn)。

三、物理學(xué)語言

雖然物理學(xué)是嚴(yán)格數(shù)學(xué)化的典范，但物理學(xué)語言的歷史卻比數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)的歷史要久遠(yuǎn)得多。

在認(rèn)識(shí)的邏輯起點(diǎn)上，僅當(dāng)認(rèn)識(shí)論關(guān)系上一個(gè)外在的、恒常的（相對(duì)于主體的運(yùn)動(dòng)變化而言）對(duì)象被提煉和廓清時(shí)，才能保證一種僅僅與對(duì)象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關(guān)的語言描述系統(tǒng)成為可能。對(duì)此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時(shí)間”、“質(zhì)料”、“運(yùn)動(dòng)”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導(dǎo)或數(shù)學(xué)計(jì)算，它是人類世代傳承的關(guān)于世界的知識(shí)的基元。

然后，需要對(duì)客觀實(shí)在進(jìn)行某種方式的剝離，才能使之通過語言進(jìn)入我們的觀念。一個(gè)客觀實(shí)在，比如說，一個(gè)電子，當(dāng)我們說“它”的時(shí)候，既指出了它作為離散的一個(gè)點(diǎn)（即它本身），又指出了它身處時(shí)空中的那個(gè)屬性。而后一點(diǎn)很重要，因?yàn)槲覀冋窃趶V延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關(guān)系中“找”出它來。

當(dāng)我們按照古希臘人（比如亞里士多德）的方式問“它為什么是它”時(shí)，我們正在試圖剝離“它”之所以為“它”的屬性。但這個(gè)屬性因其離散的本質(zhì)，在時(shí)空中必為一個(gè)“奇點(diǎn)”，因而不能得到更多的東西。這說明，我們的語言與時(shí)空的廣延性合若符節(jié)，而對(duì)離散性，即時(shí)空中的奇點(diǎn)，則無法說什么。如果我們按照伽利略的方式問“它是怎樣的”時(shí)，我們正是在描繪它與廣延有關(guān)的性質(zhì)，即它與其它的關(guān)系。這在時(shí)空中呈現(xiàn)為一種結(jié)構(gòu)和過程。對(duì)此我們有足夠的手段（和語言）進(jìn)行摹寫。因?yàn)槲覀兊恼Z言，大多來自對(duì)時(shí)空中事物的經(jīng)驗(yàn)。我們運(yùn)用語言的主要方式，即邏輯思維，也就是時(shí)空經(jīng)驗(yàn)的抽象和提升。

可見，近現(xiàn)代物理學(xué)語言是一種關(guān)于客觀實(shí)在的時(shí)空形式及過程的語言，是一種廣延性語言。幾何學(xué)之所以在科學(xué)史上扮演著至為重要的角色，首先不在于它的嚴(yán)格的形式化，而在于它是關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過程的一個(gè)有效而簡(jiǎn)潔的概括，在于與物理學(xué)在面對(duì)實(shí)在時(shí)有著共同的切入點(diǎn)。

上述討論表明了近現(xiàn)代物理學(xué)語言格式包含著它的基本用法和一個(gè)根深蒂固的傳統(tǒng)，這是由客觀實(shí)在和復(fù)雜的歷史因素所規(guī)定的。至為關(guān)鍵的是，它必須而且只是關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過程的描述。可以想象，離開了這種用法和傳統(tǒng)，“另外的描述”是不可能在這種語言中獲得意義的。而這正是量子力學(xué)碰到的問題。

四、量子力學(xué)的語言問題

上文說明，在描摹實(shí)在時(shí)，人類本是缺乏固有的豐富語言的。西方自古希臘以來，由于主、客體間的某種相互介定而實(shí)現(xiàn)了有關(guān)實(shí)在的時(shí)空形式和過程的觀念及相應(yīng)的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，隨著時(shí)代的變遷和認(rèn)識(shí)的深入，某些概念的含義會(huì)發(fā)生變化，并且還會(huì)產(chǎn)生新的語言基元。有時(shí)，這樣的變化和增長(zhǎng)是革命性的。但不可忽視的是，任何有革命性的新觀念首先必須在與傳統(tǒng)語言的關(guān)系中獲得意義，才能成為“革命性的”。在自然科學(xué)中，一種新理論不論提出多么“新”的描述，它都必須仍然是關(guān)于時(shí)空形式及過程的，才能在整體的科學(xué)語言中獲得意義。例如，相對(duì)論放棄了絕對(duì)時(shí)空、進(jìn)而放棄了粒子的觀念，但代之而起的那種連續(xù)區(qū)概念仍然是時(shí)空實(shí)在性的描述并與三維空間中的經(jīng)驗(yàn)有著直接聯(lián)系。

量子力學(xué)的情況則不同。微觀粒子從一個(gè)態(tài)躍遷到另一個(gè)態(tài)的中間過程沒有時(shí)空形式；客體的時(shí)空形式（波或粒子）取決于實(shí)驗(yàn)安排；在不觀測(cè)的情況下，其時(shí)空形式是空缺的；并且，觀測(cè)所得的客體的時(shí)空形式并不表示客體在觀測(cè)之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實(shí)在并不總是具有獨(dú)立存在的時(shí)空形式，要么是人類無法從認(rèn)識(shí)的角度構(gòu)成關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式的描述。這兩種選擇都將超出現(xiàn)有的物理學(xué)語言本身，而使經(jīng)典物理學(xué)語言在用于解釋公式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)受到限制。

量子力學(xué)的這個(gè)語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補(bǔ)原理和并協(xié)原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎(chǔ)。他多次強(qiáng)調(diào)，即使古典物理學(xué)的語言是不精確的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語言，因?yàn)槲覀儧]有別的語言。對(duì)科學(xué)理論的理解，意味著在客觀地有規(guī)律地發(fā)生的事情上，取得一致看法。而觀測(cè)和交流的全過程，是要用古典物理學(xué)來表達(dá)的。〔2〕

量子力學(xué)的反對(duì)者愛因斯坦同樣清楚這里的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學(xué)與實(shí)驗(yàn)語言溝通起來所作的種種附加解釋稱之為“綏靖哲學(xué)”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文學(xué)”〔4〕， 這實(shí)際上指明了互補(bǔ)原理等觀念是在與時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的科學(xué)語言之外的。愛因斯坦拒絕承認(rèn)量子力學(xué)是關(guān)于實(shí)在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會(huì)在將來成為科學(xué)語言的新的有機(jī)內(nèi)容。

薛定諤和玻姆等人從另一個(gè)角度作出的考慮，反映了他們以為玻爾、海森堡、泡利和玻恩等人的觀點(diǎn)回避了經(jīng)典語言與實(shí)在之間的深刻矛盾，而囿于語言限制并為之作種種辯解。薛定諤說：“我只希望了解在原子內(nèi)部發(fā)生了什么事情。我確實(shí)不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它。”〔5〕薛定諤認(rèn)為，為了賦予波函數(shù)一種實(shí)在的解釋， 一種全新的語言是可以考慮的。他建議將N 個(gè)粒子組成的體系的波函數(shù)解釋為3N維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現(xiàn)象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學(xué)方程描述的對(duì)象具有連續(xù)的、確定的時(shí)空狀態(tài)。

固然，幾率波的解釋使得理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)不能對(duì)應(yīng)于實(shí)在的時(shí)空結(jié)構(gòu)，如果讓幾率成為實(shí)驗(yàn)觀察中首要的東西，就會(huì)讓客觀實(shí)在在描述中成了一種“隱喻”。然而薛定諤的解釋由于與三維空間中的經(jīng)驗(yàn)沒有明顯的聯(lián)系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種科學(xué)語言而獲得充分的意義。

玻姆的隱序觀念與薛定諤的解釋在語言問題上是相似的。他所說的“機(jī)械序”〔6 〕其實(shí)就是以笛卡爾坐標(biāo)為代表的關(guān)于廣延性空間的描述。這種描述由于經(jīng)典物理學(xué)的某些限定而表現(xiàn)出明顯的局限性。玻姆認(rèn)為量子力學(xué)并未對(duì)這種序作出真正的挑戰(zhàn)，在一定程度上指出了量子力學(xué)的保守性。他企圖建立一種“隱序物理學(xué)”，將量子解釋為多維實(shí)在的投影。他以全息攝影和其它一些思想實(shí)驗(yàn)為比喻，試圖將客觀實(shí)在的物質(zhì)形態(tài)、時(shí)空屬性和運(yùn)動(dòng)形式作全新的構(gòu)造。但由于其基礎(chǔ)的薄弱，仍然只是導(dǎo)致了另一種脫離經(jīng)驗(yàn)的描述，也就是一種形而上學(xué)。

這里所說的“基礎(chǔ)”指的是，一種全新的語言涉及主客體間完全不同的相互介定。它涉及對(duì)客體的完全不同的剝離方式，也就是說，現(xiàn)行科學(xué)語言及其相關(guān)思維方式的整個(gè)基礎(chǔ)都將改變。然而，現(xiàn)實(shí)地說，這不是某一具有特定對(duì)象和方法的學(xué)科所能為的。

可見，試圖通過一種全新的語言來解決量子力學(xué)的語言問題是行不通的。這個(gè)問題比通常所能想象的要無可奈何得多。

五、量子力學(xué)何種程度上是“革命性”的

量子力學(xué)固然在解決微觀客體的問題方面，是迄今最成功的理論，然而這種應(yīng)用上的重要性使人們有時(shí)相信，它在觀念上的革命也是成功的。其實(shí)，上述語言與實(shí)在圖景的沖突并未解決。量子力學(xué)的種種解釋無法在科學(xué)語言的基礎(chǔ)上必然過渡到那種非因果、非決定論觀念所暗示的宇宙圖景。這就使我們有必要對(duì)量子力學(xué)“革命性”的程度作審慎的認(rèn)識(shí)。

正統(tǒng)的量子力學(xué)學(xué)者們都意識(shí)到應(yīng)該通過發(fā)展思維的豐富性來解決面臨的困難。他們作出的重要努力的一個(gè)方面是提出了很多與經(jīng)典物理學(xué)不同的新觀念，并希望這些新觀念能逐漸溶入人類的思想和語言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應(yīng)該取代嚴(yán)格因果律的概念。〔7〕測(cè)不準(zhǔn)原理以及其中的廣義坐標(biāo)、廣義動(dòng)量都是為粒子而設(shè)想的，卻又不能描述粒子在時(shí)空中的行為，薛定諤認(rèn)為應(yīng)該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認(rèn)為不能放棄，可以用互補(bǔ)原理來解決。玻爾還希望，波函數(shù)這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進(jìn)入一般知識(shí)的范圍。〔8〕這相當(dāng)于說，希望產(chǎn)生新的語言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問題應(yīng)該通過放棄“時(shí)空的客觀過程”這種思想來解決。〔9〕這又引起了量子力學(xué)的客觀性問題。

這些努力在很大程度上是具有保守性的。

我們?cè)嚢蚜孔恿W(xué)與相對(duì)論作比較。相對(duì)論的革命性主要表現(xiàn)在，通過對(duì)時(shí)間和空間的相對(duì)性的分析，建立起時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)的協(xié)變關(guān)系，從而推翻了絕對(duì)時(shí)空、絕對(duì)同時(shí)性等舊觀念，并代之以新的時(shí)空觀。重要的是，在這里，絕對(duì)時(shí)空和絕對(duì)同時(shí)性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時(shí)空不變量對(duì)三維空間和一維時(shí)間的性質(zhì)依賴于觀察者的情形作了簡(jiǎn)潔的概括，既不引起客觀性危機(jī)，又與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)有著直接關(guān)聯(lián)。相對(duì)論排除了物理學(xué)內(nèi)部由于歷史和偶然因素形成的一些含混概念，并給出了更加準(zhǔn)確明晰的時(shí)空?qǐng)D景。它因此而在科學(xué)語言的范圍內(nèi)進(jìn)入了一般知識(shí)。

量子力學(xué)的情況則不同。它的保守性主要表現(xiàn)在：

第一，嚴(yán)格因果律并不是從理論的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中邏輯地排除的。只是為了保護(hù)幾率波解釋，才不得不放棄嚴(yán)格因果律，這只是一種人為地避免邏輯矛盾的處理。

第二，不完全連續(xù)性、非完全決定論等觀念并沒有構(gòu)成與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)的自洽的實(shí)在圖景。互補(bǔ)原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨(dú)立存在于時(shí)空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對(duì)論之于“以太”那樣）。因此，量子力學(xué)的有關(guān)哲學(xué)解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實(shí)際上，卻由于這些從理論結(jié)構(gòu)上說是附加的解釋超出了關(guān)于實(shí)在的描述，因而破壞了以實(shí)在的自明性為保證的描述的前提。所以它實(shí)際上對(duì)觀念的豐富和發(fā)展所作的貢獻(xiàn)是有限的。

第三，量子力學(xué)內(nèi)在地不能過渡到關(guān)于個(gè)別客體的時(shí)空形式及過程的模型，使得它的反對(duì)者指責(zé)說這意味著位置和動(dòng)量這樣的兩個(gè)性質(zhì)不能同時(shí)是實(shí)在的。而為了保護(hù)客觀性，它的支持者說，粒子圖像和波動(dòng)圖象并不表示客體的變化，而是表示關(guān)于對(duì)象的統(tǒng)計(jì)知識(shí)的變化。〔10〕這在關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過程的科學(xué)語言中，多少有不可知論的味道。

第四，人們必須習(xí)慣地設(shè)想一種新的“實(shí)在”觀念以便把充滿矛盾的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象統(tǒng)一起來。在對(duì)客體的時(shí)空形式作抽象時(shí)，這種方法是有效的。而由于波函數(shù)對(duì)應(yīng)的不是個(gè)別客體的行為，所以大多新的“實(shí)在”幾乎都是形而上學(xué)的構(gòu)想。薛定諤和玻姆的多維實(shí)在、玻姆在闡釋哥本哈根學(xué)派觀點(diǎn)時(shí)提出的那種包含了無限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構(gòu)想。玻恩也曾表示，量子力學(xué)描述的是同一實(shí)在的排斥而又互補(bǔ)的多個(gè)影像。〔12〕這有點(diǎn)象是在物理學(xué)語言中談?wù)摗盎煸被颉疤珮O”一樣，很難說對(duì)觀念有積極的建設(shè)。

本文從科學(xué)語言的角度，對(duì)量子力學(xué)尤其是它的哲學(xué)基礎(chǔ)的保守性作出一些分析，這并不是在相對(duì)論和量子力學(xué)之間作價(jià)值上的優(yōu)劣判斷。也許量子力學(xué)的真正價(jià)值恰恰在于它所碰到的困難是根本性的。

海森堡等人與新康德主義哲學(xué)家G·赫爾曼進(jìn)行討論時(shí)， 赫爾曼提出，在科學(xué)賴以發(fā)生的文化中，“客體”一詞之所以有意義，正在于它被實(shí)質(zhì)、因果律等范疇所規(guī)定，放棄這些范疇和它們的決定作用，就是在總體上不承認(rèn)經(jīng)驗(yàn)的可能性。〔13〕我們應(yīng)該注意到，赫爾曼所使用的“經(jīng)驗(yàn)”一詞，實(shí)際上是人類對(duì)客觀事物的廣延性和分立性的經(jīng)驗(yàn)。這種經(jīng)驗(yàn)是科學(xué)的實(shí)在圖景成立的基礎(chǔ)或真實(shí)性的保證，邏輯是它的抽象和提升。

在本文的前三節(jié)已經(jīng)談到，自從古希臘人力圖把日常語言理想化而創(chuàng)立了邏輯語言以來，西方的科學(xué)語言就一直是在實(shí)在的廣延性和分立性的介定下發(fā)展起來的。我們也許可以就此推測(cè)，對(duì)于人的認(rèn)識(shí)而言，世界是廣延優(yōu)勢(shì)的，但如果因此認(rèn)為實(shí)在僅限于廣延性方面，卻是缺乏理由的。廣延性優(yōu)勢(shì)在語言上的表現(xiàn)之一是幾何優(yōu)勢(shì)。西方傳統(tǒng)中的代數(shù)學(xué)思想是代數(shù)幾何化，即借助空間想象來理解數(shù)的。不論畢達(dá)哥拉斯定理還是笛卡爾坐標(biāo)都一樣。直角三角形的斜邊是直觀的，而根號(hào)2不是。我們可以用前者表明后者，而不能反過來。可是一個(gè)離散的數(shù)量本身究竟是什么呢？它是否與實(shí)在的另一方面或另一部分（非廣延的）相應(yīng)？也許在微觀領(lǐng)域里不再是廣延優(yōu)勢(shì)而量子力學(xué)的困難與此有關(guān)？

如果量子力學(xué)面臨的是實(shí)在的無限可能性向語言的有限性的挑戰(zhàn)，那么問題的解決就不單單是語言問題，甚至不單單是目前形態(tài)的物理學(xué)的問題。它將涉及整個(gè)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的基礎(chǔ)。玻爾似乎是深刻地意識(shí)到這一點(diǎn)的。他說“要做比這些更多的事情完全是在我們目前的手段之外。”〔14〕他還有一句格言；“同一個(gè)正確的陳述相對(duì)立的必是一個(gè)錯(cuò)誤的陳述；但是同一個(gè)深?yuàn)W的真理相對(duì)立的則可能是另一個(gè)深?yuàn)W的真理。”〔15〕

參考文獻(xiàn)和注釋

〔1〕〔3〕〔4〕《愛因斯坦文集》第一卷，商務(wù)印書館，1994，第137、241、304頁。

〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15 〕海森堡：《原子物理學(xué)的發(fā)展和社會(huì)》，中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1985，第141、84、82、131、47、112頁。

〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意識(shí)》，載于羅嘉昌、 鄭家棟主編：《場(chǎng)與有——中外哲學(xué)的比較與融通（一）》，東方出版社，1994年。

〔7〕玻恩：《關(guān)于因果和機(jī)遇的自然哲學(xué)》，商務(wù)印書館， 1964年。

篇3

關(guān)鍵詞：熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)；國(guó)家精品課程；統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)體系

“熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”（簡(jiǎn)稱“熱統(tǒng)”）是我國(guó)高等院校本科物理專業(yè)的一門必修課程，是研究物質(zhì)有關(guān)熱現(xiàn)象（即宏觀過程）規(guī)律的理論物理課，也是普通物理“熱學(xué)”的后續(xù)課。內(nèi)蒙古大學(xué)“熱統(tǒng)”教學(xué)組在20多年教學(xué)實(shí)踐中，不斷更新教育觀念，探索課程教學(xué)體系的改革，逐步建立了以微觀理論為主線的教學(xué)體系，建設(shè)了首門“熱統(tǒng)”國(guó)家精品課程（2004年）——“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”，陸續(xù)出版了配套教材[1]和學(xué)習(xí)輔導(dǎo)書[2]。

一、關(guān)于“熱統(tǒng)”教學(xué)體系的思考

關(guān)于熱現(xiàn)象的理論包括兩部分，即宏觀理論——“熱力學(xué)”和微觀理論——“統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”。我國(guó)目前的“熱統(tǒng)”課程由早年設(shè)置的 “熱力學(xué)”和“統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”兩門課程合并而成，一直沿襲“熱”、“統(tǒng)”相對(duì)獨(dú)立的“一分為二”教學(xué)體系[3-5]。教學(xué)內(nèi)容安排大體以學(xué)科發(fā)展歷史和認(rèn)識(shí)層次為序，由唯象到唯理，由宏觀到微觀。這種體系十分成熟，在多年教學(xué)實(shí)踐中獲得很大成功。隨著科學(xué)技術(shù)和人類現(xiàn)代文明的飛速發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)世界的條件、增長(zhǎng)知識(shí)的方式和獲取信息的渠道發(fā)生了質(zhì)的變化：昔日深?yuàn)W難解的名詞，今天已可聞之于街巷；諸多科學(xué)概念的理解，逐漸變得不很困難。在這種知識(shí)氛圍和學(xué)習(xí)環(huán)境下，從中學(xué)到大學(xué)的物理教學(xué)內(nèi)容均在不斷地改革和深化。同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)成就在高新技術(shù)中的廣泛應(yīng)用向21世紀(jì)人才培養(yǎng)提出更高的要求。這一切，催動(dòng)著大學(xué)物理課程改革的進(jìn)程，也激發(fā)起我們對(duì)傳統(tǒng)體系的思考。

從“熱物理”系列課程改革現(xiàn)狀來看，一方面，普通物理“熱學(xué)”課程的內(nèi)容已進(jìn)行了必要的深化和后延，原有“熱統(tǒng)”課程與現(xiàn)行“熱學(xué)”課程內(nèi)容出現(xiàn)較多重復(fù)。僅以汪志誠(chéng)著《熱力學(xué) · 統(tǒng)計(jì)物理》[5]和秦允豪著《熱學(xué)》[6]為例，二者內(nèi)容重疊約為1/3。過多重復(fù)造成學(xué)習(xí)時(shí)間與精力的浪費(fèi)，甚至引發(fā)學(xué)生的厭學(xué)情緒，使學(xué)習(xí)效益降低。另一方面，飛速發(fā)展的高新技術(shù)拉近了基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)的距離，就熱物理而言，無論實(shí)際工作中的應(yīng)用，還是繼續(xù)深造時(shí)的基礎(chǔ)，都對(duì)“熱統(tǒng)”課程教學(xué)提出更高的要求。增加課程的統(tǒng)計(jì)物理比重，深化微觀理論的系統(tǒng)理解勢(shì)在必然。此外，改革開放以來，我國(guó)高等教育從學(xué)制到專業(yè)及課程設(shè)置均有較大幅度的變動(dòng)，“熱統(tǒng)”課教學(xué)時(shí)數(shù)多次削減（1208672、64），課堂教學(xué)的信息量和效益問題變得更加突出。面對(duì)這種形勢(shì)，各校對(duì)“熱統(tǒng)”課程的內(nèi)容進(jìn)行了不斷的改革，逐步增加統(tǒng)計(jì)物理比重，努力減少和避免與“熱學(xué)”的重復(fù)。然而，由于沒有觸動(dòng)“一分為二”的體系，大量的簡(jiǎn)單重復(fù)難以避免，“熱力學(xué)”內(nèi)容仍然偏多，實(shí)際教學(xué)中統(tǒng)計(jì)物理的系統(tǒng)性難以保證。

針對(duì)上述問題，我們從體系結(jié)構(gòu)著眼，對(duì)“熱統(tǒng)”課程進(jìn)行了較大力度的改革[1]。我們的改革思路是：打通“熱物理”宏觀與微觀理論的壁壘，融二者為一體，削減學(xué)時(shí)、充實(shí)內(nèi)容，有效地避免與普通物理的簡(jiǎn)單重復(fù)，提高教學(xué)效益；以微觀理論為主導(dǎo)，確保統(tǒng)計(jì)物理體系的完整性與系統(tǒng)性，增加課程的先進(jìn)性與適用性。在上述思想指導(dǎo)下，構(gòu)建了“熱統(tǒng)”課程的“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”體系。新體系從根本上解決了熱物理課程中理論物理與普通物理之間層次交疊、內(nèi)容重復(fù)的問題；大幅增加統(tǒng)計(jì)物理比重，使其理論及應(yīng)用內(nèi)容在總學(xué)時(shí)中占到3/4以上。

二、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)體系的特色

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)教學(xué)體系的主要特色是：熱物理學(xué)以微觀理論為框架；微觀理論以系綜理論為主線；系綜理論以量子論為基礎(chǔ)。體系知識(shí)結(jié)構(gòu)框如上圖所示。

1．以微觀理論為框架，融微觀與宏觀一體

“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”以微觀理論——統(tǒng)計(jì)物理為主導(dǎo)，建立了從微觀到宏觀、完整自恰的理論體系。

在傳統(tǒng)的“一分為二”體系下，學(xué)生往往將過多精力用于熱力學(xué)計(jì)算，不能很好地理解統(tǒng)計(jì)物理的理論體系，容易將熱現(xiàn)象的宏觀和微觀理論割裂開來。本體系從微觀理論出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)物理理論導(dǎo)出熱力學(xué)基本定律，討論體系熱力學(xué)性質(zhì)，給出統(tǒng)計(jì)物理概念與宏觀現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)，融熱現(xiàn)象的微觀、宏觀理論于一體，結(jié)束了兩種理論割裂的傳統(tǒng)教學(xué)格局，提高了認(rèn)識(shí)層次。同時(shí)，使理論物理與普通物理的分工更趨合理，便于解決傳統(tǒng)體系難以避免的“熱統(tǒng)”與“熱學(xué)”過多重復(fù)問題。

本體系按照統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的知識(shí)框架，將主要知識(shí)點(diǎn)劃分為孤立系、封閉系和開放系等三個(gè)模塊（參見上圖）。各塊均首先給出相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分布，進(jìn)而引入熱力學(xué)勢(shì)（特性函數(shù)），導(dǎo)出熱力學(xué)基本定律，再用微觀和宏觀理論相結(jié)合的方法研究具體系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)。例如：在孤立系一章，從等概率基本假設(shè)出發(fā)，引入統(tǒng)計(jì)物理的熵，導(dǎo)出熱力學(xué)第一、第二定律，進(jìn)而研究理想氣體的平衡性質(zhì)。在討論封閉系時(shí)，從正則分布出發(fā)，引入熱力學(xué)勢(shì)——自由能，給出均勻系熱力學(xué)基本微分式，進(jìn)而導(dǎo)出麥克斯韋關(guān)系，介紹用熱力學(xué)理論研究均勻物質(zhì)宏觀性質(zhì)的方法，再具體討論電、磁介質(zhì)熱力學(xué)、焦-湯效應(yīng)等典型實(shí)例。同時(shí)用正則分布研究近獨(dú)立子系構(gòu)成的體系，導(dǎo)出麥-玻分布，介紹最概然法；進(jìn)一步導(dǎo)出能均分定理，介紹運(yùn)用統(tǒng)計(jì)理論研究半導(dǎo)體缺陷、負(fù)溫度、理想和非理想氣體等問題的方法。對(duì)于開放系，首先導(dǎo)出巨正則分布，再引入巨勢(shì)，給出描述開放系的熱力學(xué)微分式，研究多元復(fù)相系的平衡性質(zhì)，討論相變和化學(xué)熱力學(xué)問題；用量子統(tǒng)計(jì)理論導(dǎo)出熱力學(xué)第三定律，討論低溫化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。另一方面，考慮全同性原理，用巨正則分布導(dǎo)出玻色、費(fèi)密兩種量子統(tǒng)計(jì)分布，給出它們的準(zhǔn)經(jīng)典極限——麥-玻統(tǒng)計(jì)分布，并運(yùn)用獲得的量子統(tǒng)計(jì)分布分別討論電子氣、半導(dǎo)體載流子、光子系的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和玻色—愛因斯坦凝聚等應(yīng)用實(shí)例。

2．以系綜理論為主線，完善統(tǒng)計(jì)物理體系

與國(guó)內(nèi)現(xiàn)流行體系不同，“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”的統(tǒng)計(jì)物理以“系綜理論”為基礎(chǔ)，具有更強(qiáng)的系統(tǒng)性。

現(xiàn)流行體系為便于學(xué)生理解，大多先避開系綜理論，講解統(tǒng)計(jì)物理中常用的分布和計(jì)算方法，如近獨(dú)立粒子的最概然分布、玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)、玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)及其應(yīng)用等，而在課程的最后介紹系綜理論有關(guān)知識(shí)[5]。這種體系除內(nèi)容不可避免地出現(xiàn)重復(fù)外，還在一定程度上犧牲了統(tǒng)計(jì)物理的系統(tǒng)性。在實(shí)際教學(xué)中，為了闡明有關(guān)分布和統(tǒng)計(jì)法，往往不可避免地運(yùn)用如等概率假設(shè)、配分函數(shù)、巨配分函數(shù)等系綜理論的基本概念，難免出現(xiàn)生吞活剝、“消化不良”的弊端。從體系實(shí)施現(xiàn)狀來看，不少院校因?qū)W時(shí)有限，在熱力學(xué)和基本統(tǒng)計(jì)方法的教學(xué)之后，對(duì)系綜理論的介紹只能一帶而過，學(xué)生難以完整掌握統(tǒng)計(jì)物理理論。

我們多年采用系綜理論為主線的教學(xué)實(shí)踐表明，“統(tǒng)計(jì)分布”與“系綜”的“分割”是不必要的。本體系首先引入“系綜”概念，將整個(gè)“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”的基礎(chǔ)建立在系綜理論之上，從一個(gè)基本假設(shè)——等概率假設(shè)（微正則系綜）入手，漸次導(dǎo)出各種宏觀條件下的系綜分布，建立配分函數(shù)、巨配分函數(shù)等基本概念，給出相應(yīng)的熱力學(xué)勢(shì)和熱力學(xué)基本微分公式；同時(shí)，順暢地導(dǎo)出如最概然分布、玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)、玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)法等常用分布和計(jì)算方法，并用于實(shí)際問題。在教學(xué)過程中，力求循序漸進(jìn)地闡明統(tǒng)計(jì)物理的基本理論，使學(xué)生準(zhǔn)確、清晰地掌握統(tǒng)計(jì)物理的基本概念，對(duì)熱物理理論有完整系統(tǒng)的理解，能夠全面、靈活地運(yùn)用，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)更高深的知識(shí)和了解物理學(xué)的最新成果奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3. 以量子理論為基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)微觀運(yùn)動(dòng)本質(zhì)

為使學(xué)生準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)微觀運(yùn)動(dòng)本質(zhì)，“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”將系綜理論建立在量子論的基礎(chǔ)上，而經(jīng)典統(tǒng)計(jì)則作為量子統(tǒng)計(jì)的極限給出。

傳統(tǒng)體系多從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)入手，然后進(jìn)入量子統(tǒng)計(jì)。我們教學(xué)實(shí)踐的體會(huì)是，物理學(xué)歷史上由經(jīng)典論到量子論的認(rèn)識(shí)過程沒有必要在統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)中重演。通過現(xiàn)設(shè)“普通物理學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已理解微觀運(yùn)動(dòng)遵從量子力學(xué)規(guī)律，并具備了一定的量子論知識(shí)基礎(chǔ)，在量子論基礎(chǔ)上建立統(tǒng)計(jì)物理理論順理成章。事實(shí)上，微觀運(yùn)動(dòng)的正確描述須用量子理論，而量子統(tǒng)計(jì)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)就統(tǒng)計(jì)規(guī)律性而言并無本質(zhì)區(qū)別，經(jīng)典統(tǒng)計(jì)只是量子統(tǒng)計(jì)的極限情形而已。以量子論為基礎(chǔ)構(gòu)建統(tǒng)計(jì)物理體系，更有利于學(xué)生盡快認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)，迅速進(jìn)入對(duì)前沿科學(xué)的學(xué)習(xí)。

三、關(guān)于體系的兼容性——幾個(gè)共同關(guān)注的問題

“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”以系綜理論為主線，以量子論為基礎(chǔ),大幅提高統(tǒng)計(jì)物理比重，適當(dāng)?shù)卦黾恿苏n程深度。在課時(shí)縮減，招生規(guī)模擴(kuò)大的形勢(shì)下,實(shí)施上述改革更有一定風(fēng)險(xiǎn)和難度。另一方面，新體系能否與流行體系兼容，也是國(guó)內(nèi)同行普遍關(guān)注，需要在優(yōu)化改革方案過程中解決的問題。為化解難度，提高兼容性，在體系建立和教學(xué)實(shí)踐中，我們著力解決了以下幾個(gè)問題：

問題之一：量子理論與系綜理論理解困難問題。如前所述，學(xué)習(xí)本體系前應(yīng)具備一定的量子論知識(shí)。目前國(guó)內(nèi)物理專業(yè)的“熱統(tǒng)”課程多排在“量子力學(xué)”之前。這就不可避免地出現(xiàn)了“前量子力學(xué)”困難。為解決這一問題，我們?cè)谡n程引論中安排了量子論基本知識(shí)的講授，介紹量子態(tài)、能級(jí)、簡(jiǎn)并、全同性、對(duì)應(yīng)關(guān)系等概念。如此處理，再結(jié)合普通物理“原子物理學(xué)”中學(xué)到的量子力學(xué)初步知識(shí)，學(xué)生就能夠較好地接受“量子統(tǒng)計(jì)”有關(guān)概念。此外，我們將“量子態(tài)”和“量子統(tǒng)計(jì)法”兩個(gè)初學(xué)者較難理解的概念做分散處理：分別在第1章引入“系綜”概念之前和第6章巨正則系綜概念之后講授，既分散了難點(diǎn)，又使概念和運(yùn)用銜接緊密，有利于及時(shí)消化。

系綜理論是統(tǒng)計(jì)物理中最核心、最抽象的內(nèi)容，也是統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)的難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)流行體系將系綜理論與常用統(tǒng)計(jì)分布及計(jì)算方法分離，安排在課程最后集中單獨(dú)介紹。我們實(shí)踐的體會(huì)是，這種處理將多個(gè)難點(diǎn)（三種系綜及相應(yīng)熱力學(xué)關(guān)系）集中，增加了學(xué)生的理解困難；加之系綜概念孤立于基本統(tǒng)計(jì)方法和應(yīng)用之外，更顯抽象枯燥。學(xué)生學(xué)后或覺不知所云，或難縱觀全局，終致應(yīng)用乏力。鑒于此，我們遵循由表及里、由淺入深、循序漸進(jìn)、層層推進(jìn)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，將系綜的基本概念和三個(gè)系綜分散在七章中穿插講授、逐步深入，并及時(shí)運(yùn)用理論對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)的性質(zhì)加以討論。這樣做，可分散認(rèn)知難點(diǎn)，并及時(shí)結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)宏觀微觀的交錯(cuò)，避免枯燥無味的困惑，既保證了熱物理理論的系統(tǒng)性和完整性，又解決了系綜理論為主線的教學(xué)困難。

問題之二：關(guān)于最概然法與麥-玻統(tǒng)計(jì)問題。最概然（可幾）法與麥克斯韋-玻爾茲曼（麥-玻）統(tǒng)計(jì)法，是統(tǒng)計(jì)物理中應(yīng)用較廣的兩個(gè)方法。采用系綜理論為主線的教學(xué)體系，是否會(huì)影響這兩種方法的學(xué)習(xí)和運(yùn)用？這也是國(guó)內(nèi)同仁關(guān)注的問題之一。在新體系課程改革和教材編寫中，對(duì)這兩部分內(nèi)容均給予充分的注意。在第三章（封閉系）導(dǎo)出正則分布和相應(yīng)熱力學(xué)公式之后，用兩種方法導(dǎo)出麥-玻分布：一是作為近獨(dú)立子系的平均分布，由正則分布導(dǎo)出；二是從微正則系綜出發(fā)，用最概然法導(dǎo)出。同時(shí)還由麥-玻分布給出熱力學(xué)公式，并討論幾種分布之間的關(guān)系，給出分布的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)踐表明，這種處理模式能全面深化學(xué)生對(duì)最概然法與麥-玻分布的理解，以致在應(yīng)用中得心應(yīng)手；還能強(qiáng)化對(duì)系綜理論和統(tǒng)計(jì)物理體系的理解。

問題之三：熱力學(xué)基本方法掌握問題。熱力學(xué)作為一種可靠的宏觀理論，從基本定律出發(fā)，通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推演，系統(tǒng)地給出熱力學(xué)函數(shù)之間的有機(jī)聯(lián)系，將其用于實(shí)際問題。深入理解熱力學(xué)定律的主要推論和熱力學(xué)關(guān)系，熟悉它們的應(yīng)用，掌握熱力學(xué)演繹推理方法，是“熱統(tǒng)”課程不可或缺的內(nèi)容。“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”體系以微觀理論為框架組織教學(xué)，是否會(huì)削弱學(xué)生在熱力學(xué)理論的理解和應(yīng)用方面的訓(xùn)練？對(duì)這個(gè)問題，國(guó)內(nèi)同行關(guān)注有加，各見仁智，也是我們?cè)谡n程改革中始終注意的問題。我們的處理模式是：打通熱物理宏觀與微觀理論的壁壘，針對(duì)不同宏觀條件，在相應(yīng)章節(jié)給出各種系綜分布，然后導(dǎo)出熱力學(xué)公式，并插入相應(yīng)的熱力學(xué)理論訓(xùn)練內(nèi)容，確保足夠篇幅討論平衡態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)。例如：在建立封閉系的正則系綜理論后，插入“均勻物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)”一章，集中講授麥克斯韋關(guān)系、基本熱力學(xué)函數(shù)和關(guān)系、特性函數(shù)等概念，介紹熱力學(xué)基本方法和對(duì)典型實(shí)例的應(yīng)用。建立開放系的巨正則系綜理論后，又集中介紹與之相關(guān)的相平衡、化學(xué)平衡等問題的宏觀理論。事實(shí)上，熱物理的微觀和宏觀理論相得益彰、不可分割。在學(xué)習(xí)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)物理研究宏觀過程的規(guī)律時(shí)，勢(shì)必也會(huì)反復(fù)地運(yùn)用熱力學(xué)函數(shù)、公式和相應(yīng)方法，使學(xué)習(xí)者得到相應(yīng)訓(xùn)練。此外，再提供一定數(shù)量的習(xí)題，輔之以課外練習(xí)，以達(dá)到“學(xué)而時(shí)習(xí)之”的效果。這樣，新體系雖然大量削減純粹“熱力學(xué)”內(nèi)容，并未削弱對(duì)熱力學(xué)理論的理解和方法的訓(xùn)練，相反可使其得到加強(qiáng)和升華。

內(nèi)蒙古大學(xué)“熱統(tǒng)”教學(xué)組近20年的課程改革和教學(xué)實(shí)踐證明，用“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”體系組織本科物理專業(yè)“熱統(tǒng)”課教學(xué)是可行的。采用同樣的體系和教材，適當(dāng)取舍內(nèi)容，在應(yīng)用物理和電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)組織2學(xué)分“統(tǒng)計(jì)物理”教學(xué)，亦取得一定的經(jīng)驗(yàn)，其效果令人欣慰。毋庸置疑，筆者主張統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)體系，絲毫無意否定“熱統(tǒng)分治”的傳統(tǒng)教學(xué)體系。兩種體系，各有千秋，互補(bǔ)互鑒。究竟采用何種體系組織教學(xué)，還應(yīng)視培養(yǎng)目標(biāo)、師資力量、學(xué)生狀況等，因地制宜地選擇。

參考文獻(xiàn)：

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梁希俠，班士良. 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)(第二版)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2008.

[2] 梁希俠，班士良，宮箭，崔鑫. 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)（第二版）學(xué)習(xí)輔導(dǎo)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010.

[3] 王竹溪. 熱力學(xué)簡(jiǎn)程[M]. 北京：高等教育出版社，1964.

[4] 王竹溪. 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京：高等教育出版社，1965.

篇4

關(guān)鍵詞：科學(xué)活動(dòng)觀；結(jié)構(gòu)化學(xué)；課程教學(xué)

一、問題的提出

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”是高等院校化學(xué)專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程。它從微觀視角闡明原子、分子和晶體的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用，主要包括量子力學(xué)基本原理及其在原子與分子體系中的應(yīng)用和原子、分子與晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)表征兩大部分。后者又可根據(jù)被表征物質(zhì)的形態(tài)及理論基礎(chǔ)的不同，劃分為譜學(xué)和晶體學(xué)兩個(gè)不同體系[1]。

由于“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程涉及面廣、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的空間思維能力，嚴(yán)密的邏輯推理能力和扎實(shí)的數(shù)理功底；同時(shí)由于“結(jié)構(gòu)化學(xué)”通常不作為考研基礎(chǔ)科目，因此許多教師對(duì)教學(xué)有效性缺乏足夠重視，大量采用灌輸式教學(xué)或簡(jiǎn)化教學(xué)內(nèi)容。這樣看似在短時(shí)間內(nèi)完成了課程內(nèi)容的教學(xué)，但實(shí)際上產(chǎn)生了諸多問題，這些問題恰恰制約著課程目標(biāo)的達(dá)成。

（1）學(xué)生難以形成對(duì)知識(shí)的整體性認(rèn)識(shí)。教師將結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)作為一種結(jié)果和定論傳授給學(xué)生，從表面上看，學(xué)生能夠機(jī)械記憶基本知識(shí)，能進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)用和拓展。但由于沒有經(jīng)歷和體驗(yàn)知識(shí)獲得的過程，無法從本質(zhì)上、整體上理解結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識(shí)體系的來龍去脈、因果關(guān)系。

（2）學(xué)生關(guān)于理論與計(jì)算化學(xué)的學(xué)習(xí)和研究能力非常欠缺。由于結(jié)構(gòu)化學(xué)涉及許多微觀物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和抽象的概念，如果沒有科學(xué)的方法支撐去解決問題、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，學(xué)生難以理解理論與計(jì)算化學(xué)的核心觀念并運(yùn)用理論與計(jì)算化學(xué)的核心方法。

（3）學(xué)生的情感體驗(yàn)不足。由于結(jié)構(gòu)化學(xué)本身具備較高的難度，學(xué)生容易產(chǎn)生抵觸、焦慮等一系列不良情緒。僅僅將知識(shí)作為一種工具和經(jīng)驗(yàn)傳授給學(xué)生，他們將無法體驗(yàn)和感受在知識(shí)形成中的愉悅感和合作、會(huì)話、交流的過程，進(jìn)而難以得到需要的滿足和被尊重、被接納的情感體驗(yàn)。

基于以上“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)的問題，有必要探索、建立新的教學(xué)觀念以改革“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程教學(xué)。由于科學(xué)知識(shí)從本源來講恰恰是在科學(xué)活動(dòng)中產(chǎn)生的，因此將“結(jié)構(gòu)化學(xué)”的教學(xué)活動(dòng)和科學(xué)活動(dòng)做適當(dāng)?shù)娜诤希ㄟ^深入探索化學(xué)科學(xué)活動(dòng)的基本特點(diǎn)和形式，研究科學(xué)活動(dòng)與“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)的相互關(guān)系，進(jìn)而探索以科學(xué)活動(dòng)為中心的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程教學(xué)途徑，不失為一種恰如其分的改革視角。

二、科學(xué)活動(dòng)觀——“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程教學(xué)的新理念

人們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷深化的過程。從動(dòng)態(tài)的和生成性的觀點(diǎn)看，科學(xué)作為“系統(tǒng)化的實(shí)證知識(shí)”的觀點(diǎn)引起了人們高度反思。有人認(rèn)為科學(xué)的本質(zhì)是獲得知識(shí)的活動(dòng)，例如，保加利亞學(xué)者T. H. 伏爾科夫曾提到，科學(xué)的本質(zhì)，不在于已經(jīng)認(rèn)識(shí)的真理，而在于探索真理；科學(xué)本身不是知識(shí)，而是產(chǎn)生知識(shí)的社會(huì)活動(dòng)，是一種科學(xué)生產(chǎn)[2]。我國(guó)學(xué)者劉大椿曾將科學(xué)更多地看成是活動(dòng)的過程，指出科學(xué)是人類特有的活動(dòng)形式，是人類特定的社會(huì)活動(dòng)成果；雖離不開獨(dú)特的物質(zhì)手段，但本質(zhì)上是精神的、智力的活動(dòng)[3]。這種以動(dòng)態(tài)的角度認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的思想，能夠使人們對(duì)科學(xué)的理解更加豐富、深刻和全面。

對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，決定著科學(xué)教育實(shí)踐價(jià)值取向。以科學(xué)活動(dòng)觀指導(dǎo)“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程改革，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生建立自己的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”乃至整個(gè)化學(xué)一級(jí)學(xué)科的知識(shí)框架體系，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的能力，引導(dǎo)學(xué)生掌握分子模擬研究的初步技能，有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

（1）科學(xué)活動(dòng)觀視角下的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)是為科學(xué)知識(shí)的獲得服務(wù)的。學(xué)生獲得的系統(tǒng)性的、基礎(chǔ)性的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)大多是結(jié)構(gòu)化學(xué)已有的成果，是科學(xué)家多年來積累的理論與計(jì)算化學(xué)的經(jīng)驗(yàn)、概念、理論、技能和方法。將知識(shí)的獲得過程還原于科學(xué)活動(dòng)，符合結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)活動(dòng)和科學(xué)活動(dòng)在知識(shí)形成過程中的本質(zhì)共同性，有利于學(xué)生建立并鞏固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系。

（2）科學(xué)活動(dòng)觀視角下的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)為學(xué)生能力的培養(yǎng)帶來了良機(jī)。體驗(yàn)結(jié)構(gòu)化學(xué)研究過程、掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)研究方法，對(duì)學(xué)生走入結(jié)構(gòu)化學(xué)研究、形成理論與計(jì)算化學(xué)的研究能力并進(jìn)而發(fā)展對(duì)整個(gè)化學(xué)一級(jí)學(xué)科的研究能力都有著重要的意義。學(xué)生在以科學(xué)活動(dòng)為背景的學(xué)習(xí)中感受科學(xué)研究的全過程，習(xí)得科學(xué)研究方法，感受科研的意義和價(jià)值，在獲得結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)的同時(shí)形成與提高科研能力。

（3）科學(xué)活動(dòng)觀視角下的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)給予學(xué)生體驗(yàn)科研情感的平臺(tái)。科學(xué)活動(dòng)創(chuàng)造了真實(shí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)科研情境，而科學(xué)情感等隱性目標(biāo)都是在情境中通過感悟獲得的。學(xué)生在對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)問題的研究過程中提高學(xué)習(xí)興趣、產(chǎn)生學(xué)習(xí)熱情、發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神，這就有效解決了因知識(shí)灌輸式教學(xué)而帶來的學(xué)生情感體驗(yàn)不足的問題。

三、“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程教學(xué)——“知識(shí)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)”并重

1.以挑戰(zhàn)性問題為學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建“結(jié)構(gòu)化學(xué)”學(xué)習(xí)活動(dòng)

基于挑戰(zhàn)性問題的探究式教學(xué)方法是為了設(shè)計(jì)合理的科學(xué)活動(dòng)、有效實(shí)施“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)而設(shè)計(jì)的。所謂的挑戰(zhàn)性問題是指教師提出的一些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的、具有探索意義和探究?jī)r(jià)值的問題，供學(xué)生小組根據(jù)自己的興趣和思維特點(diǎn)進(jìn)行選擇，以此作為科學(xué)活動(dòng)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)性引導(dǎo)。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過查找資料、相互討論、動(dòng)手實(shí)踐等多種形式，采用合理的結(jié)構(gòu)化學(xué)研究方法對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行深入研究，完成研究報(bào)告。

在“量子力學(xué)基本原理及其在平動(dòng)、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、原子與分子軌道理論中的應(yīng)用”模塊的教學(xué)過程中，教師選擇了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的系列自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，組織學(xué)生開展了以挑戰(zhàn)性問題為驅(qū)動(dòng)的自主研究性學(xué)習(xí)。

例如，教師在過去的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)類氫原子結(jié)構(gòu)的球諧波函數(shù)和徑向波函數(shù)的圖像理解有難度，不清楚圖像的來源和圖像節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)。為此，教師向?qū)W生介紹matlab軟件，并提出挑戰(zhàn)性問題：如何利用matlab軟件編寫程序語言作圖，幫助理解原子與分子軌道圖像。并根據(jù)這個(gè)問題，分別提出了一套由簡(jiǎn)入深的系列問題：（1）利用matlab 軟件將諧振子振動(dòng)波函數(shù)數(shù)字圖形化，并與教材上的圖形進(jìn)行對(duì)比分析，以此為例說明表層理解信息（naming something）和深層理解信息（knowing something）的區(qū)別。（2）利用matlab軟件將粒子圍繞球面轉(zhuǎn)動(dòng)的球諧波函數(shù)Y及其|Y|2數(shù)字圖形化。（3）利用matlab軟件將類氫原子的徑向函數(shù)、徑向分布函數(shù)、原子軌道（徑向函數(shù)R與球諧函數(shù)Y之積）數(shù)字圖形化并討論其節(jié)點(diǎn)問題。（4）利用matlab軟件將氫分子離子的分子軌道（分子軌道理論框架下的單電子波函數(shù)近似解）數(shù)字圖形化并討論其節(jié)點(diǎn)與成鍵與反鍵性質(zhì)。（5）設(shè)計(jì)一個(gè)程序?qū)⒕仃噷?duì)角化，為共軛體系的休克爾經(jīng)驗(yàn)分子軌道理論的近似解提供一套矩陣算法（HC=SCE在休克爾近似下變?yōu)镠C=CE），并重點(diǎn)理解分子軌道理論的核心在于變分原理——將不可能完成的精確求解多體薛定諤方程的任務(wù)轉(zhuǎn)化為近似求解體系能量函數(shù)（嘗試波函數(shù)的線性組合系數(shù)為變量）的條件極值問題。

該系列挑戰(zhàn)性問題由若干不同難度的小問題組成，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和水平逐漸提高，既防止問題太寬泛而無從下手，又逐漸向?qū)W生發(fā)出挑戰(zhàn)以激發(fā)學(xué)生求知欲。另外，該問題的解決方法不固定，解答結(jié)果也不唯一。它允許學(xué)生運(yùn)用不同的方法來解決問題，并且將分子模擬技術(shù)融入理論課程之中，通過體驗(yàn)編寫程序的過程，獲得結(jié)構(gòu)化學(xué)研究的思路，深化對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。在學(xué)習(xí)過程中，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行觀察、把握和調(diào)配，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)出現(xiàn)困難時(shí)，提供必要的指導(dǎo)和點(diǎn)撥。

學(xué)生通過分工合作、查找資料、熟悉軟件、編寫程序、運(yùn)行程序、優(yōu)化程序，逐漸解決了每一個(gè)子問題。在這個(gè)過程中，學(xué)生在原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上主動(dòng)構(gòu)建對(duì)知識(shí)的理解，充分將知識(shí)內(nèi)化為自己的認(rèn)知。比如對(duì)球諧函數(shù)圖像的認(rèn)識(shí)，不再是機(jī)械地“記憶”每一個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)的圖像，而是充分理解其本質(zhì)，將原理融入圖像的繪制過程，整體把握“數(shù)-形”關(guān)系，在理解的層面上深刻記憶圖像的性質(zhì)和形狀。不僅如此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中熟悉了結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)與研究的基本方法，充分將結(jié)構(gòu)化學(xué)的理論知識(shí)與分子模擬實(shí)踐相結(jié)合，體驗(yàn)了以科研的視角去分析問題、解決問題、獲得新知的過程。更加難能可貴的是，有學(xué)生通過自己繪制一維諧振子振動(dòng)波函數(shù)示意圖，發(fā)現(xiàn)了教材附圖中的一處印刷錯(cuò)誤[4]。

科學(xué)的發(fā)展是建立在繼承前人的研究結(jié)果，并在科學(xué)實(shí)踐過程中不斷地對(duì)已有認(rèn)識(shí)形成批判而發(fā)展的。例如，原子結(jié)構(gòu)理論模型正是一代又一代科學(xué)家在繼承、借鑒、批判前人研究成果，并在孜孜不倦地分析與探索過程中逐步建立的。這種科學(xué)精神和科學(xué)意識(shí)的形成必須依賴于科學(xué)活動(dòng)。如果僅僅是讀書、聆聽教師的講授，思維往往會(huì)被局限，實(shí)證意識(shí)往往會(huì)變得淡漠；相反，學(xué)生通過審慎地思考、縝密地分析、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)嫩`行，不僅能夠讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)的學(xué)習(xí)不能唯書唯上，還需自己親歷躬行。

2.以知識(shí)框架圖為學(xué)習(xí)工具，建立“結(jié)構(gòu)化學(xué)”學(xué)科網(wǎng)絡(luò)

要具備良好的理論與計(jì)算化學(xué)的學(xué)習(xí)與研究能力，必須具備系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，從整體上、宏觀上駕馭整個(gè)學(xué)科體系。學(xué)生需要將自己在科學(xué)活動(dòng)中所獲得的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)、提煉與提升，構(gòu)建自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。在以教師講授為主的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教學(xué)過程中，這一點(diǎn)做得很不夠，不是忽視知識(shí)的系統(tǒng)化處理過程，就是將教師自我頭腦中已經(jīng)構(gòu)建好的體系直接傳遞給學(xué)生，供學(xué)生直接借鑒、吸取，而缺乏探索和整理的過程，缺失個(gè)性。

在“結(jié)構(gòu)化學(xué)”的課程教學(xué)過程中，通過學(xué)生自主根據(jù)自己的知識(shí)理解狀況繪制知識(shí)框架圖（Schema），以圖形而非文字的形式將結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)加以梳理。在具體的實(shí)施過程中，教師要求學(xué)生將結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理、歸類，根據(jù)具體的內(nèi)容繪制相應(yīng)的知識(shí)框架圖，不僅僅要全面涵蓋該內(nèi)容內(nèi)所有的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)要呈現(xiàn)出各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，清晰地表明知識(shí)的結(jié)構(gòu)屬性和形成方式，使知識(shí)逐漸從“點(diǎn)”向“線、面”過渡。學(xué)生在繪制知識(shí)框架圖的時(shí)候，不需要根據(jù)課本上的章節(jié)順序來設(shè)計(jì)，也沒有固定的思路，更希望學(xué)生能夠呈現(xiàn)出自己對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解。

以量子力學(xué)基本原理一章為例，學(xué)生繪制了該章的知識(shí)框架圖，展現(xiàn)出了量子力學(xué)基本原理所包括五方面內(nèi)容。這種教學(xué)方式不僅有助于幫助學(xué)生梳理結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)的來龍去脈，建立科學(xué)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系，形成全面的關(guān)于結(jié)構(gòu)化學(xué)基本學(xué)科邏輯結(jié)構(gòu)和基本學(xué)習(xí)與研究思路的認(rèn)識(shí)；更有助于學(xué)生反思科學(xué)研究活動(dòng)過程和結(jié)果，總結(jié)開展科學(xué)學(xué)習(xí)與研究的視角和途徑，探索有待進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究的盲點(diǎn)和解決策略，最終建立起清晰的化學(xué)學(xué)科體系框架，并在具體知識(shí)基礎(chǔ)上形成化學(xué)觀念。

3.以多種形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果，提升能力同時(shí)以評(píng)促學(xué)

所謂“研而不發(fā)則囿”，在科學(xué)活動(dòng)中，通過書面報(bào)告（論文）和口頭匯報(bào)（學(xué)術(shù)報(bào)告）等形式，科學(xué)生動(dòng)地、多樣化地展示科學(xué)活動(dòng)成果，是科學(xué)工作者必須具備的能力和素質(zhì)。學(xué)生在實(shí)踐中解決了挑戰(zhàn)性問題，繪制了知識(shí)框架圖之后，需要完成關(guān)于學(xué)習(xí)與研究過程與結(jié)果的書面報(bào)告，同時(shí)在課堂中將自己的學(xué)習(xí)與研究過程與結(jié)果通過口頭匯報(bào)的形式向教師和同學(xué)展示。這樣能夠讓教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)研究過程，讓同學(xué)學(xué)習(xí)與借鑒研究方法和研究結(jié)果，同時(shí)也能夠接受教師與同學(xué)的批評(píng)指正，認(rèn)識(shí)到自己的研究不足之處，為今后開展深入的結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)與研究工作啟迪思維、創(chuàng)設(shè)條件、打好基礎(chǔ)。

利用書面報(bào)告和口頭匯報(bào)等形式表達(dá)學(xué)習(xí)和研究過程與結(jié)果，在提高學(xué)生的基本科學(xué)研究素養(yǎng)的同時(shí)，也有助于從過程的角度、從個(gè)性化的角度、從個(gè)人全面發(fā)展的角度來開展并落實(shí)過程評(píng)價(jià)、全員評(píng)價(jià)，將過程評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。傳統(tǒng)的以平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)?yōu)槲ㄒ辉u(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方式，過多地局限于知識(shí)點(diǎn)的掌握，卻不能很好地考查學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)方式，更難以評(píng)價(jià)學(xué)生的科學(xué)研究基本素養(yǎng)。利用書面報(bào)告和口頭匯報(bào)則有效地彌補(bǔ)了單一評(píng)價(jià)方式的不足之處，最終達(dá)到以評(píng)促學(xué)的根本目的。這種以多個(gè)評(píng)價(jià)者從多個(gè)角度對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行評(píng)價(jià)的機(jī)制，關(guān)注學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)出來的各方面能力和素質(zhì)而并非簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)結(jié)果，有效促進(jìn)了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的積極性，體現(xiàn)了過程評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的現(xiàn)代教育評(píng)價(jià)理念。

通過“活動(dòng)-提煉-總結(jié)”方式的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在科學(xué)活動(dòng)中找到自己的長(zhǎng)處，發(fā)現(xiàn)自己的潛能，體驗(yàn)到相互合作的樂趣以及自己的想法被他人肯定和接納時(shí)的成功愉悅感。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中收獲的不僅僅是知識(shí)和能力，還有對(duì)自我的肯定，對(duì)他人的贊許，以及對(duì)學(xué)習(xí)、對(duì)科學(xué)研究的積極態(tài)度。同時(shí)，最難能可貴的是學(xué)生的學(xué)習(xí)能力普遍得到了提高，自主學(xué)習(xí)意識(shí)明顯增強(qiáng)，為他們今后更好地開展分子模擬研究乃至從事化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬堅(jiān)等. “結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程內(nèi)容體系與教學(xué)方法的研究與實(shí)踐[A]//大學(xué)化學(xué)化工基礎(chǔ)課程報(bào)告論壇論文集[C]. 北京：高等教育出版社，2007：264-267.

[2] 夏禹龍. 科學(xué)學(xué)基礎(chǔ)[M]. 北京：科學(xué)出版社，1983：45.

篇5

1專業(yè)知識(shí)體系的調(diào)整

2006年教育部全國(guó)高等學(xué)校教學(xué)研究中心、材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)合制定的《高等學(xué)校材料化學(xué)專業(yè)規(guī)范(討論稿)》(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”)中所制定的專業(yè)知識(shí)體系對(duì)于我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)來說，顯得內(nèi)容偏多，理論偏深，要求偏理，工程意識(shí)不強(qiáng)，因此，結(jié)合我校應(yīng)用型人才辦學(xué)實(shí)際，對(duì)“規(guī)范”中所界定的專業(yè)知識(shí)體系中內(nèi)容做了相應(yīng)的調(diào)整，從而形成了我校材料化學(xué)專業(yè)發(fā)展的專業(yè)知識(shí)體系。該體系內(nèi)容調(diào)整的思路和原則是:精簡(jiǎn)內(nèi)容，保證基本理論和必要的基本知識(shí)，降低難度，突出應(yīng)用特色，體現(xiàn)學(xué)科進(jìn)展;達(dá)到學(xué)生具備繼續(xù)學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)于工程實(shí)踐的能力，適于培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的要求。如“規(guī)范”中的量子力學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算化學(xué)、電子論、材料科學(xué)中的數(shù)學(xué)等理論性強(qiáng)的內(nèi)容一律刪除。調(diào)整后，體系由化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)方向知識(shí)三個(gè)部分所組成，其中化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)包括基本的化學(xué)知識(shí)，化學(xué)原理、化學(xué)方法;材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)包括材料的結(jié)構(gòu)、材料的化學(xué)制備，材料的分析測(cè)試、材料的物理性質(zhì)以及材料的成型加工等;專業(yè)方向知識(shí)包括高分子材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能、加工以及應(yīng)用等，詳見表1。

2課程體系的設(shè)置

設(shè)置什么樣的課程來貫徹實(shí)施上述專業(yè)知識(shí)是我們一直以來探索的一個(gè)重要的教學(xué)改革問題。課程設(shè)置不同所獲得的教育效果也就不同。在這方面各學(xué)校辦學(xué)情況不同其做法也不一樣［2－4］。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，我們認(rèn)為，材料化學(xué)既然是研究材料的化學(xué)問題的科學(xué)，材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)理當(dāng)強(qiáng)調(diào)化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，只有具備厚實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)，才有可能弄清材料的化學(xué)問題，并用化學(xué)方法去研究和解決材料的化學(xué)以及其他問題，未來發(fā)展才有后勁;另外，化學(xué)基礎(chǔ)好更有利于學(xué)生就業(yè)。因此，我們?cè)O(shè)置了無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、高分子化學(xué)、材料化學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子材料等9門核心課程來完成化學(xué)基礎(chǔ)、材料學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)方向等三部分知識(shí)，并做到統(tǒng)一考慮內(nèi)容取舍、不重疊，處理好課程的相對(duì)完整與課程間融合銜接;精簡(jiǎn)繁多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和敘述性的內(nèi)容，做到“簡(jiǎn)明”而不弱化基本理論，以滿足材料化學(xué)專業(yè)本科教育專業(yè)認(rèn)證的基本要求;引進(jìn)學(xué)科近展的新內(nèi)容，反映學(xué)科發(fā)展的方向。在教學(xué)內(nèi)容上，無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化工原理、高分子化學(xué)和高分子材料等都緊密聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，滲透工程意念;分析化學(xué)以儀器分析方法為主;物理化學(xué)強(qiáng)化熱力學(xué)基礎(chǔ)和界面與膠體化學(xué)及其在材料化學(xué)中的應(yīng)用;材料化學(xué)注重材料制備和分析測(cè)試;材料科學(xué)基礎(chǔ)主要介紹材料的物理性質(zhì)和材料的成型與加工(如表1所示)。

3課程標(biāo)準(zhǔn)的制定

教學(xué)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是課程實(shí)施質(zhì)量的保障，為此，我們陸續(xù)制定了上述核心課程的課程標(biāo)準(zhǔn)。在課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各門課程的性質(zhì)、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容，以及學(xué)生在知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面的基本要求，全面體現(xiàn)素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的理念和課程功能。課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫、教學(xué)及其評(píng)估的依據(jù)，同時(shí)也是管理和評(píng)價(jià)課程、加強(qiáng)課程建設(shè)的基礎(chǔ)，它的制定和實(shí)施，將全面推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的提高，這對(duì)于培養(yǎng)素質(zhì)全面、富有應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才具有深遠(yuǎn)意義［5］。

篇6

電子信息類專業(yè)涵蓋較廣，主要的專業(yè)有電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、光信息科學(xué)與技術(shù)。這些專業(yè)看上去近似，又不盡相同，下面我們通過各專業(yè)的課程設(shè)置、培養(yǎng)方向、就業(yè)方向來進(jìn)行了解。

電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)：傻傻分不清楚

不少同學(xué)面對(duì)“電子信息工程”“電子科學(xué)與技術(shù)”“電子信息科學(xué)與技術(shù)”這三個(gè)非常相近的專業(yè)名詞時(shí)，會(huì)感到迷惑。作為“電子”相關(guān)的專業(yè)，就像是三胞胎一樣，在一些院校被俗稱為“三電”。相對(duì)于通信工程和光信息科學(xué)與技術(shù)而言，它們都是較寬口徑專業(yè)，所學(xué)的專業(yè)知識(shí)更廣，當(dāng)然就業(yè)面也會(huì)更廣。通信工程和光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，所學(xué)的專業(yè)知識(shí)更有針對(duì)性，更加深入，也比較精細(xì)。現(xiàn)如今，高校開設(shè)“三電”專業(yè)的大學(xué)非常多，一般的理工類院校和綜合性大學(xué)幾乎都有，甚至一些文科類大學(xué)也開始嘗試開設(shè)。那么這三個(gè)專業(yè)到底有什么區(qū)別呢？

首先，從教授的課程來看，這三個(gè)專業(yè)在大一、大二、大三上學(xué)期所學(xué)的基礎(chǔ)課程基本一樣，只是在大三下學(xué)期、大四開設(shè)的專業(yè)課程有不同的側(cè)重點(diǎn)――電子信息工程重“信息”，即信號(hào)處理，學(xué)習(xí)硬件電路、軟件編程；電子科學(xué)與技術(shù)重“電子”，即硬件電路設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)物理電子、光電子和微電子學(xué)；電子信息科學(xué)與技術(shù)重電路設(shè)計(jì)，跟電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)最為接近，它作為后者的子專業(yè)，學(xué)習(xí)范圍更廣，包括電子、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)三大知識(shí)板塊，可以說是集電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)于一體。

其次，從就業(yè)來看，電子信息工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)以后可以當(dāng)軟件工程師（設(shè)計(jì)開發(fā)各種軟件）、電子工程設(shè)計(jì)師（設(shè)計(jì)開發(fā)一些電子、通信器件）。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)以后可以從事開發(fā)計(jì)算機(jī)硬件工作，當(dāng)電路設(shè)計(jì)工程師（這個(gè)專業(yè)主要有兩個(gè)就業(yè)方向，一是集成電路生產(chǎn)企業(yè)，二是集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)）。電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生就業(yè)口徑最寬，有著“萬金油”之稱，電子方面，可以做電路設(shè)計(jì)工程師；信息方面，可以做電信工程師；計(jì)算機(jī)方面，可以開發(fā)軟件、硬件。

【推薦院校】清華大學(xué)、北京大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南開大學(xué)、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京郵電大學(xué)、南京郵電大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

通信工程：“信息”中的王牌專業(yè)

通信工程具有極廣闊的發(fā)展前景，也是人才嚴(yán)重短缺的專業(yè)之一。通信行業(yè)涉及領(lǐng)域廣，可以說是橫跨了電子和計(jì)算機(jī)行業(yè)。而通信工程專業(yè)跟前文介紹的“三電”專業(yè)不同之處在于，通信工程專業(yè)知識(shí)更加有針對(duì)性，側(cè)重于“信息”，理論學(xué)習(xí)更加深入，課程難度大，可以達(dá)到“基本掌握”。而同樣是側(cè)重于“信息”的電子信息工程專業(yè)，只能說是“基本了解”。主干課程中，如程控交換技術(shù)、移動(dòng)通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、光纖通訊等，都是“三電”專業(yè)不會(huì)開設(shè)的。該專業(yè)要求畢業(yè)生掌握通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基本理論與設(shè)計(jì)方法及程控交換技術(shù)、光纖通訊、移動(dòng)通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的基本原理及應(yīng)用方法。

通信工程專業(yè)在本文提及的所有專業(yè)中，開設(shè)最早，招生的分?jǐn)?shù)線最高，得益于通信行業(yè)的高速發(fā)展，一直是非常熱門的“王牌專業(yè)”。因?yàn)槠湓谛畔ⅰ⑿盘?hào)處理方面專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)比較深入，畢業(yè)生選擇考研，特別是報(bào)考信號(hào)處理、無線電波等方向優(yōu)勢(shì)會(huì)比較明顯。當(dāng)然，就業(yè)也非常不錯(cuò)，在通信領(lǐng)域中從事研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)的工作及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中從事開發(fā)、應(yīng)用通信技術(shù)與設(shè)備的高級(jí)工程技術(shù)的工作。比如選擇去電子信息類技術(shù)研發(fā)的相關(guān)科研院所，中興、華為、大唐、富士康等設(shè)備制造商，摩托羅拉、三星、貝爾等外資企業(yè)；也可以去通信運(yùn)營(yíng)商，如中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等，從事信號(hào)處理類的研發(fā)、設(shè)計(jì)工作。隨著現(xiàn)在國(guó)家大力推廣的3G移動(dòng)通信技術(shù)，通信工程專業(yè)的畢業(yè)生專業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，專業(yè)對(duì)口，相信在就業(yè)時(shí)，可以得到更多被青睞的機(jī)會(huì)。

【推薦院校】清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)

光信息科學(xué)與技術(shù)：徜徉在光的海洋

光信息科學(xué)與技術(shù)，這個(gè)名字聽起來很抽象，其實(shí)卻實(shí)實(shí)在在地存在于你我的日常生活之中：我們同美國(guó)親友之間的越洋電話聯(lián)系，依靠的是太平洋海底長(zhǎng)長(zhǎng)的光纖；我們上網(wǎng)所用的寬帶、用超大規(guī)模彩色LED（液晶）顯示器欣賞色彩艷麗的畫面，都是對(duì)光信息技術(shù)最直接的體驗(yàn)。

本專業(yè)培養(yǎng)具備光信息科學(xué)與技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，能在應(yīng)用光學(xué)、光電子學(xué)及相關(guān)的電子信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域（特別是光機(jī)電算一體化產(chǎn)業(yè)）從事科學(xué)研究、教學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)或管理工作的光信息科學(xué)與技術(shù)高級(jí)人才。本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)光信息科學(xué)與技術(shù)的基本理論和技術(shù)，熟悉光學(xué)、電子學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。

光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一般設(shè)在電子工程系或通信工程系。隨著光電子技術(shù)的發(fā)展與興起，一些院校已逐步將這一專業(yè)單獨(dú)分出成系，這也充分顯示了該專業(yè)良好的發(fā)展前景。不過，對(duì)物理學(xué)、量子力學(xué)、波動(dòng)光學(xué)等幾科的要求都相當(dāng)高。如果你對(duì)物理、數(shù)學(xué)很感興趣，有比較好的邏輯思維和抽象思維能力，以及比較強(qiáng)的理解力，不妨報(bào)考這個(gè)專業(yè)，光的海洋會(huì)讓你受益匪淺。

篇7

摘要：半導(dǎo)體物理課程是應(yīng)用物理專業(yè)非常重要的專業(yè)必修課，這門課程比較抽象，理論性、邏輯性較強(qiáng)，對(duì)半導(dǎo)體物理教學(xué)內(nèi)容和方式的整合和講授有一定難度。本論文依據(jù)西部地區(qū)理工科院校的培養(yǎng)方案和國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的教育理念，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和探索精神，提高教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生綜合利用知識(shí)的能力。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體物理；教學(xué)效果；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）13-0167-02

半體物理是固體物理學(xué)的一個(gè)重要分支，主要闡述半導(dǎo)體的基本物理理論和基本物理性質(zhì)以及當(dāng)前各種半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子輸運(yùn)過程的學(xué)科，是應(yīng)用物理學(xué)的新器件和新材料技術(shù)方面的基礎(chǔ)學(xué)科，現(xiàn)已成為現(xiàn)代新器件、新材料的基本物理理論基礎(chǔ)，為后人研制半導(dǎo)體新器件和新材料實(shí)現(xiàn)特殊性能提供解釋物理機(jī)理和指導(dǎo)方法，將物理的基本理論和實(shí)際應(yīng)用之間建立橋梁。半導(dǎo)體物理課程的開設(shè)為以后學(xué)生從事電子行業(yè)提供了基本理論知識(shí)。相對(duì)于西部落后地區(qū)一般本科院校的學(xué)生來說，他們的專業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱。但是，學(xué)習(xí)這門課程需要較強(qiáng)的基礎(chǔ)功底，《量子力學(xué)》、《固體物理》這些比較難學(xué)的課程必須學(xué)好，因此出現(xiàn)學(xué)生課堂不愿上課，這極大地影響到教師的積極性，增加了教學(xué)的難度。為了更好地講授半導(dǎo)體物理課程，讓學(xué)生對(duì)這門課程知識(shí)的理解和掌握達(dá)到教學(xué)目的的要求，筆者結(jié)合西部落后地區(qū)一般本科院校學(xué)生的實(shí)際情況，并針對(duì)在應(yīng)用物理專業(yè)的半導(dǎo)體物理課程教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題淺談自己的看法。

一、構(gòu)建合理的教學(xué)內(nèi)容，提高課程教學(xué)的有效性研究

1.修訂教學(xué)大綱。根據(jù)光電子、微電子兩個(gè)專業(yè)方向后續(xù)課程的需要及參加研究生入學(xué)資格考試應(yīng)掌握的基本知識(shí)，兩個(gè)專業(yè)方向的教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配有所不同，選擇適合學(xué)生特點(diǎn)的教材以及教學(xué)大綱。在半導(dǎo)體物理學(xué)的教學(xué)內(nèi)容包括半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、載流子和非平衡載流子、半導(dǎo)體PN結(jié)器件等相關(guān)重點(diǎn)、難點(diǎn)、概念，以及一些參考資料、作業(yè)題和思考題，需要合理安排教學(xué)計(jì)劃及對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)的分配。針對(duì)半導(dǎo)體的教學(xué)內(nèi)容，需要開展該課程教學(xué)研討活動(dòng)，著重強(qiáng)調(diào)半導(dǎo)體物理理論用在實(shí)踐中。授課教師應(yīng)根據(jù)該學(xué)科發(fā)展的方向、教學(xué)改革和實(shí)踐的變化等情況，不定期修訂教學(xué)大綱。針對(duì)半導(dǎo)體物理學(xué)課程的教學(xué)上，由于該課程的理論分析（包括能帶理論、半導(dǎo)體的電子傳輸理論等）非常深?yuàn)W，公式的推導(dǎo)比較多，對(duì)于基礎(chǔ)相對(duì)較差的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)起來非常吃力，而且枯燥乏味。我們經(jīng)過比較分析現(xiàn)有眾多半導(dǎo)體物理教材后，采用高等學(xué)校工科電子類（電子信息類）規(guī)劃教材《半導(dǎo)體物理學(xué)》，由西安交通大學(xué)劉恩科等編寫。該教材半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)比較全面體現(xiàn)突出物理概念，強(qiáng)調(diào)基本分析方法，沒有很多煩瑣的公式推導(dǎo)，可讀性強(qiáng)，便于自學(xué)。目前很多高校都在使用該教材[1]。

2.激發(fā)學(xué)生的科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。采用研究型課堂教學(xué)為學(xué)生提供了發(fā)現(xiàn)問題、研究和解決問題的基本程序，并提供了實(shí)踐機(jī)會(huì)，豐富了學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生在今后工作中開拓創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因?yàn)閷W(xué)生將來希望從事IT行業(yè)，比如太陽能電池、超大規(guī)模集成電路、LED顯示等，因此，在課程起始階段，教師介紹半導(dǎo)體的學(xué)科發(fā)展，結(jié)合半導(dǎo)體在太陽能電池、超大規(guī)模集成電路、LED顯示等方面的應(yīng)用，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)思路框架，用簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系指明各個(gè)學(xué)習(xí)點(diǎn)和概念的相互關(guān)系，使學(xué)生知識(shí)的來龍去脈有整體的把握，使他們了解課程的重要性以及提高對(duì)這門課程的興趣。做到較快地掌握教材中給出的很多結(jié)論，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)的效果[2]。

3.合理使用現(xiàn)代化教學(xué)手段。在教育現(xiàn)代化、信息化的今天，以多媒體與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)是當(dāng)代教育改革的制高點(diǎn)，多媒體技術(shù)以圖文并茂、聲像俱佳、動(dòng)靜皆宜的表現(xiàn)形式走進(jìn)課堂，所以運(yùn)用多媒體技術(shù)教學(xué)可以很好地對(duì)解決常規(guī)課堂教學(xué)中難以解決的難點(diǎn)[3]。但在半導(dǎo)體物理教學(xué)中，如果一味地使用多媒體課件，盡管很多圖片都非常的逼真、形象，讓學(xué)生能夠更好地理解。如第一章中學(xué)習(xí)有關(guān)載流子濃度的計(jì)算，對(duì)掌握晶體的能帶結(jié)構(gòu)，熟悉硅、鍺、砷化鎵等傳統(tǒng)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征，包括禁帶、導(dǎo)帶、價(jià)帶等基本概念的理解來說都非常形象，利用多媒體動(dòng)畫，就可以清楚地展示出原子排列結(jié)構(gòu)如何從一個(gè)原子到多個(gè)原子的公有化運(yùn)動(dòng)形成能帶，但是多媒體教學(xué)忽略了學(xué)生的感受和接受能力，違背了教學(xué)規(guī)律。針對(duì)這些問題，在課堂教學(xué)中必須先啟發(fā)學(xué)生的對(duì)半導(dǎo)體物理思維，在學(xué)生建立對(duì)半導(dǎo)體的求知欲之后，適當(dāng)運(yùn)用多媒體技術(shù)圖文并茂、聲像俱佳、動(dòng)靜皆宜的優(yōu)勢(shì)，將教學(xué)過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)概念傳授給學(xué)生。如在講解半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，通過多媒體課件展示并結(jié)合板書，這樣學(xué)生更容易接受相關(guān)理論的精髓。只有將教師在課堂中的板書與多媒體技術(shù)結(jié)合起來，才能獲得非常好的教學(xué)效果。

二、緊跟學(xué)科前沿，結(jié)合科研實(shí)際適當(dāng)把前沿知識(shí)引入課堂

在半導(dǎo)體物理教學(xué)組織管理方面，采用傳統(tǒng)的理論講述、練習(xí)習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合的形式，理論講授課由主講教師講授半導(dǎo)體物理的基本概念和基本分析方法。專門開設(shè)習(xí)題課，負(fù)責(zé)復(fù)習(xí)和鞏固理論課講授的內(nèi)容，并通過綜合練習(xí)提高學(xué)生的分析問題的能力。但是不能單純講解理論知識(shí)，而是要結(jié)合教師和學(xué)生的科研實(shí)踐對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行深入的解析，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維。將教學(xué)與科研相結(jié)合，讓學(xué)生了解半導(dǎo)體物理學(xué)科的研究前沿。比如在講解能帶論與半導(dǎo)體相關(guān)器件時(shí)，可以引入現(xiàn)代科技進(jìn)展，結(jié)合自己主持的半導(dǎo)體器件相關(guān)科研項(xiàng)目，如電阻式隨機(jī)存儲(chǔ)器（RRAM）作為一種新型的非易失性存儲(chǔ)器，其原理是過渡金屬氧化物在不同極性的外電壓脈沖作用下誘導(dǎo)出不同電阻態(tài)的效應(yīng)。由于電阻式隨機(jī)存儲(chǔ)器擁有高速、高密度、低功耗、制備簡(jiǎn)單、半導(dǎo)體工藝兼容性好等優(yōu)秀的性能，引起人們廣泛的關(guān)注，有望替代目前市面上的磁存貯器，成為下一代的通用存儲(chǔ)器，其熱點(diǎn)集中在性能及機(jī)理的研究上。另外一些研究通過設(shè)計(jì)成pn結(jié)器件，制備成十字交叉結(jié)構(gòu)憶阻器件，以實(shí)現(xiàn)高的器件密度以及解決讀寫誤讀的想象。從眾多的有關(guān)半導(dǎo)體中基本的晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)、能帶理論和半導(dǎo)體的電子輸運(yùn)性質(zhì)，提出了不同的模型來解釋這一電阻開關(guān)現(xiàn)象，相應(yīng)的機(jī)理包含傳導(dǎo)燈絲導(dǎo)通模型，空間電荷束縛模型，電致氧空位遷移機(jī)制，肖特基勢(shì)壘模型等，而電極效應(yīng)是指電極與薄膜材料的界面處由表面態(tài)導(dǎo)致的電阻轉(zhuǎn)變的機(jī)理。另外在講解半導(dǎo)體發(fā)光，以及光電效應(yīng)時(shí)，可以引入到目前太陽能發(fā)光，LED發(fā)光等應(yīng)用非常廣的領(lǐng)域，從而激發(fā)學(xué)生的科研能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面提高，為學(xué)生以后從事科研或者相關(guān)工作打下一定的基礎(chǔ)。

三、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是應(yīng)用性人才培養(yǎng)的重要保證，針對(duì)半導(dǎo)體物理實(shí)踐課來說，其實(shí)是半導(dǎo)體課程的最重要部分，通過實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握和體會(huì)半導(dǎo)體物理理論對(duì)現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體知識(shí)的理解，讓學(xué)生樹立理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)和工作作風(fēng)，提高學(xué)生綜合分析解決問題的能力。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課中，因內(nèi)容過分偏重于基礎(chǔ)訓(xùn)練，所以在方法和手段上很單調(diào)，主要以模仿為主，缺少設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性。在教學(xué)內(nèi)容上，適當(dāng)增加了綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，如果恰當(dāng)?shù)厥褂弥庇^、形象物理圖像，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，縮小理論與實(shí)際的差距，縮短學(xué)生的認(rèn)識(shí)過程，會(huì)提高課堂教學(xué)質(zhì)量。這樣也可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，推進(jìn)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)和合作實(shí)驗(yàn)。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量半導(dǎo)體體電阻率、MOS結(jié)構(gòu)C-V測(cè)量、為霍爾效應(yīng)及半導(dǎo)體相關(guān)參數(shù)測(cè)量，通過這些實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握幾種基本量測(cè)量方法以及數(shù)據(jù)處理的方法；熟悉基本的分析問題和解決問題方法及常用儀器的使用；在實(shí)驗(yàn)中綜合運(yùn)用所學(xué)的半導(dǎo)體物理學(xué)基本知識(shí)以及其他相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)際操作以及綜合實(shí)驗(yàn)的能力，使科學(xué)研究的方法和探索解決問題的能力得到更好的培養(yǎng)，進(jìn)而達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

半導(dǎo)體物理作為應(yīng)用物理、光電子和微電子專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，半導(dǎo)體物理教學(xué)改革是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，我們通過對(duì)半導(dǎo)體物理教學(xué)模式、內(nèi)容、方法和手段的改革進(jìn)行了一些有意義的整合與改進(jìn)，同時(shí)不斷提高自身的能力，可以逐漸形成適應(yīng)應(yīng)用型本科院校辦學(xué)定位的新的教學(xué)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿莉，徐友龍，張瑞智，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下的半導(dǎo)體物理教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（31）：85-89.

[2]劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：156-168.

篇8

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革；案例教學(xué)法；多媒體教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2012）33-0014-03

無機(jī)非金屬材料測(cè)試方法（以下簡(jiǎn)稱“測(cè)試方法”）是無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程中主要介紹了有關(guān)材料科學(xué)分析測(cè)試儀器的原理與使用、無機(jī)材料的表征以及測(cè)試數(shù)據(jù)的處理與分析等內(nèi)容[1]。本課程的目的是通過教學(xué)使學(xué)生了解無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域常用的測(cè)試方法，了解相關(guān)儀器的結(jié)構(gòu)和功能，掌握儀器的基本操作以及如何選用合理的測(cè)試方法檢測(cè)、表征材料的組成和結(jié)構(gòu)，再對(duì)所獲得的信息進(jìn)行正確的處理和解釋等。

這門課程的學(xué)習(xí)對(duì)該專業(yè)的本科生構(gòu)建相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系起了重要的作用，也為他們以后開展生產(chǎn)實(shí)踐、畢業(yè)論文和材料專業(yè)的研究等奠定必要的基礎(chǔ)，但是課程內(nèi)容涵蓋面大，涉及的知識(shí)十分零散，課程整體缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較困難。因此，如何組織教學(xué)內(nèi)容，理清知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，把握好講授內(nèi)容的深度和廣度，選用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行教學(xué)，將決定本課程教學(xué)效果的好壞。鑒于此，為進(jìn)一步提高該門課的教學(xué)質(zhì)量，有必要對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改革，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)實(shí)踐等方面的探索和改進(jìn)，以期獲得更好的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求的改進(jìn)

材料的分析測(cè)試方法已經(jīng)發(fā)展有五六十種之多，它們的原理不盡相同，其實(shí)多數(shù)各自獨(dú)立，在當(dāng)前出版的教材中也多是一個(gè)章節(jié)介紹一種方法，這種相互間缺乏邏輯性聯(lián)系的知識(shí)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一定的障礙。為此，首先，根據(jù)學(xué)校的具體情況和非金屬專業(yè)的要求，選擇合適并且必要的測(cè)試方法作為教學(xué)內(nèi)容；其次，將這些零散且寬泛的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)和分類，將這些看似相互獨(dú)立的測(cè)試手段通過一定的方式聯(lián)系起來；最后，在教學(xué)中還要輕重分明，詳略得當(dāng)，將重點(diǎn)突出，以便于學(xué)生的理解和掌握。

在實(shí)際教學(xué)中，將這些材料分析方法按其功能進(jìn)行分類，主要有物相分析、成分分析、形貌分析及組織結(jié)構(gòu)分析四部分。這種分類讓學(xué)生一開始就對(duì)每一種測(cè)試方法的用途有所了解，增強(qiáng)了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的針對(duì)性。下一步是對(duì)每一類分析方法在教學(xué)過程中再安排三級(jí)教學(xué)目標(biāo)，第一級(jí)為對(duì)基本原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)的了解，第二級(jí)為對(duì)使用技術(shù)的掌握，第三級(jí)為對(duì)所得結(jié)果的分析和運(yùn)用[2]。教學(xué)中通過對(duì)儀器工作原理和結(jié)構(gòu)的介紹，讓其了解儀器是如何工作的，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是如何得來的；通過對(duì)樣品制備和儀器操作的介紹，讓學(xué)生掌握材料表征的基本技術(shù)；通過研究實(shí)例的分析，讓學(xué)生掌握分析方法的原理，學(xué)會(huì)基本的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

分析測(cè)試使用到多種儀器，它們的工作原理往往不同，涉及量子力學(xué)、晶體學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等多種知識(shí)。對(duì)于材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)這門課程的主要目的是學(xué)會(huì)利用儀器測(cè)出數(shù)據(jù)和結(jié)果，再對(duì)其進(jìn)行一定的分析。因此，在具體的教學(xué)內(nèi)容上，對(duì)每種儀器的原理和結(jié)構(gòu)只作一般性了解，其目的是讓學(xué)生不僅知其然，還要知其所以然，即測(cè)出的數(shù)據(jù)和結(jié)果是如何得到的；而教學(xué)的重點(diǎn)則放在各種儀器的使用、樣品的制備以及如何處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上，讓教學(xué)目標(biāo)由一般的“以儀器為中心”真正轉(zhuǎn)到“以材料為中心”上。

2 案例教學(xué)法的實(shí)施

所謂案例教學(xué)，就是在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)要求，組織學(xué)生通過對(duì)案例的調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動(dòng)，教給學(xué)生分析問題和解決問題的方法或道理，進(jìn)而提高他們分析問題和解決問題的能力，加深對(duì)基本概念和原理的理解的一種特定的教學(xué)方法[3]。

“測(cè)試方法”這門課程雖然涉及的知識(shí)和理論很多，但實(shí)踐性很強(qiáng)，所以采用案例教學(xué)方式可能會(huì)取得更好的教學(xué)效果，為此做了一定的探索和嘗試。比如在講授X射線熒光分析的應(yīng)用時(shí)，有意選取貼近生活的案例：如何確定購(gòu)買的金戒指是24K。這個(gè)案例突出X射線熒光分析的元素定性定量分析和無損檢測(cè)特點(diǎn)，同時(shí)也激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在學(xué)生學(xué)完全部測(cè)試方法之后，結(jié)合本院教師的科研課題，拿出一個(gè)綜合案例來進(jìn)行教學(xué)。例如，取出一種新制備的納米粉體，向?qū)W生發(fā)問：如何確定它的成分和物相？怎么確定該粉體顆粒的粒度、形貌和結(jié)構(gòu)？讓學(xué)生開動(dòng)腦筋，靈活應(yīng)用所學(xué)的分析測(cè)試手段，通過分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，仔細(xì)進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行合理分析，最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。又如，拿出一種陶瓷塊體材料，要求分析影響其力學(xué)性能的因素。這個(gè)案例要結(jié)合“無機(jī)材料的物理性能”等其他學(xué)科的知識(shí)，首先要知道通常影響材料力學(xué)性能的因素有哪些，比如物相、成分以及組織斷口形貌等；其次是設(shè)計(jì)方案利用相應(yīng)的儀器對(duì)這些因素進(jìn)行檢測(cè)，再進(jìn)行系統(tǒng)分析，以得出正確的結(jié)論。

實(shí)踐證明，通過案例教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性：通過對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用，深化了對(duì)理論的理解；通過對(duì)實(shí)際問題的解決，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力；通過學(xué)生間、師生間的相互交流和討論，還培養(yǎng)了他們與人溝通的能力以及團(tuán)隊(duì)合作的精神。在案例教學(xué)中，學(xué)生還了解了材料研究的一般性思維與方法，鍛煉了綜合運(yùn)用無機(jī)材料的基本知識(shí)和分析方法進(jìn)行科學(xué)研究的能力。

當(dāng)然在實(shí)施這種教學(xué)方法時(shí)，需要注意師生角色的變化。學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，由他們獨(dú)立查閱資料和思考問題，也由他們集體討論，相互交流，最后拿出最優(yōu)方案；教師只是在各個(gè)環(huán)節(jié)中起著啟發(fā)指導(dǎo)的作用。另外要注意案例教學(xué)與舉例教學(xué)的區(qū)別，案例教學(xué)是一個(gè)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、培養(yǎng)能力的過程，而舉例只是輔助教師說明問題的一種手段。

3 多媒體教學(xué)手段的運(yùn)用

多媒體教學(xué)是利用多種媒體設(shè)備和軟件對(duì)文本、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫等信息進(jìn)行綜合處理，教師在授課時(shí)配合屏幕上文字、圖片的顯示，動(dòng)畫、視頻以及聲音的播放，利用形、聲、色、動(dòng)、實(shí)等手法，將教學(xué)內(nèi)容用豐富多彩的形式表現(xiàn)出來的一種教學(xué)手段。

“測(cè)試方法”是一門具有多學(xué)科交叉性的學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容龐雜、信息量大，既有抽象的微觀理論需要介紹，又有復(fù)雜具體的分析儀器需要呈現(xiàn)。為適應(yīng)在有限的課時(shí)內(nèi)達(dá)到更好的教學(xué)效果，有必要采用多媒體這種表現(xiàn)力強(qiáng)的現(xiàn)代教育技術(shù)裝備來進(jìn)行教學(xué)。

多媒體教學(xué)的好處是易于調(diào)動(dòng)人的多種感官來接受信息，該設(shè)備能在很短的時(shí)間內(nèi)將大量的內(nèi)容以圖文并茂、有聲有色的形式展現(xiàn)出來，大大增加了課堂教學(xué)的信息量，也容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于復(fù)雜儀器的介紹，多媒體具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以把無法拆卸的大型精密儀器通過PPT電子幻燈片或Flas的形式，直觀形象地顯示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及它的工作原理；對(duì)于儀器操作流程的教學(xué)，則可以播放事先制作的視頻資料，放在公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，學(xué)生可以隨時(shí)下載觀看。顯然，這比課堂上教師的文字描述甚至到實(shí)地觀看的效果也要好。

此外，多媒體還可以使微觀模型宏觀化、抽象概念具體化。例如，在講解電子束與物質(zhì)的相互作用時(shí)，對(duì)于二次電子、背散射電子、透射電子、特征X射線和俄歇電子等各種信號(hào)產(chǎn)生的原理，如果僅僅口述，學(xué)生很難理解；但通過Flash形式，將每種信號(hào)的產(chǎn)生過程演示出來，整個(gè)過程將變得直觀明了[2]。教學(xué)中，在講授透射電鏡、掃描電鏡時(shí)，還涉及很多材料的電鏡照片；學(xué)習(xí)X射線衍射、熱分析以及紅外光譜、拉曼光譜時(shí)，要用到一些材料的圖譜，有了多媒體，則可以直接把它們顯示在屏幕上，教師就可以很方便地引領(lǐng)學(xué)生去觀看和分析。

當(dāng)然，多媒體教學(xué)并不萬能。例如，在講解X射線衍射的基本原理時(shí)，涉及一些公式的推導(dǎo)，這時(shí)最好的教學(xué)方法還是傳統(tǒng)的板書，因?yàn)樵诎鍟拈g隙學(xué)生剛好可以思考；若將公式直接閃現(xiàn)，學(xué)生難以跟上節(jié)奏。因此，在使用多媒體時(shí)還要間或運(yùn)用傳統(tǒng)式教學(xué)，將兩者有機(jī)地結(jié)合起來，才能取得最佳的教學(xué)效果。另外，在使用多媒體教學(xué)時(shí)，容易造成教師站在操作臺(tái)前操作鼠標(biāo)而不動(dòng)，變成“播放員”，也容易造成照屏宣讀，變成“播音員”，從而忽視與學(xué)生的互動(dòng)和交流，同時(shí)也限制了教師形體語言的運(yùn)用；學(xué)生方面，更易被屏幕吸引，這是好事，但容易忽視教師的形體和表情，結(jié)果是師生間在課堂上缺乏情感上的交流，這些都勢(shì)必對(duì)教學(xué)效果造成一定的影響。因此，在使用多媒體教學(xué)時(shí)，為避免這種情況的出現(xiàn)，教師首先要熟悉教學(xué)內(nèi)容，其次是要使用翻頁激光筆，讓教師擺脫鼠標(biāo)，從操作臺(tái)前站出來，必要時(shí)還要走到學(xué)生中去。

4 理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的聯(lián)系

“測(cè)試方法”是一門理論與實(shí)際聯(lián)系緊密的課程。實(shí)踐證明，課程內(nèi)容僅僅通過口頭講解，很難達(dá)到好的教學(xué)效果。如果在介紹每一種儀器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，再去觀察真正的儀器，并且上機(jī)操作，學(xué)生的積極性將會(huì)變得更加高漲，印象也會(huì)更為深刻。為此，根據(jù)學(xué)院和學(xué)校的現(xiàn)有條件設(shè)立X射線衍射、掃描電鏡、粒度分析、熱分析及紅外光譜等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，讓理論去指導(dǎo)實(shí)踐，由實(shí)踐來強(qiáng)化對(duì)理論的理解。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以先安排針對(duì)某個(gè)測(cè)試方法的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其目的是讓學(xué)生了解每種儀器的構(gòu)造和原理，掌握儀器的操作，學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析；然后在此基礎(chǔ)上再設(shè)置一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。后者在具體操作時(shí)可以結(jié)合一些教師的科研課題，樣品由教師提供，而如何去表征是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生分組討論，自行擬定實(shí)驗(yàn)方案，分別對(duì)所測(cè)樣品的物相、成分、形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析[4]。通過這種綜合性實(shí)驗(yàn)的鍛煉，讓學(xué)生了解到各種測(cè)試手段既相互獨(dú)立又有機(jī)聯(lián)系，它們往往具有互驗(yàn)性，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可能就是下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的佐證；通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的練習(xí)，讓他們體會(huì)到實(shí)驗(yàn)不只是驗(yàn)證，更多的是探索、創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)，而各種測(cè)試的最終目的是去了解材料的內(nèi)部成分和微觀構(gòu)造以及它們與宏觀性能的聯(lián)系，找出其中的規(guī)律，從而為進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成具有更優(yōu)性能的材料奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，這些實(shí)驗(yàn)過程的完成也是理論知識(shí)加深理解和靈活運(yùn)用的過程，而這正是“測(cè)試方法”課程的教學(xué)目的。

5 結(jié)語

在“測(cè)試方法”課程的教學(xué)中，首先要根據(jù)現(xiàn)有的條件和專業(yè)的要求精心選擇教學(xué)內(nèi)容，然后對(duì)其合理編排，讓龐雜的知識(shí)變得更有邏輯性和系統(tǒng)性。針對(duì)理論性較深同時(shí)實(shí)踐性又較強(qiáng)的課程特點(diǎn)，采用案例教學(xué)法結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，尤其是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行，輔之以多媒體教學(xué)手段的運(yùn)用，讓難以理解的內(nèi)容變得易被接受，讓枯燥抽象的理論變得形象生動(dòng)，讓學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為自覺主動(dòng)地學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，更注重理論在實(shí)踐中的靈活應(yīng)用；在技能得到培訓(xùn)的同時(shí)，更注重研究性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以期真正實(shí)現(xiàn)大學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)三者的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；機(jī)遇和挑戰(zhàn)

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）35-0252-02

物理學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，伴隨著現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，物理學(xué)技術(shù)、物理實(shí)驗(yàn)、物理學(xué)理論、物理學(xué)思維方式等知識(shí)在生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。其中物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要組成部分，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，也是高校物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，在農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力有著重要的促進(jìn)作用，對(duì)學(xué)生綜合能力的提高有著重要的意義。農(nóng)科院校學(xué)生就業(yè)面對(duì)的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及如何為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)等工作，在校學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)側(cè)重于如何將物理知識(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。應(yīng)用特定的物理技術(shù)處理農(nóng)作物，能促進(jìn)作物生長(zhǎng)，控制病蟲害，綠色無污染。它是一種新興的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，與化學(xué)農(nóng)業(yè)相比，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)，可在減少化肥和農(nóng)藥使用量的同時(shí)，達(dá)到增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和高效的目的。與化學(xué)農(nóng)業(yè)相比，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)，既可以減少化肥農(nóng)藥的投入，節(jié)約生產(chǎn)成本，有利于農(nóng)民增收，又可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、無公害的農(nóng)產(chǎn)品來滿足人們生活的需要。但因物理方法見效慢，不如化學(xué)方法直接。物理技術(shù)大多只應(yīng)用于科技園區(qū)或農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，物理技術(shù)的應(yīng)用普及率偏低。這需要農(nóng)科院校的學(xué)生通過在校期間對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，在就業(yè)后面臨的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷開發(fā)、完善新技術(shù)，普及推廣這一新技術(shù)。

鑒于北京農(nóng)學(xué)院對(duì)農(nóng)科普通物理實(shí)驗(yàn)的課時(shí)安排較少（20學(xué)時(shí)），物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前均以基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，更談不上對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對(duì)北京農(nóng)學(xué)院的農(nóng)科普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和管理，談?wù)勛约旱膸c(diǎn)思考。

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)。充分利用實(shí)驗(yàn)課時(shí)，將需要保留的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)進(jìn)行演示，既使大家能更多地了解物理理論的發(fā)展過程和物理理論的獲得過程，又可節(jié)約時(shí)間。

2.基本性實(shí)驗(yàn)注重基本實(shí)驗(yàn)技能、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法和基本實(shí)驗(yàn)儀器使用的學(xué)習(xí)。所選實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)應(yīng)能反映物理思想、注重基礎(chǔ)操作技能和運(yùn)用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力，學(xué)習(xí)常見的數(shù)據(jù)處理方法，掌握誤差理論的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。重視在實(shí)驗(yàn)動(dòng)手過程中貫穿討論和交流，實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)為先討論、再實(shí)驗(yàn)、再討論的步驟，重視學(xué)生的口頭報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要重視對(duì)學(xué)生解決問題能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供足夠的實(shí)驗(yàn)條件，除了通用儀器（如示波器、信號(hào)源等）外，盡量不采用集成化儀器，以便在實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的環(huán)境中，積極主動(dòng)地思考、分析問題，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力和實(shí)驗(yàn)技能，又能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)研究方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想等科學(xué)素質(zhì)方面得到鍛煉和提高。

4.仿真物理實(shí)驗(yàn)可以豐富和深化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在物理實(shí)驗(yàn)中，很多物理概念實(shí)際存在卻無法看到，如電場(chǎng)、磁場(chǎng)等，很多物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)間極短，難以看見或看清等，這些問題在計(jì)算機(jī)、多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛使用推廣后得到了有效解決。仿真物理實(shí)驗(yàn)的模擬場(chǎng)景可以很多，能夠自己通過實(shí)驗(yàn)要求自己來創(chuàng)建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，這樣可以通過這些實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)環(huán)境來進(jìn)行自己的模擬實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)大部分物理理論知識(shí)的驗(yàn)證，如相對(duì)論、量子力學(xué)等。這種實(shí)驗(yàn)不僅能加深學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的印象，提供空間讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，還能使學(xué)生不受時(shí)間、空間的制約。

5.自編的實(shí)驗(yàn)教材更能適應(yīng)本校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、儀器的不斷更新和新技術(shù)的應(yīng)用。目前，為了適用于各院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一般大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材覆蓋面很廣，將所有可能要做的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)均羅列在上，實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浿袑?shí)驗(yàn)數(shù)量很多，但因我校實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，能開出的實(shí)驗(yàn)相應(yīng)也少，學(xué)生對(duì)所購(gòu)買的教材使用率意見較大。自編實(shí)驗(yàn)教材會(huì)根據(jù)學(xué)校的專業(yè)要求、課時(shí)安排和學(xué)校已有的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)定所要開出的各類實(shí)驗(yàn)，針對(duì)性強(qiáng)，并能由淺入深，循序漸進(jìn)，既能吸收傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的精華，又能突出現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，還能做到物理實(shí)驗(yàn)和農(nóng)業(yè)各專業(yè)的有機(jī)結(jié)合，學(xué)習(xí)如何將物理知識(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

6.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。一支責(zé)任心強(qiáng)、業(yè)務(wù)水平高的專職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍是實(shí)驗(yàn)室最寶貴、最重要的資源，是實(shí)驗(yàn)室正常、有效運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保證。實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員應(yīng)具有很強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力和很高的實(shí)驗(yàn)室管理水平，能及時(shí)將科研成果轉(zhuǎn)化為新實(shí)驗(yàn)。重視實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍的建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的培養(yǎng)，才能使實(shí)驗(yàn)室煥發(fā)出生機(jī)與活力，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)能更好地為教學(xué)科研服務(wù)。

7.引入現(xiàn)代化教育設(shè)備為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)嶄新的平臺(tái)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引進(jìn)信息技術(shù)，不但充實(shí)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，彌補(bǔ)了一些實(shí)驗(yàn)儀器的不足，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和物理實(shí)驗(yàn)儀器的更新起到了重要的促進(jìn)作用。信息技術(shù)結(jié)合物理教材，可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校網(wǎng)上利用Flas模擬實(shí)驗(yàn)、利用PPT課件進(jìn)行課堂知識(shí)教學(xué)、利用Excel表格對(duì)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等，學(xué)生還可以在課余時(shí)間利用學(xué)校局域網(wǎng)查找各類文獻(xiàn)資料，撰寫實(shí)驗(yàn)論文等，在一定程度上提高了學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，使得學(xué)生的整體素質(zhì)進(jìn)一步提升。

以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能適應(yīng)新的教學(xué)體系，現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和要求，建立新的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系迫在眉睫，而建立物理實(shí)驗(yàn)新體系的核心應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新精神為出發(fā)點(diǎn)，以農(nóng)業(yè)物理產(chǎn)業(yè)為依托，打破物理技術(shù)、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的界限，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科的有機(jī)結(jié)合。在有限的時(shí)間里，將原有的物理實(shí)驗(yàn)重新整合，形成從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識(shí)型到具有獨(dú)立解決實(shí)際問題能力型的物理實(shí)驗(yàn)課程新體系。

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