量子科学应用精选(九篇)

第1篇：量子科学应用范文

关键词：电子科学与技术；量子力学；理论教学；科研实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0229-02

现代信息技术即将步入光子学新阶段，光子作为信息和能量的载体，迅速推动建立了一个前所未有的现代光电子交叉学科和信息产业。电子科学与技术是光电信息产业的支柱和基础，是多学科相互渗透而形成的交叉学科。量子力学在近代物理中的地位如此之重，但在实际教学中学生普遍感到量子力学理论性太强，公式众多，逻辑推理严密，太过抽象，难以理解，特别是跟实际生活联系不紧密，从而导致缺乏学习兴趣。作者在多年量子力学专业课程教学过程中，总结教学心得，提出了“科研与教学互进互促”的教学理念，建立了教学内容与科研课题相结合的量子力学专业课程教学模式。

一、介绍量子力学理论在现代科学技术中的实际应用，调动学生学习量子力学的热情

兴趣是学习一切知识的源动力，在绪论讲述中通过大量多媒体资源向学生们展示现代科技革命与量子力学息息相关，量子力学渗透到现代科技的方方面面，从电脑、手机到航天、核能，从科幻电影到工业4.0，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。同时针对学生们的喜好，科普《星际穿越》、《生活大爆炸》、《源代码》等热门影视中黑洞、虫洞、平行宇宙等量子物理的基本思想，以激发学生对量子论的求知欲，并向他们介绍一些关于量子力学的科普书籍，如曹天元的《上帝执骰子吗――量子力学史话》、霍金的《大设计》以及罗杰的《神奇的粒子世界》，并引用《上帝执骰子吗》中优美的开场向学生引出量子力学这一神秘和优美的故事，用生动有趣的方式讲述量子力学的发展史话，穿插每一个具有革命性大事记形成和建立的历史背景，相关科学家的简史和名人逸事，如德布罗意如何从一个纨绔子弟成长为诺贝尔奖获得者；牛顿和胡克还有其他科学家之间关于理论归属问题的争执；一个早期不受大家认可的爱因斯坦；二战期间参与研制原子弹，二战结束后大力促进核能和平利用的“哥本哈根学派”代表人物玻尔；以严谨、博学而著称，同时又以尖刻和爱挑刺而闻名的天才少年泡利；在建筑领域同样杰出的胡尔；爱打赌的霍金；等等。这些偶像级的人物在物理发展中就像一个个明星，你方唱罢我登场，一起连接起物理发展的恢弘历史，循序渐进地消除学生对量子力学的恐惧感，并且对于培养他们的科研品质有很大启迪。

量子理论的出现彻底地改变了世界的科技面貌，引发了许多的技术革命。用多媒体将最新的科技知识和高新技术全面融入到教学课程中，可以形象直观地表述量子力学与科学前沿的紧密联系，扩充学生们的知识和视野。如讲述电子自旋有两个取向这部分内容时，正好与计算机存储中二进制0和1相对应，这也正是量子计算机的基本原理，并展开介绍量子信息、量子通讯、量子计算机的基础理论均是遵从量子力学变量的分立特性叠加原理和量子相干原理。机械硬盘的原理是巨磁电阻效应，其本质是电子自旋相交的量子现象，医院里最先进的诊断技术――核磁共振，就是核自旋效应的典型应用。CPU逻辑单元CMOS中的核心部件――场效应晶体管，是量子力学在固体中的应用；集成电路生产用到的光刻机――其光源激光，航天领域对于GPS的系统误差校准以及尤其重要的卫星钟，也是量子力学的应用。没有量子力学，就没有以半导体占主导地位的现代化工业。让学生们切身感受到量子力学已经渗透到我们生活的方方面面，其影响巨大是以往所不能想象的。

二、根据电子科学与技术专业，优化教学内容和方法

教师在教学过程中，一方面给学生讲授了教材上的基本内容，另一方面通过PPT和视频的方式将国内外研究动态和研究成果固化到教学中来，以保证教学内容总是站在专业学科前沿。通过这种融入方式，形成理论水平高、实用性强、特色鲜明的课堂教学，理论联系实际，扩大学生的知识面，从而提高学生的学习兴趣和主动性。例如讲述微观粒子波动性中波长公式λ=h/时，通过比较电子和经典粒子的波长，说明为什么在日常生活中难以观测到粒子的波动性，并拓展引入透射电子显微镜的工作原理，当加速电压达到200kV时，电子的波长达到在0.1纳米量级，和原子的大小相比，由于透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，通过分析电子束的成像可以得到颗粒形貌、大小、位错、缺陷、成分和相组成等微观特性，进而介绍电子显微镜的结构、成像原理及电子衍射原理，加深学生对微观粒子波粒二象性的理解和掌握。同时，还鼓励学生自己动手制作相关动画，提升他们的动手能力和参与性，并通过保龄球视频类比描述双缝衍射实验，形象直观。

讲述一维薛定谔方程求解例题――一维势垒贯穿时，引入隧穿效应概念，并且引用一张经典的狮子“穿墙”追到墙对面高枕无忧人的配图，这在经典物理中完全不可能想象，形象的例子可以更好地理解量子遂穿效应，并且强调了量子论与经典物理的不同之处，进而向学生介绍隧穿效应在现代科学技术中的实际应用――扫描隧道显微镜，用视频和多媒体向学生们展示扫描隧道显微镜的工作原理及分辨率的影响因素，并与课本上遂穿透射系数公式相互验证，并给大家介绍用扫描隧道显微镜的最新研究进展以及自己科研工作中的相关实验结果。

通过让学生们接触这些仪器的工作原理，等同于提前接触了科研工作，对研究工作有了切身体会和形象了解，同时对课程的理论知识有了现实认识。教学中不断渗透专业前沿科学知识，不仅可以使量子力学富有生命力和时代感，而且培养了学生的科学素质，让学习目标更明确，这些都对学生今后的工作和考研打下了一定的实践基础。另一方面，活跃课堂教学气氛和建立讨论环节在教学中是十分必要的。课堂教学一定不能让教师唱独角戏，要充分引导和鼓励学生提出问题、分析问题和解决问题，这样有助于激发学生的思维能力，形成新的思维方式。同时要让学生占主导地位，将学习的决定权从教师转移给学生，可以鼓励学生分享量子力学理论在现代技术中的应用实例，通过查阅资料，动手制作多媒体的过程，充分发挥学生的学习自主能动性，以及增强学生探索性学习的能力和搜集信息的能力。

三、科研融入教学，教学提升科研

在课堂上，要想真正提高学生的学习积极性，加深对量子力学理论的认识，教师只讲授课本上的知识体系是远远不够的，特别是新知识日新月异，这些均需要授课教师不断吸取养分和了解本专业的前沿科学动态和研究进展，不断加强自身的科研水平，让教学和科研相辅相成，相互促进。

围绕“科研融入教学、教学提升科研”的理念，拓展和更新量子力学理论课的教学内容，在实施过程中，紧跟学科前沿发展，将自身的科研经历和成果，以及量子力学理论相关的学科前沿实例灵活融入教学内容的各个环节，形成水平高、前沿性强、内容丰富的课堂教学内容，这将会大大提高学生的学习兴趣。比如讲述海森伯测不准关系Δx・Δp≥？捩/2时，引入衍射极限这一物理问题，衍射极限本质上来源于量子力学中的测不准关系限制，是量子特性的一种宏观体现。

由于衍射极限限制了器件最小特征尺寸和加工分辨率，必须突破光学衍射极限才能进一步发展纳米光学和光子学，表面等离子体激元是目前解决这一瓶颈的唯一方案。进而系统地介绍表面等离子激元的基本原理，及其在光探测器、传感器、发光二极管及太阳能电池方面的应用。讲述电子自旋这一章节时，向同学们介绍材料界的新宠――电阻率超低、电子迁移速度极快，可以有效传导电子自旋的石墨烯，该材料卓越的性能令科学界普遍期待它能引领新一轮的电子元器件革命。引入科技巨头IBM公司制作的《一个男孩和他的原子》的微电影视频形象讲述自旋电子施法大数据存储，电子自旋的自由度得以控。当自旋电子学施展“魔法”，存储介质的体积将变得越来越小，而存储的容量却越来越大，甚至无限延展，真正一粒沙中存储一个世界。这种通过实实在在的研究案例让学生们清楚研究方法，加深对新知识点的理解，让枯燥的公式转换成形象的材料和器件，教学效果生动而富有启发性。

科研是充实教学内容、提高教学质量的源泉，同时也是培养创新性人才的必然需求。同时，教师在提升教学效果的同时，需要不断充实提升自己的科研水平，形成科研教学双促进，从而推动创新人才的培养和教学水平的提高。

参考文献：

[1]王振，王巍.工科非物理专业“量子力学”教学初探[J].读写算-素质教育论坛，2015，（7）：4-5.

[2]李春芝.创新人才培养视域下的量子力学教学改革探究[J].课程教育研究（新教师教学），2014，（21）：168.

第2篇：量子科学应用范文

（一）信息子的概念、分类与性质

在神经系统内部可以传递使用的最小信息单位称为信息子。通过学习记忆过程，神经系统可以将新信息转换为自身可识别的信息子，称为新信息的标准化过程。在神经系统内部排列组合信息子时依据的特定规则或方式称为标准化新信息的标准。神经系统可以将新信息不断地标准化为自身可识别的信息子，这些信息子按照一定的标准聚集在一起形成信息库，新产生的信息子可以在神经系统内相应的信息库之间进行信息的交流。

根据信息子的传递方式不同，信息子可以划分为两种类型：只能单方向传递的信息子称为单子，可以双方向传递的信息子称为双子。在被标准化的信息库中，单子常常以“应该”、“不应该”、“必须”、“天生”、“不可以”、“不能”、“因为…所以…”等风格的语言组合在一起，双子常常以“可以”、“可能”、“也许”、“或者”等风格的语言组合在一起。

在学习记忆过程中，信息子是被标准化为单子还是双子完全取决于在标准化新信息时选择的标准。即使新信息被标准化为单子以后，单子还是可以继续被标准化为双子，但是需要进行学习记忆1个信息子的过程。因为双子可以进行信息的双方向传递，所以他不可以再被标准化为其他类型的信息子。双子也可以认为是由2个向相反方向传递的单子组成。因为信息子是在神经系统内部可以传递使用的最小信息单位，因此，1个单子是由1个信息子组成，1个双子是由2个信息子组成。不同信息子之间的信息交流并不是自由的，而是受到限制的，只有达到了在标准化新信息时设定的传递条件，相关信息库内的信息子之间才可能发生信息交流。

在某种标准的限制下，新信息被标准化为相应的信息子以后，还没有达到设定的传递条件的心理状态称为对此传递条件的心理渴望。当达到了设定的传递条件时，相关信息库内的信息子之间开始发生信息交流，这种心理状态称为对此传递条件的心理满足。个人一旦对某种传递条件产生了心理渴望，为了获得心理满足，他就会产生主动创造条件达到此传递条件的心理动机。对标准的选择和传递条件的设定决定着个体在神经系统内部建立起来的信息库结构和大小，也决定着个体可以体验到怎样的心理体验（如快乐或痛苦等感觉）以及何时才能产生这样的心理体验。

当按照一定的标准将新信息标准化为相应的信息子以后，如果多次达到设定的传递条件，但是其中只有一些信息子可以发生多次信息交流，而另外一些信息子却只能发生一次信息交流，那么我们就把那些可以发生多次信息交流的信息子称为可以重复使用的信息子，把那些只能发生一次信息交流的信息子称为一次性使用的信息子。当然这些信息子可能包括单子和双子两种类型。我们知道，只有通过学习记忆过程新信息才可以被标准化为信息子，如果一个人花费了大量的精力和时间建立起来的信息子只能使用一次，相对于可重复使用的信息子而言，他付出的精力和时间是有些浪费了。因此，在新信息的标准化过程中，选择合适的标准是非常重要的。

如果一个人根据不同的标准和传递条件建立了太多的信息库，由于信息库内的信息子发生信息交流的前提条件是达到设定的传递条件，因此即使他建立的信息库容量非常大，但是在神经系统内部发生的信息交流量还是有可能会非常小。发生这种现象的主要原因是，选择的标准和设定的传递条件不合理，导致各种信息库之间相互独立，信息库内的信息子不能跟其他信息库内的信息子发生信息交流。如果可以找到这样一种标准，个体在此标准下建立的信息库可以包括所有的其他信息库，那么信息库内的信息子在这个人的神经系统内部就可以很容易地进行信息交流。

（二）快乐（pleasure）模型

根据信息子所处的状态不同，我们可以把已经形成长时记忆的信息子称为正信息子，把正在处于学习记忆过程中的新信息子称为负信息子。由于神经依赖现象的存在，正信息子在发生信息传递时需要投入的精力和时间较少，而且心理感觉也比较轻松；而负信息子在发生信息传递时则需要个体投入较多的精力和时间，而且会产生阶段性的心理不适感觉。因此，我们可以把正信息子在发生1次信息传递时的轻松心理感觉和负信息子在发生1次信息传递时的心理不适感觉相互抵消。也就是说，如果正信息子在发生1次信息传递时的心理体验是（+1），那么负信息子在发生1次信息传递时的心理体验正好是（-1），因为（+1）+（-1）=0，所以正信息子和负信息子分别发生1次信息传递时的心理体验正好相互抵消。

根据所处的活动状态不同，可以把正信息子分为两种类型：激活状态和静息状态。虽然神经系统已经对正信息子形成了长时记忆，但是要想维持长时记忆还需要一定的精力和时间。我们把那些维持长时记忆状态的正信息子称为激活状态的正信息子。激活状态的正信息子如果长时间不使用，神经系统就会分阶段地将他们逐渐遗忘，从而形成静息状态的正信息子。激活状态的正信息子转变为静息状态的正信息子的过程称为神经系统的遗忘过程。在神经系统的遗忘过程中，个体在心理上会产生阶段性的不适感觉，这种在心理上表现出来的阶段性不适感觉是个体在产生神经依赖时的主要表现症状。正信息子发生的信息传递次数越多，一个人的心理感觉越轻松；负信息子发生的信息次数越多，一个人的心理不适感觉越明显。因此，我们可以把一个人在一段时间内正信息子发生的信息传递次数和负信息子发生的信息传递次数的差值称为在此段时间内的净信息子传递次数。

如果神经系统内的正信息子在时间t内共发生了n次信息传递，神经系统内的负信息子在时间t内共发生了m次信息传递，那么，个体在时间t内的净信息子传递次数是次，单位时间内发生的净信息子传递次数可表示为：

由于受到生理条件的限制，在单位时间内发生的净信息子传递次数P不可能达到无限大，而是存在一个最大值，我们把当时的心理状态称为快乐，把当P=0时的心理状态称为平淡。如果在单位时间内个体产生的正信息子传递次数小于负信息子传递次数（即n-m<0），那么P<0，同样由于受到生理条件的限制，在单位时间内发生的净信息子[第一论文 网 www .dylw.net]传递次数不可能无限小，而是存在一个最小值P-1，我们把当P=P-1时的心理状态称为痛苦，把当P=0.5P-1时的心理状态称为抑郁。当P恒等于P1时，也就是说当一个人的心理状态可以一直保持在快乐水平时，我们把这种心理状态称为自由。如果一个人的心理状态常常保持在平淡附近，偶尔会在快乐与痛苦之间波动，我们就把这种心理状态称为幸福。根据快乐的定义可知：不存在比快乐更快乐的快乐，也不存在比痛苦更痛苦的痛苦；快乐或者痛苦的持续时间是一个非常重要的特征，然而在日常生活中我们却很少去注意他。无论是在清醒状态还是在做梦状态，快乐的定义同样适用。

由于神经系统内建立的信息子数量是确定的，而且一个人学习记忆新信息子的速度是受到生理条件限制的，因此，一个人的心理状态不可能一直保持在痛苦水平，只要学习记忆的时间足够长，足够数量的可以保持在幸福水平的信息子就可以被建立起来。由于某种类型的信息子可以被重复使用，因此，只要那些可以重复使用的信息子数量足够多，选择的标准和设定的传递条件非常合理，就可以使一个人保持在自由状态。另外，在某些极其特殊的情况下（一个人可能只有一次机会），在体验到强烈快乐的同时，一个人可能会在大脑内部体验到电流或者闪光的短暂出现。为了描述上的方便，可以把这个心理学模型称为快乐模型[1]。

二、创造性与科学理论的转换过程

（一）创造性

为了描述上的方便，我们可以把创造性的概念定义为：神经系统内部建立的双子数量与信息子数量的比值。用公式表示为：

根据定义可知，如果一个人在标准化新信息的过程中建立的信息子类型都是双子，那么他具有的创造性就是1，也就是说他具有最大的创造性；如果一个人在标准化新信息的过程中建立的信息子类型都是单子，那么他具有的创造性就是0，也就是说他具有最小的创造性或者没有创造性。在建立的信息子数量相同的情况下，一个人的创造性越大，他在接受新事物的过程中遇到的心理阻力越小。当一个人具有的创造性是1时，由于他遇到的心理阻力是0，我们就认为这个人是可以自由选择的。在建立的信息子数量相同的情况下，一个人的创造性越小，他在接受新事物的过程中遇到的心理阻力越大。因为1个单子需要进行学习记忆1个信息子的过程才可以被标准化为双子，如果一个人在神经系统内建立的单子数量很多，那么要想提高他的创造性就需要将这些数量很多的单子逐步地标准化为双子。在这种标准化过程中，很有可能会出现在短时间内学习记忆大量新信息子（即负信息子）的情况，从而使个体体验到抑郁或者痛苦等心理不适感觉，增加了个体接受新事物的心理阻力。因此，在时间充足的情况下，我们应该逐步提高一个人的创造性。

如果一个人想要获得持续时间很长的快乐，那么他应该建立足够数量的可以重复使用的信息子，即使这些信息子代表的信息目前还没有发现任何现实的使用价值，只要他们可以发生信息传递，我们就可以体验到快乐的心理感觉。例如，数学理论中存在着许多目前还没有发现具体应用价值的理论，但是数学家把他们创造出来了。因此，从获得快乐的角度分析，建立的可以重复使用的信息子数量越多越好，而且建立的信息子类型应该是双子。另一方面，自然科学的发展历史表明（以物理学为例），我们生活的现实世界是按照一些基本的科学理论在精确地运行，如果我们发现了这些基本的科学理论，那么我们就可以从这些基本的科学理论开始，通过严密的推理，一步一步地推导出整个现实世界。也就是说，这些科学理论是具有方向性的，而且他们在形式上也是很简洁的，是可以被人类发现的。当这些具有方向性的科学理论被标准化为信息子时，他们在信息库内的信息子类型应该是单子，而不应该是双子。因此，从科学研究的角度分析，建立的可以重复使用的信息子数量越多越好，而且建立的信息子类型应该是单子。于是就出现了一个看起来相互矛盾的问题：在建立信息子时我们是应该以获得持续时间很长的快乐为标准呢，还是应该以发现基本的科学理论为标准呢。如果以获得快乐为标准，应该建立足够数量的双子，如果以发现基本的科学理论为标准，应该建立足够数量的单子。我们应该怎样理解这个问题呢？或者说怎样才能统一理解他们呢？

首先，如果人类发现了终极的科学理论，那么只要建立足够的可以重复使用的单子，我们还是可以体验到持续时间很长的快乐。其次，自然科学的发展历史表明：我们已经掌握的科学理论并不是静止的，而是不断变化发展的，只要达到了需要的条件，现在的科学理论总是会被新的科学理论代替。而且没有任何迹象表明人类可以发现终极的科学理论，当发现了一个新的科学理论以后，总是可以发现一些用这些科学理论还不能解释的现象。因此，当我们标准化现在的科学理论时，如果可能，建立的信息子类型应该全部是双子，只有这样，我们才可能具有最大的创造性1，我们才可能比较容易地发现、创造出新的科学理论。或者即使我们没有发现新的科学理论，但是当面对新的科学理论时，由于遇到的心理阻力很小，我们也会很容易地认可并接受新的科学理论。因此，无论是以获得快乐为标准，还是以发现基本的科学理论为标准，我们建立信息子的类型都应该是双子。

（二）科学理论的转换过程

自然科学的发展历史表明：我们已经掌握的科学理论并不是静止的，而是不断变化发展的；只要达到了需要的条件，现在的科学理论总是会被新的科学理论代替。当发现并创立新的科学理论以后，因为在学习并接受新的科学理论的过程中会遇到不同程度的心理阻力，因此那些掌握现在科学理论的人并不会主动地放弃现在的科学理论，然后自觉地、积极地学习并接受新的科学理论。在科学理论的转换过程中，存在着一些相对稳定的结构。

一个理论想要发展为科学理论，通常需要具备以下3个条件：第一，这个理论可以较好地解释或者预测在一定范围内发生的足够数量的客观现象；第二，这个理论的正确性可以被精确设计的实验或者发生的客观事实进行证明；第三，这个理论已经被足够数量的人学习、接受和应用。

经过一段时间的争论和正确性证明，现在的科学理论终于代替了以前的科学理论。以现在的科学理论作为标准化新信息的标准，在足够数量的人的神 经系统内部建立了大量的与现在科学理论相关的信息子，并且形成了与现在科学理论相关的信息库。按照通常的理解，因为可以解释或者预测更大范围内的更多数量的客观现象，所以现在的科学理论才有可能代替以前的科学理论。也就是说，现在的科学理论比以前的科学理论具有更大的优越性，科学理论的发展是具有方向性的，因此，在与现在科学理论相关的信息库中，必然存在着许多与现在科学理论相关的单子。因为一个科学理论的基本标准之一就是可以精确地解释或者预测发生的客观现象，因此，科学理论的应用也是具有方向性的。当这些具有方向性的科学理论被标准化为信息子时，他们在信息库内的信息子类型应该是单子。综上所述，如果不了解快乐模型和创造性的概念，在建立信息库时，相当数量的与现在科学理论相关的单子将会被建立起来。根据创造性的概念，信息库中以单子类型为主要结构的这些人的创造性必然会很小，他们在接受新事物的过程中将会遇到很大的心理阻力。

由于在短时间内学习记忆大量的新信息子（即负信息子）时，个体将会体验到抑郁或者痛苦等心理不适感觉，因此，如果在研究中发现了与现在的科学理论预测相矛盾的现象时，个体一般不会直接怀疑构成现在科学理论的基本原则是否正确，个体往往会采取这样的方式应对：在学习记忆新信息子的数量尽可能少的原则下，通过将已经建立的部分单子标准化为双子，或者学习记忆一些全新的信息子，使现在的科学理论预测现象与在研究中发现的现象达成一致。例如：把发现的矛盾现象解释为在观测或者试验过程中产生的在合理范围内的误差；或者在现在的科学理论基础上，增加一项补充规定；或者只是简单地把发现的矛盾现象记录下来，然后去研究其他的现象。

对现在科学理论的基本原则进行修改，意味着个体需要对以现在的科学理论作为标准化新信息的标准进行修改。以现在的科学理论作为标准化新信息的标准，个体在神经系统内部建立了大量的与现在科学理论相关的信息子，其中很有可能包含了许多单子。也就是说，对现在科学理论的基本原则进行修改，意味着个体需要在短时间内将相关信息库内的单子全部标准化为双子，在此过程中，个体很有可能会体验到一段时间的痛苦，也会遇到比较大的心理阻力。而且相关信息库内的单子数量越多，个体体验到痛苦的时间就越长，遇到的心理阻力就越大。因此，只有当建立的与现在科学理论相关的信息库内的单子全部被标准化为双子时，个体才有可能对现在科学理论的基本原则进行修改，才有可能比较容易地学习并接受新的科学理论。

虽然科学理论都是通过严密的推理过程建立起来的，但是科学理论的转换过程往往充满了不确定性和偶然性因素。科学理论的真实转换过程并不是像在教科书或者科学发展史中描述的那么简单：只要把与新的科学理论相关的内容通过或者出版书籍的形式展示给其他人，那么新的科学理论将会自动地代替现在的科学理论，那些掌握现在科学理论的人将会主动地放弃现在的科学理论，然后自觉地、积极地学习并接受新的科学理论。事实上，当面对一个新提出的理论时，那些掌握现在科学理论的人往往首先会怀疑新提出的理论的正确性，并且可能会想出各种方法试图证明新提出的理论是错误的，如果新提出的理论确实是即将代替现在科学理论的新科学理论，那么新的科学理论必然可以承受住来自各方面的挑战和怀疑，从而使试图证明这个理论是错误的想法不能实现。在这样不断地一次又一次地尝试过程中，个体建立的与现在科学理论相关的信息库内的单子逐渐地被标准化为双子，而且与新的科学理论相关的信息子也在不断地通过学习记忆过程建立起来。当建立的与现代科学理论相关的信息库内的单子全部标准化为双子时，如果个体建立的与新的科学理论相关的信息子也达到了足够的数量，那么个体就可以比较容易地接受新的科学理论。由于在神经系统内部存在着两种与科学理论相关的信息库，所以个体可以自由地从一种科学理论的思维方式进入到另一种科学理论的思维方式。

如果没有对学习新的科学理论产生强烈的动机，或者建立与现在科学理论相关的信息库内的单子数量太多，那么个体也有可能永远不会接受新的科学理论。虽然与新的科学理论相比他可能存在着一些不完美的方面，但是现在的科学理论也可以很好地解释或者预测大量的客观现象，也可以解决许多实际问题，他的正确性也是经过了严格的证明，所以现在的科学理论才会被足够数量的人学习、接受和应用。因此，个体建立的与现在科学理论相关的信息库内必然包含了许多可以重复使用的信息子，在应用现在的科学理论进行理论研究或者解决实际问题时，当单位时间内发生的净信息子传递次数达到了产生快乐的条件时，个体还是可以体验到快乐。

如果个体在学习新的科学理论以前还没有掌握现在的科学理论，或者个体只是一个处于学习阶段的学生，或者个体建立的与现在的科学理论相关的信息库内的信息子全部是双子，那么在学习并接受新的科学理论的过程中，他将不会遇到太大的心理阻力。仅对个体来说，首先学习并掌握的科学理论就是现在的科学理论，随后学习并掌握的科学理论就是新的科学理论，在学习过程中现在的科学理论与新的科学理论之间并没有太大的区别。但是，对整个社会来说，科学理论的发展是有方向性的。根据一些判断标准，我们就可以分辨出一种科学理论比另一种科学理论更优越。

当新的科学理论出现以后，在建立的与现在科学理论相关的信息子数量相同的情况下，那些创造性接近1的人最有可能首先理解并接受新的科学理论，那些创造性接近0的人在理解并接受新的科学理论过程中将会遇到非常大的心理阻力，经过不断地尝试那些创造性接近0.5的人中间将有一部分人可以理解并接受新的科学理论。由于建立的与现在科学理论相关信息库内的单子数量决定着个体在理解并接受新的科学理论过程中可能会遇到的心理阻力，因此，在创造性相同的情况下，建立的相关信息子数量越多，个体遇到的心理阻力越大。例如，虽然两个人的创造性都是0.8，但是如果一个人建立的信息子数量是10 000，另一个人建立的信息子数量是100，那么第一个人需要将2000个单子标准化为双子，第二个人需要将20个单子标准化为双子，显而易见，如果将两个人的创造性提 高到1，那么第一个人遇到的心理阻力将会比第二个人大。在理解并接受新的科学理论过程中出现不同程度的心理阻力这种现象具有非常积极的意义，他的存在可以使人的思想在科学理论的转换过程保持相对稳定，不会出现剧烈的思想波动。

在现实生活中，当新的科学理论出现以后，我们常常会错误地认为：那些已经熟练掌握现在的科学理论方面的专家或者权威最有可能认识到新的科学理论的价值，并且他们在理解和接受新的科学理论时需要的适应时间比其他人要少。事实上，正是因为他们建立的与现在科学理论相关的信息库容量比别人大，建立的相关信息子数量比别人多，所以他们才会成为这方面的专家或者权威。如果让他们解决一个属于现在的科学理论领域范围内的实际问题，那么与其他人相比，他们当然具有明显的优势。但是，新的科学理论之所以能够代替现在的科学理论，就是因为他具有一些与现在的科学理论明显不同的特征，否则新的理论就不能称为新的科学理论。由于建立的与现在科学理论相关的信息子数量比别人多，即使他们具有较高的创造性，他们在相关信息库内建立的单子数量也有可能会非常多，因此，在理解和接受新的科学理论时，他们遇到的心理阻力很有可能会比其他人大，他们需要的适应时间可能会比其他人长一些。当然，在这些专家或者权威中间也有可能存在创造性接近1的人，经过短时间的适应和调整，他们就理解和接受了新的科学理论。正是由于这样的原因，在科学发展的历史中，当新的科学理论出现以后，往往会有一些熟练掌握当时科学理论方面的专家或者权威公开表示反对，在相当长的一段时间内拒绝接受被后来证明为正确的新的科学理论。上面的现象同样可以部分说明：为什么那些对人类科学发展进程产生重要影响的科学理论成果多数情况下是一个人在年轻的时候（25-40岁）提出来的。

经过一段时间的争论和尝试，理解并接受新的科学理论的人不断地增加，越来越多的处于学习阶段的学生开始直接学习新的科学理论，与新的科学理论相关的研究与应用也越来越多。在还没有熟练掌握现在的科学理论的情况下，越来越多的新人开始直接学习新的科学理论，这种现象的出现对推动新的科学理论代替现在的科学理论具有非常重要的意义。经过足够长时间的发展，新的科学理论成功地代替了现在的科学理论。现在的科学理论已经被认为是以前的科学理论，新的科学理论已经被认为是现在的科学理论[2][3]。

科学理论的转换过程与一个人学习语言的过程有一些类似。如果在学习语言时，你是在一个使用中文的生长环境中长大，那么你就可以比较容易地学会使用中文。如果在学习语言时，你是在一个使用英语的生长环境中长大，那么你就可以比较容易地学会使用英语。如果在学习语言时，你从小就有计划地坚持学习中文和英语两种语言，而且周围的生长环境也为你学习这两种语言提供了相应的条件，那么你就可以比较容易地学会使用这两种语言，而且你也可以比较自由地在中文和英语的语言系统中相互转换。如果从出生以后你一直在学习中文，到16岁以后才开始学习英语，虽然你使用的学习方法非常合理，但是却很难达到使用英语的能力与使用中文的能力一样好的理想目标。当然，经过不断地学习，即使在已经熟练地掌握一种语言以后，个体还是可以熟练地掌握另一种语言的，但是学习第一种语言的经历会对个体学习第二种语言的过程产生一定程度的干扰。在上面的情境中，已经熟练掌握的语言相当于现在的科学理论，需要学习的第二种语言相当于新的科学理论。由于新的科学理论比现在的科学理论具有更大的优越性，不同的科学理论可以解释和预测的现象有一部分是相同的，但是不同种类的语言系统在理论上的功能是一样的，因此，不同种类的语言学习过程与科学理论的转换过程还是有些差别的。

三、科学理论和社会文化

由于科学理论可以较好地解释或者预测在一定范围内发生的足够数量的客观现象，因此如果一个人已经熟练地掌握了现在的科学理论，说明他已经建立了大量的与现在科学理论相关的信息子，而且这些信息子主要是由可重复使用的信息子组成。即使新的科学理论的正确性和优越性已经获得了来自理论和事实方面的证明，而且新的科学理论已经在相关领域获得了广泛的应用，但是如果一个人建立的与现在科学理论相关的信息子类型主要是单子，由于在理解并接受新的科学理论的过程中将会遇到较大的心理阻力，为了避免体验到持续时间很长的痛苦，那么他很有可能会继续坚持现在的科学理论，直到与现在科学理论相关的单子全部被标准化为双子以后，他才有可能理解并接受新的科学理论。另外，由于建立的与现在科学理论相关的信息子主要是由可重复使用的信息子组成，因此，即使这个人一直拒绝接受新的科学理论，在现在科学理论的适用范围内他还是可以进行相应的科学研究，并且有可能做出相应的研究成果，还是可以从科学研究中体验到快乐。综上所述，在对科学理论的研究过程中，个体一般不需要在短时间内建立大量的信息子，因此，他很难体验到心理上的痛苦，特别是持续时间很长的痛苦。在科学研究过程中可能会体验到程度较轻的心理不适感觉（如抑郁等），而且这种心理不适感觉的变化幅度保持相对稳定，一般不会出现昨天感觉快乐今天感觉痛苦的心理感觉变化幅度。作为科学理论的研究对象——自然界，如果也像一个人一样对待同样的事情有可能做出两种完全不同的决定，例如，自然界今天可以按照现在的科学理论运行，明天也许会按照一种我们完全不能理解的规律运行，也就是说，我们建立的与现在科学理论相关的可以重复使用的单子有可能会出现需要在短时间内全部被标准化为双子的可能性，那么在已经熟练掌握现在科学理论的人中间将会体验到持续时间很长的痛苦。

第3篇：量子科学应用范文

【关键词】固体物理 学科前沿 教学改革

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）07-0181-01

《固体物理》是大学物理专业一门重要的专业必修课。固体物理是研究固体的结构及其组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用与运动规律，以阐明其性能与用途的学科［1，2］。同时，随着科技的发展，以固体物理为基础外向延拓的凝聚态物理成为当前重点研究的学科之一，是材料物理、半导体物理、新材料和新器件等新兴交叉学科的理论基础。固体物理的学习成为基础理论与应用学科之间的桥梁，在当今世界的高新科技领域起着不可替代的作用。本课程的主要学习任务是在大学物理、量子力学、统计物理等知识基础上学习晶格理论和固体电子理论、以及所涉及的学科发展的前沿和应用。因此有必要学习且学好这门课，这要求学生必须具备较强的物理思想、扎实的数学基础、良好的量子力学基础，而且这门课内容抽象且庞大，因此对授课的要求也相应地提出了挑战。从教师角度来讲，如果上好这门课，使学生深刻理解和掌握物理基本概念、所学内容，并能学以致用，培养学生解决实际问题的能力和创新能力，如何融合学科前沿知识于物理教学中，提高教学质量，值得我们深思。

笔者在教学中考虑到传统的固体物理教学内容和日新月异的固体物理前沿内容间的关联，在教学中引入学科前沿研究的具体问题，以期固体物理的教学能够与时展相结合，强化学生的基础知识学习，提高学生的学习兴趣，拓宽学生的视野，培养学生的科学态度、学习能力和创新能力。本文引用教学过程中选择的一个具体研究体系：即石墨烯体系来阐明如何在教学中建立基础知识与前沿间的关联的。石墨烯体系是2004年英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov等人通过机械剥离法获得了单层石墨烯片，这种二维材料仍保持了近乎完美的晶体结构和极高的稳定性。石墨烯材料展现出了诸如无质量的狄拉克费米子、弹道输运、室温量子霍尔效应等一系列新奇的物理性质成为近几年迅速发展起来的研究热点材料之一。2010年，Geim和Novoselov因为在石墨烯研究方面的卓越贡献获得了诺贝尔物理学奖金。选择石墨烯体系是因为：(1)它可以与固体物理众多基础知识点联系起来，使学生在学习中更加具体化；(2)在教学过程中结合一个研究问题，在学习过程中层层推进，既深刻理解了固体物理的基本知识点，又同时逐步了解了前科学科的研究内容、方法；(3)此教学过程可以激发学生的学习热情和兴趣，让学生感知学科发展的动力，认识科学的研究来源于基础知识的积累、学习。下面我们简要的梳理一下在教学过程中如何结合石墨烯体系进行教学的。

1.晶格结构。《固体物理》教学的第一块内容是晶体结构以及对它的描述：基矢、倒格矢等。晶体结构是微观粒子的排列方式，抽象、枯燥。我们将Materials Studio软件应用于教学中，充分应用模拟软件的可视化功能，导入典型材料的晶格结构，通过旋转多角度的观察微观粒子的排列方式，分析结构特征。其中导入单层石墨烯结构：分析原胞，分析两个不等价的碳原子，用A、B表示，求解原胞基矢、倒格矢，分析每类原子的最近邻、次近邻等，为后续紧束缚近似从能级扩展到能带做铺垫。

2.能带理论。在晶体中，势函数满足周期性，状态波函数满足Bloch定理。求解石墨烯中载流子运动状态和能量满足的方程，考虑到碳原子核外电子在一个原子附近时，将主要受该原子场的作用，而把其它原子场的作用看成是微扰作用，因此采用紧束近似的方法。由于石墨烯中有A、B两种不等价碳原子，波函数可以写为ψ=C1?覫A+C2?覫B其中?覫A，?覫B 分别代表A和B的原子轨道对所有格点求和的波函数，在教师引导下让学生具体求解本征方程，具体计算结合书本，只保留到最近邻相互作用项，给出能带公式，分析能带图，提醒学生注意能带图殊的6个交叉点（即K，K’点），具体物理分析留待后面解释。

3.能态密度和费米面。能态密度以及费米面附近的载流子浓度是决定材料物性最基本的物理量。通过对石墨烯能带结构的分析，由6个K和K’点组成的平面即为零偏压下的费米面，忽略原子轨道间的重叠积分，在K/K’附件展开给出能量为波矢的线性关系，实验上可用角分辨光电子谱等方法对石墨烯的能带进行测量，向学生展示实验结果并对比理论进行分析。相应地描述石墨烯载流子行为的方程是Dirac方程，而不是薛定谔方程，这一点需向学生做进一步分析解释：区别传统自由电子气中描述载流子所采用的近自由电子近似，其中能量与波矢的关系成二次方项；而在单层石墨烯中载流子的速度约为106 m/s，类光子，采用Dirac方程描述。正是因为石墨烯中电子结构的特殊性为人们研究观察相对论量子电动力学效应提供了更加方便的手段和系统，使得人们可以利用低能的凝聚态物理来模拟一些量子场下所预言的相对论量子现象，用石墨烯来检验Klein隧穿效应等，拓宽学生视野，激发学习热情。

4.电子在电场和磁场中的运动。(1)通过能带理论解析导体、绝缘体或半导体的导电行为。针对石墨烯材料，同样由能带结构分析导电性能。尤其指出当门电压为零时，理论上载流子浓度为零，如何解释实验上观测到的最小电导率，向学生抛出问题，引导学生思考，最后总结目前文献中的相关解释。(2)采用经典理论和量子理论分析自由电子系统在外加磁场条件下载流子的运动特征，介绍传统的霍尔效应和整数量子霍尔效应现象。引入在石墨烯材料上室温下观测到的反常的量子霍尔效应现象。引导学生找出霍尔电导的反常性来源于材料结构的特殊性以及描述载流子运动方程的不同，并进一步给出在外加磁场下的状态方程和能量关系，分析实验现象。

5.其它。在课时允许的条件下，以专题的形式向学生介绍前沿知识。同样以石墨烯为例，介绍晶格振动实验和理论的结果；各种散射机制以及采用Boltzmann方程的方法如何处理散射问题，异质结的能带形成过程；光的吸收与层数的关系实验规律，分析光的吸收机制以及在透明导电薄膜领域的应用前景；以及石墨烯材料如何制备等等。当然我们也同样可以选择其它的学科前沿的事例结合固体物理的教学，在这里笔记主要是介绍通过石墨烯的研究内容来充实我们的教学内容。

总之，结合固体物理理论性强，并且学科飞速发展的特点，在课程内容上有必要增加学科前沿内容，传授研究方法，设计研究性课题，解决实际问题。从而培养有创新能力的学生。

参考文献：

第4篇：量子科学应用范文

关键词:应用型本科;管理类;教师;教学能力

在经济社会快速发展和高等教育大众化的背景下，我国对高校分类发展的需求也在不断扩大。近年来，应用型本科高校的发展引起社会各界的广泛关注，要培养出高质量的应用型人才，关键还在于教师的素质，尤其与教师教学能力密切相关。为此，对应用型本科高校教师教学能力的培养展开研究，具有重要的理论价值和现实意义。

一、文献综述

目前国内学者就如何培养应用型本科高校教师的教学能力，主要从教师队伍建设、教师素养提升等方面展开研究。在教师队伍建设方面，陶秋燕通过对教师胜任特征及其培育途径的研究，指出胜任特征由个人特质、教学能力、研发能力和合作开拓能力四个维度构成，进而提出提升教师职业道德素养、注重应用型大学教育观念的转变和提升教师的科研能力三个方面的培养措施。［1］蔡敬民等基于应用型本科高校师资队伍建设存在的问题，提出加大人才引进和培养力度、明确办学定位的立足点、加强教师职后培训和增强教学实践性等措施。［2］孙裕金通过对“双师型”教师队伍存在问题的分析，提出人才引进、完善培养和使用的机制、构建教师激励机制等培养途径。［3］在教师素养提升方面，杨艳梅在对美国新任教师素养提升的研究中，提出培训内容注重实践训练环节、评价体系兼顾教学能力、环境营造重视教育氛围等举措。［4］陈琳等通过对教师完成工作所必备的条件及其组合方式的分析，提出教师应具有高尚的思想道德素质、先进的教育理念、精湛的专业能力等素养。［5］从上述研究成果来看，研究者主要侧重于对存在的问题和培养路径的探讨，较少以定量化方法从应用型本科高校教师教学能力影响因素的角度展开研究。为此，本文以重庆科技学院为例，选取该校管理类教师作为样本对象进行问卷调查，整理数据后，通过因子分析法确定该校教师教学能力的影响因素，进而对其展开分析，以期为提升此类高校教师的教学能力提供有益借鉴。

二、研究设计

(一)方法选取

本文主要采用文献法、问卷调查法及因子分析法。首先查阅应用型本科高校教师教学能力培养的相关研究;然后通过调查问卷从教学意愿、教学准备、教学知识、教学研究四个方面获取调查对象的样本信息;最后用因子分析法确定影响教师教学能力的主要因素。

(二)实证分析

1．调查问卷的设计、信度效度检验及数据汇总(1)调查问卷设计调查问卷主要由问卷指导语、教师基本信息及问卷内容三部分组成，从教学意愿、教学准备、教学知识及教学研究四个维度设计调查问卷的内容，采用李克特5级量表计分。(2)信度效度检验在信度方面，本文以重测法对随机抽取的20个样本进行检测，结果显示收回问卷各相关系数的信度系数为0．9132，表明本次调查问卷具有较高信度。在效度方面，本文以逻辑分析检验方法，通过5位专家对问卷逻辑有效性进行审核。结果显示，“可行”占比65．7%、“基本可行”占比34．3%，表明本次调查问卷的内容和结构设置与调查对象的特征具有一致性。(3)数据汇总本文以重庆科技学院管理类教师为调查对象。发放调查问卷75份，实际收回68份，回收率为90.7%。其中有效问卷66份，有效率为88%。2．因子分析为准确掌握应用型本科高校教师教学能力的影响因素，本文从教学意愿、教学准备、教学知识和教学研究四个维度进行问卷调查。但由于收集变量较多，不仅增加了分析工作的复杂性，而且因变量间的相关性会导致信息重叠现象的发生。因子分析法通过对原始变量的重新组构，很好地实现了以较少相互独立因子变量代替原有变量的绝大部分信息，达到具有较强可解释性的目的。为此，本文将采用因子分析法分别对教学意愿、教学准备、教学知识和教学研究四个方面展开定量分析，确定公共因子并对其分析，最终确定各公共因子对应用型本科高校管理类教师教学能力影响程度的排序。(1)教学意愿、教学准备、教学知识和教学研究的因子分析在对调查问卷数据进行标准化处理的基础上，采用主成分分析法进行因子分析，结果见表1。教学意愿指标的因子分析过程显示KMO统计量为0．741，大于0．7的可接受水平。同时球形检验的卡方值997．460，自由度为45，检验的显著性概率为0．000＜0．05，表明数据有效性高，所选数据适合进行因子分析。依据特征值大于1的原则，选取2个变量作为公共因子，命名为“意愿因子”，用F1表示，其可解释原变量总方差的87．527%。教学准备指标的因子分析过程显示KMO统计量为0．720，大于0．7的可接受水平。同时球形检验的卡方值993．021，自由度为45，检验的显著性概率为0．000＜0．05，表明数据有效性高，所选数据适合进行因子分析。依据特征值大于1的原则，选取2个变量作为公共因子，命名为“准备因子”，用F2表示，其可解释原变量总方差的85．311%。教学知识指标的因子分析过程显示KMO统计量为0．713，大于0．7的可接受水平。同时球形检验的卡方值991．020，自由度为45，检验的显著性概率为0．000＜0．05，表明数据有效性高，所选数据适合进行因子分析。依据特征值大于1的原则，选取1个变量作为公共因子，命名为“知识因子”，用F3表示，其可解释原变量总方差的86．816%。教学研究指标的因子分析过程显示KMO统计量为0．711，大于0．7的可接受水平。同时球形检验的卡方值992．004，自由度为45，检验的显著性概率为0．000＜0．05，表明数据有效性高，所选数据适合进行因子分析。依据特征值大于1的原则，选取1个变量作为公共因子，命名为“研究因子”，用F4表示，其可解释原变量总方差的88．071%。(2)公共因子分析基于上述结果，采用如下评价模型(对公因子计算并得出应用型本科高校管理类教师教学能力影响因素，具体排名见表2):Fi=ΣwiFj(i=1，2，3，4;j=1，2，…，7)其中，Fj为j指标的综合得分，Fi为i主因子的得分，wi为i主因子的权重。wi计算方法为:根据因子得分系数和原始变量的值可计算出每个观测值的各主因子的分数，然后对四个主因子的权重进行归一化处理，从而获得各主因子权重wi。

(三)结果及评价

根据表2可知，教学意愿对应用型本科高校管理类教师教学能力的影响最大，尤其是教师能否将主要精力放在教学上，以及对实践教学能力提升的重视程度;教学研究对教师教学能力培养的影响次之，其中能否有效定期开展教学反思及经常开展教学研讨应予以重视;教学准备对教师教学能力的培养有一定影响，主要体现在教师能否定期参加岗位培训;教学知识对教师教学能力的培养影响相对较小，但对教师的教学过程及其客观评价仍要给予重视。

三、对策建议

(一)培养敬业精神，鼓励管理类教师争做重品行重实践的人

敬业精神是社会对人们工作态度的一种道德要求，其本质是奉献。作为“立德树人、教书育人”的践行者，管理类教师是否具有敬业精神，不仅关系到学生能否健康成长，而且关系到教育事业能否长远发展。为此，一是要引导管理类教师树立科学的职业价值观，增强职业情感，筑牢职业理想和信念。同时激发自我主体性，提高自我成就感。二是要完善教育机制，以“双师型教师”为导向，提升管理类教师的实践教学能力。三是要健全奖罚和激励机制，从正反两面提升教师的敬业精神，增强管理类教师教书育人的责任感和使命感。

(二)完善考评体系，引导管理类教师重视提升实践教学能力

作为人力资源管理的重要组成部分，考评体系不仅是对教职工工作实绩的考核，而且也是组织进行管理不可缺少的机制。完善考评体系已成为加强教师队伍建设的重要前提。为此，一要结合目标一致性原则，在对管理类教师思想品德、工作态度及教学能力进行考核的同时，对其专业技能、实践教学能力及其效果也要进行考核。二要注重考核工作信息反馈，通过跟踪考核过程、反馈考核效果，完善考核方案。三要坚持“三公开”原则，成立专门考评机构，以“双师型教师”为导向，细化目标开展考核工作。

(三)开展教学反思，通过效果分析完善自身教学行为

教学反思是指教师在教学实践中以自己的课堂情境和教学活动为认知对象，对教学行为及其过程进行有意识的、批判的分析与再认识的过程，它是一种有效提升教师教学行为和专业发展的重要方法。［6］为此，校内学科教研组首先要定期组织学习和探讨本学科优秀期刊论文、教育名著以及资深教师的先进经验和方法;其次要定期组织管理类教师开设实践课来反思自身及他人的教学行为和教学理念，及时学结;再次要引导管理类教师通过现代教学手段再现教学过程的方法，以旁观者的身份反思自己或他人的教学过程来明确教学改进方向和措施，提升教学能力。

(四)健全培训机制，提升培训工作的系统性和实效性

教师是高等教育构成的基本要素之一，改变教师才能改变高等教育的本质。教师培训作为提升教育水平和质量的重要措施，其是否科学有效直接关系教师教学能力能否得以提高。为此，一要转变培训观念，淡化行政色彩，确立以提升管理类教师实践教学能力为主要目标的观念;二要结合学校定位和管理类教师的岗位特点制订科学、系统的培训方案;三要健全职前职后培训体系，紧扣管理类教师教学过程，实现管理类教师教学水平和质量的提高。

(五)构建教学督导和评价体系，通过过程跟踪和效果评价

实现教学能力提升教学督导及其评价是分析教师教学能力及其存在问题的重要手段。采用这一方法，不仅能通过教学过程评价教师教学水平，而且能发现教学中所存在的问题。因此，一要构建“五位一体”的教学督导制度，即人才培养目标、人才培养方案、教学实施过程、教学评估、信息反馈与处理，通过对教学过程的监督实现管理类教师实践教学能力的提升;二要强化教学督导和评价工作的执行，严格按照督导制度和评价标准开展工作，确保落实到位;三要完善教学与科研并重的教学评价体系，通过对教学能力、教学质量、教研项目及其成果设定硬性规定，使应用性在管理类教师的教学工作中得到进一步凸显。

作者:江燕玲 单位:重庆科技学院

参考文献:

［1］陶秋燕，张芸．应用型大学教师的胜任特征及培育途径［J］．辽宁教育研究，2008(12):94-96．

［2］蔡敬民，余国江．关于应用型本科院校师资队伍建设的思考［J］．合肥工业大学学报(社会科学版)，2008(5):32-34．

［3］孙裕金，束仁龙．应用型本科高校“双师型”师资队伍建设的思考［J］．池州学院学报，2011(6):112-113．

［4］杨艳梅．美国新任教师专业发展的新尝试———康涅狄格州“TEAM计划”评析［J］．当代教育科学，2010(19):28-30．

第5篇：量子科学应用范文

关键词： 应用电子技术 教学质量 教学改革 有效途径

1.引言

随着信息化时代的到来，社会对应用电子专业的需求不断增大。而应用电子的教学质量是保证社会信息化持续发展的关键因素，因此提高应用电子教学的质量是社会对教育教学的要求。但是，教学质量的提高往往受多方面因素的影响，教师教学需要采用多种方法提高教学质量。另外，应用电子学科不同于其他纯理论式学科，它的特点是理论学习与实验实践教学联系特别紧密，该学科向传统的教学模式提出了挑战。

2.技工学校应用电子教学面临的主要问题

2.1教学内容不合理

技工学校应用电子的教学内容选择不合理主要体现在以下几个方面：一是未根据学校性质选择教学内容。例如技工学校本身应为中等职业教育阶段，但不少技校却选择了大专院校的教学课程设置，有些教材也是订的大专业院校的教材，因此造成培养目标不明确，学校职能不清等现象。二是没有处理好理论教学与实践教学之间的关系。我国传统教学过于强调理论知识，认为理论知识的系统性和完整性远远大于实践教学的价值，缺乏将理论教学与实际的教学和实践教学进行有效结合的教学模式，大大限制了学生的实际应用能力和创新能力的发展。三是在应用电子教学的内容选择上，将专业课程与基础课程混为一谈，教学内容也较为陈旧，与现代社会的实际发展相脱节[1]。

2.2教学方法相对滞后

目前，应用电子技术的教学方法相对滞后。在技工学校中，不少地方直到现在仍是采用粉笔加黑板的传统教学方式作为主要教学方式，对学生进行填鸭式、单向灌输式的教育。而根据现代社会对技工学校人才的规格要求特点，传统的教学方法难以满足其实践性较强的技术专业性教学要求，无法让学生在实践中学习。例如，有的老教师对先进的教学方法掌握程度较差，在具体的实践环节上不能够给予学生系统鲜明的指导，在授课过程中缺乏创新，仅仅偏向考点而非重点等。教师的教学方法无法使学生对该门学科产生兴趣，在很大程度上影响了学生的学习积极性。

2.3教学评价体系单一

教学质量的高低与教学评价体系密切相关。传统的教学评价体系主要采用考试的形式对学生的学习情况进行评价，且考试的内容绝大部分以理论知识为主。这种评价方式是应试教育制度的必然产物，但是应用电子作为一门实践性很强的学科，无法通过单纯的理论知识考试的形式对学生的学习情况进行考核，不利于学生对知识的掌握和应用能力的提高。

3.提高应用电子教学质量的途径

3.1优化设置课程教学内容

教学内容的选择是立足于学生的长远发展，以社会需求为出发点，对现有的课程教学内容进行相关优化，确保应用电子课程的教学内容在结构上有层次、内容上更科学[2]。另外，应根据应用电子科学未来职业岗位的具体要求，设置具有针对性的教学内容，使现有的课程教学内容与社会实际需求相结合，从真正意义上提高应用电子教学质量。具体而言，应用电子课程教学的业务培养要求学生有一技之长，这是对某一个具体的学生而言的。对于整个教学体系而言，必须对应用电子课程中的实践课程与技能训练进行科学、合理的设置，扩大全体学生的选修范围，尤其要在加强学生实践能力的培养过程中注重学生创新精神和动手能力的培养，依据不同的专业方向，以应用为目的，构建符合实际的实践教学体系。此外，由于应用电子技术专业是一个典型的宽口径专业，其针对的是一个岗位群，因此它所要求的个人能力较多，包括小型电子产品的制作能力、相关图纸的设计绘图能力、安装调试维修能力等。

3.2应用现代教育教学方式

要想提高应用电子的教学质量，必然要对传统的教学方式进行改革，加强现代教育教学方式的应用，在合理减少课程理论课的同时，增加实践教学的内容；确保教学内容中有新知识、新技术的融入，保证教学与学科社会发展的联系，在课程安排上增加现代电子科学方面较新技术内容的讲授，例如开设单片机技术应用、电子设计自动化（EDA）等课程，运用教学媒体，使教学模式多样化。但是，在具体的教学过程中，由于学生基础存在差异，甚至有偏科，因此，教学课程内容的设置要体现层次性；由于应用电子教学的内容需要更有针对性，因此此门专业课可采取模块式教学；为使学生充分发挥主观能动性，增进师生之间、学生与学科内容之间的联系，教师可以多施行行动导向的项目教学方法[3]。

3.3实行多样化的考评机制

在素质教育的时代大背景下，对技工学校学生学习状况的考核应从多方面进行，不应局限于理论知识的考核，考核方式也不应只采取单一的闭卷形式。当然，评价体系的改变还在于社会主体对学生培养目标的改变，即培养什么样的人，什么样的学生才是符合社会需求的，其主要还是要从社会发展出发。具体来说，学校的评价体系可以在教学过程中得到良好的体现，例如，在应用电子课程的教学过程中，可以利用学生互评与教师评价相结合的方式从多个方面对学生的学习进行评价，以褒为主，增强学生学习的自信心。

4.结语

应用电子技术作为一门实践性和专业性较强的学科，对于教学要求也较高，要想提高应用教学的质量就必须从根本出发，改变一般的教学模式，拓宽教学思路，根据学生的实际情况，采用灵活多变的教学方法，激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

参考文献：

[1]初强.探析提升应用电子教学质量的有效途径[J].中国校外教育，2011，10（20）：114.

第6篇：量子科学应用范文

关键词:道尔顿;分子量;相对分子质量;量和单位;量符号

1引言

在生物学和医学研究论文中,常会碰到一些看似简单,实则使人头痛的物理量、计量单位和符号问题。例如,作者常常需要对研究的目标物质进行描述,其中一个重要的指标就是其分子大小。在我们的编辑实践当中发现,来稿中很多研究论文在描述关于物质分子大小时存在着这样的现象:多数研究论文仍然使用“分子量”这一物理量,以“道尔顿”或“千道尔顿”为单位(××D或××kD)来描述;有的使用了“相对分子质量”这一物理量但是书写却不正确;只有极少部分论文正确地使用和书写了这一物理量。究竟应如何正确使用?

2描述物质分子大小的物理量

对所研究的原子和分子的质量进行描述,以往多使用“道尔顿(D)”这一单位。英国化学家JohnDalton(1766-1844)是近代化学之父,在化学方面提出了定量的概念,总结出了质量守恒定律、定比定律和化合量(当量)定律。在此基础上,1803年又发现了化合物的倍比定律,提出了元素的原子量概念,并制成最早的原子量表。人们为了纪念道尔顿,以他的名字作为原子质量单位,定义为12C原子质量的1/12,1D=1/Ng,N为阿伏加德罗常数。

以往我们常用的描述物质分子大小的物理量是分子量,它是“单质或化合物以分子形式存在时的相对质量”[1]。我们知道,以一个12C重量的1/12为标准,其他的原子质量同这标准相对照得出相对质量,称为这个原子的原子量[2]。分子量是物质分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比,等于分子中原子的原子量之和[3]。

对于分子来说,一个分子的质量,用道尔顿表示时,应该是“蛋白质A的质量为××道尔顿”。因为分子量为该物质的分子的质量与12C原子的质量的1/12之比,所以如果说“蛋白质A的分子量为××道尔顿”,乃是不正确的表示方法。

3国家标准中规定的物理量

道尔顿是核物理与反应堆技术中惯用的质量旧单位,自1960年起,用原子质量单位(u)代替它,规定1dalton=1u≈1.6605402×10-27kg[4]。

作为国家标准,与国际标准一致,现行有效的1993年修订的国家标准《量和单位》选择了“相对原子质量”和“相对分子质量”这两个物理量名称,并在GB3102.8—93的引言中说明:“本标准中的相对原子质量Ar和相对分子质量Mr,以前分别称为原子量和分子量,在使用中,应有计划地逐步采用本标准的名称。”

所谓相对原子质量Ar是指“元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比”,即Ar=m/mu(m为元素的平均原子质量);物质的相对分子质量是指“物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比”,即Mr=m/mu(m为物质的平均分子质量)。它们是量纲一的量,其单位为1[5]161。

4正确运用“相对分子质量”等物理量和单位

由于历史的原因,在道尔顿当初提出原子量的概念时指出,“同一种元素的原子有相同的重量(weight),不同元素的原子有不同的重量。”因此“atomicweight”在中文里翻译成了“原子量”。但是当时重量和质量(mass)是相同的概念,实际中获得的都是原子的相对质量,但仍然称作原子量,这也许是原子量和分子量的单位一直用“道尔顿”的原因。

但国家标准中规定了应当使用“相对分子质量”来描述分子的相对大小,那么,关于道尔顿(D),在现实中用作“原子质量”或“分子质量”单位时,原来的1D=1u;用作“相对原子质量”或“相对分子质量”单位时,原来的1D=1,即其单位为1。

虽然“道尔顿”属非SI单位即非法定计量单位,但由于历史的原因,鉴于目前科学界尚有大量使用“D”或“kD”的文献存在,在某些类型的论文写作中,作者往往会坚持在某些数据中使用“D”或“kD”。例如在综述类论文中,被引用文献数据中“D”常常不可避免。在这种情况下,有人[6]认为应尊重作者的选择,虽然期刊中会出现“非法的”D,但不应视为“违法”。超级秘书网

5正确运用“相对分子质量”的量符号

既然明确了描述物质分子大小的物理量,在使用“相对分子质量”这一量符号时,很多期刊没有能准确把握,造成了很多错误。在国内免疫学相关的7本杂志以及其他生物学、医学类的杂志,发现在稿约、正文以及SDS-PAGE、Westernblotting等结果图中,“相对分子质量”这一量符号出现了很多种写法,如:Mr、Mr、Mr、Mr以及仍然沿用kD为单位等多种情况。那么,究竟应该如何书写这一量符号呢?根据科技书刊外文字符使用规范[5]197-201:量符号、代表量和变动性数字及坐标轴的下标符号应用斜体;量符号中除表示量和变动性数字及坐标轴的下标字母用正体。根据这一原则,相对分子质量中M是量符号,应用斜体;下标r是relative(相对的)的首字母,不是量符号,也不是代表变动性数字,更不是坐标轴符号,应使用正体。因此,正确的写法是Mr。类似地,相对原子质量的正确写法是Ar。

6结语

生物学和医学类科技期刊是广大科研工作者展示其学术成果的舞台,要科学地将一系列学术成果展现出来,要实现科技期刊的标准化与规范化,就要改变人们长期以来的习惯,需要广大科(下转257页)(上接256页)技期刊编辑担负起科技期刊的社会责任,加强宣传和普及,需要作者和编辑同仁长期不断的共同努力,才能最终得以实现。

参考文献

[1]辞海编辑委员会.辞海:缩印本[M].1979版,上海:上海辞书出版社,1979:274.

[2]原子量[OL].(2008-12-07)[2009-02-12]./view/101827.htm.

[3]分子量[OL].(2008-10-10)[2009-02-12]./view/346251.htm.

[4]陈冠初.生命科学类期刊量和单位的标准化[J].编辑学报,2002,14(2):110.

第7篇：量子科学应用范文

我国于1986年提出素质教育,并在1993年颁发的《中国教育改革和发展纲要》中明确指出了素质的培养目标。从而,在教育界掀起了由“应试教育”转向“素质教育”的教育改革浪潮,对基础教育带来深刻的变革。关于“素质教育”的涵义,一段时间内教育界提法较多。主要有:(1)“素质教育就是提高人们的自然素质和社会素质的教育”;(2)“素质教育是人类以自身的身心素质为对象的再生产和再创造的社会实践方式”;(3)“素质教育就是人的个性发展的教育”;(4)“素质教育是根据社会发展和人的发展的实际需要,以全面提高学生素质为目的,按教育规律进行的教育”;(5)“素质教育是指人的先天遗传和后天社会诸因素的影响相结合,使自然人转化为社会人,达到人的完善与发展的教育”等等[2]。从以上的提法中可以看出素质教育的基本特征:(1)面向全体学生,素质教育目的是使每个学生都能得到最好的发展;(2)强调主动学习,使学生的各种能力得到充分的发展;(3)使学生在德、智、体、美、劳各方面都得到全面发展和进步;(4)重视打好基础,使学生在不断更新的知识海洋中获得最基本和必要的东西;(5)追求终身扩展,学会学习,应对不断变化的社会环境增强适应和生存能力。

所以,素质教育是一种先进的、符合教育规律的教育思想,它以未来社会对人才的要求为标准,引导和促进教育教学工作,要求培养适应社会发展的人,它充分体现了新时期基础教育的性质、任务和目的。学科教育是学校教育的主要形式,通过各门学科的教学活动传授具体的学科知识,培养学生各种能力。可以说学科教育是素质教育的物质载体和实施场所,素质教育是学科教育的思想来源和行为准则。学科教育的任务是在素质教育的指导下完成,素质教育的思想要通过各门学科的教学来实现。

二、化学学科教育中进行辩证唯物主义教育的内容

化学是一门基础自然科学,它以物质的组成、结构、性质和变化规律为研究对象,与社会、生活和生产有着紧密的联系。作为中学教育中重要基础课程,它也是实现素质教育的主要形式。从我国中学化学教学大纲中对化学教学目的的规定来看,“辩证唯物主义教育”是中学化学教学的重要组成部分,也是化学素质教育的主要内容。“辩证法是惟一的、最高度地适合于自然观的这一发展阶段的思维方法”(恩格斯)。化学是揭示自然规律的科学,知识体系中所涉及的科学概念、理论、原理和定律中蕴含着丰富的辩证唯物主义思想,化学教学一开始,就应以科学的方法论教育学生,使之建立物质及其运动的观点;相互联系和相互制约的观点;质变量变的观点;对立统一的观点。这对后期学习,培养科学的方法是大有裨益的。化学学科教育中进行辩证唯物主义教育的内容主要有以下几个方面。

(一)化学教学中培养学生关于世界物质性和运动性的观点

辩证唯物主义物质观和运动观是马克思主义哲学理论的基石,也是指导学生学习各门具体科学的世界观和方法论。化学学科中,所有的化学反应和物质都可以作为辩证唯物主义物质观和运动观教育的材料。

1•在化学教学中进行物质观教育。在宏观上使学生相信自然界的物质性和物质的客观实在性是容易的。然而,还必须使学生确信分子、原子、离子等微观粒子的物质性。在化学教学中应着重从构成物质微观粒子的物质性,物质形态和种类的多样性与统一性,物质结构的层次性等方面进行。在具体教学中,向学生展示电子显微镜拍摄的某些物质的分子、原子的真实存在的照片,比如,苯分子照片,硅原子照片,可以说明分子、原子的真实存在。利用元素周期表可以向学生说明物质的种类繁多,性质各异及物质在构成它们的成分元素或原子种类方面所显示出的统一性。利用物质结构知识的教学,使学生明确物质、分子、原子分别处于物质的不同层次,从而理解物质的层次性。

2•在化学教学中进行辩证唯物主义运动观的教育,着重从物质与运动的不可分,运动的多样性和统一性,运动的绝对性和静止的相对性等方面进行。例如,化学反应CH3CO2CH2CH3NaOHH2OCH3CH2OH+CH3CO2H是一个可逆反应。我们知道,当反应达到平衡时,反应物和产物的量不再变化,这时,相对于物质的量来说,该反应是静止的。实际上,该反应的反应物和产物仍在以一定的比例不断相互转化着,是运动着的。可见,这个化学反应体现了运动的绝对性和静止的相对性。但是这个化学反应的进行必须有CH3CO2CH2CH3和一定量的H2O和NaOH作为载体,离开这三种物质,该反应是不能存在的。这说明运动和物质的不可分。中学阶段涉及的化学反应比较多。通过具体的化学反应及各种化学知识的教学,可以使学生认识到化学运动是多种多样的。比如,岩石的风化,钟乳石的形成,钢铁的生锈等等。但是所有的化学反应都与原子、离子或原子团这些物质相对应。从这个意义上讲,这些化学反应是统一的,这又体现了运动的统一性。

(二)培养学生关于自然界各种现象都是相互联系、相互制约的观点

化学教学的任务不限于让学生学习和掌握教材中所规定的“双基”,还要通过对物质自身辩证法的理解,使他们在头脑中逐渐树立起一切事物是相互联系、相互制约和处于不断运动、变化中的观点。学会用联系、发展的观点去认识客观事物,指导学习和处理面临的问题。联系和制约关系在化学变化中处处可见。如,在反应CH3CH2OH浓H2SO4170°CCH2=CH2+H2O中,温度对反应有决定性的作用,体现了温度对反应的制约关系:温度变了,产物也将发生变化。而且,该反应体现了乙醇和乙烯的联系,即乙烯和乙醇是相互依存、相互转化的。实际上,每一个化学反应本身就是反应物和生成物在一定条件下相互联系的体现,同时也说明了任何物质都不是一成不变的,在一定条件下,它可以发生化学变化而转变为其它物质,是变化的。总之,在化学教学中,教师可以紧扣教学内容,在完成“双基”教学的同时,培养学生关于事物是相互联系、相互制约、不断变化的观点。

(三)培养学生关于质量互变规律的正确观点

在化学中的许多事实都能揭示质量互变规律。任何物质的量和质是不可分的,任何质总具有一定的量,任何量总属于一定的质,物质的量变达到一定的程度,就会引起质变,没有量变就没有质变。如,在化学反应AlCl3+NaOHNaCl+Al(OH)3中,反应物的量变可以使化学反应产物有质的变化,如果nAlCl3:nNaOH≥1:3,则反应按上述方程式进行,产物是NaCl和Al(OH)3;如果nAlCl3:nNaOH≤1:4,则产物有NaCl和NaAlO3,H2O;如果1:4<nAlCl3:nNaOH<1:3,则产物是NaCl,Al(OH)3,NaAlO3和H2O。从以上分析可以得知,由于反应物AlCl3和NaOH物质量比例的不同导致了产物的不同,这充分体现了量变引起质变的规律。再如,化学变化Fe稀HClFeCl2通入Cl2气FeCl3中,铁的化合价由0到+2,再到+3,发生了量的变化,但是铁的性质却随化合价的变化而产生了质的变化。在化学教学中,这些都可能作为对学生进行质量互变规律教育的材料。

(四)培养学生关于事物是矛盾统一体的观点

辩证唯物主义认为,一切事物都是矛盾的统一体,没有矛盾就没有存在,事物的变化就是事物本身的矛盾运动。在化学中,一切原子、分子、离子都可看做是矛盾的对立统一体。比如原子,它是原子核和电子构成的,原子核带正电,电子带负电,所以原子核和电子相互吸引,有相互接近的趋势,二者是统一的。但是,电子在核外高速运转,产生的离心力又使电子有离开原子核的趋势,正是这种吸引与离心作用使电子和原子核共同构成了原子。分子内也存在着矛盾的对立统一关系。比如,在HCl分子中,H原子和Cl原子以共价键结合,由于共用电子对的作用,二者相互结合在一起,但是两个原子核之间又存在着斥力,就是这种在共价键形成中的吸引和排斥作用使氢原子和氯原子共同构成了一种稳定的矛盾统一体HCl分子。除此之外,离子晶体、金属晶体、分子间、化学变化中都有矛盾的运动。教师可以有意识地用这些材料对学生进行矛盾运动法则的教育,培养学生科学认识事物、分析事物的习惯和能力。在中学化学中蕴藏着丰富的辩证唯物主义思想,上述四个方面的内容只是其中的一部分。化学教师应充分利用化学教学过程,培养学生的辩证唯物主义观点,体现中学素质教育指导思想。

三、化学教育中进行辩证唯物主义教育的途径

(一)教师的理论水平和认识程度是前提

要培养高质量的学生就必须有一支高素质的教师队伍。所谓名师出高徒就是这个道理。化学教师,首先应是一个自觉的辩证唯物主义者,应具有运用辩证唯物主义的观点、方法处理和分析教材的能力。其次,教师具有培养学生成为德、智、体、美、劳全面发展的人才观和质量观,明确向学生进行辩证唯物主义教育的目的,力求让学生在青少年时代树立一个科学的世界观和方法论。

(二)发挥化学实验教学的优势

教师应该抓住实验教学的特点,不仅使学生对有关理论知识和操作技能进行检验以增强学生的感性认识,而且还能把学生引入一个充满运动、变化、矛盾的化学世界,使学生在这个客观世界里更好地培养自己的各种科学能力,领悟科学认识论和方法论的意义。例如,NO2和N2O4在不同温度或压力下的化学平衡,说明平衡是暂时的、相对的,不平衡是绝对的;通过原电池实验说明金属锈蚀的内外因关系;通过铜与浓硝酸、稀硝酸反应说明量变引起化学反应不同的质变等。

第8篇：量子科学应用范文

【教学时间】一课时。

【教学目标】

1.知识与技能

了解并识别光电效应现象。

能表述光电效应现象的规律。

了解光子的概念，会用光子说解释光电效应现象的规律。

理解光电效应方程。

粗略了解光电效应研究史实。

2.过程与方法

观察赫兹实验中的放电现象，体验发现的过程。

经历“探究光电效应规律”的过程，获得探究活动的体验。

尝试发现波动理论面对光电效应规律遇到的困难。

领略“观察、实验──提出假说──实验验证──新的假说……”的物理学研究方法。

3.情感态度与价值观

体验探究自然规律的艰辛与喜悦。

陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫。

学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识。

【教学用具】

1.实验装置赫兹实验装置;光电效应现象演示装置。

2.多媒体课件;资料文字;赫兹实验装置示意动画;研究光电效应实验示意动画;光电效应的波动说描述与光子说描述动画;密立根证实光电方程实验示意动画;普朗克、爱因斯坦、密立根资料图片动画;

【设计理念】本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之一──量子理论的入门，涉及量子物理最基础的内容，同时，还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材。教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间。基于教材特点，本教案设计“以人为本”，突出从赫兹发现光电效应，勒纳德研究光电效应规律，爱因斯坦提出光子说解释光电效应规律，到密立根实验验证光电效应方程，物理学家们上下求索三十年的历程，在让学生学到量子论基础知识与基本技能、发展微观思维方法的同时，获得物理课程文化的浸润与陶冶，体现物理教育在个性品质、好奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。

本课总体设计思想是：课堂教学以光电效应三十年精彩历程为线索，通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发现现象、研究规律、提出假说、实验验证这样一个科学发现过程，在科学过程展示中推出学科知识，渗透科学思想方法，借助多媒体课件播放、实验装置重现现象及教师解说，着力于撼动青年学生崇尚科学的情感，弘扬深厚的物理课程文化。

【教学过程】全课以下列四个标题作引导，按历史的发展顺序展开教学活动。

(动画显示课题后，教师引入主题)

引入本课要学习的光电效应，在量子理论的发展中有着特殊的意义。人类对光的本性的认识，到麦克斯韦提出光是一种电磁波，光的波动说似乎已完美无缺了。然而，就是在证实电磁波存在的过程中，人们发现了光具有粒子性的重大事实，这就是光电效应现象。光电效应及其规律的研究，使人类对物质世界的观念发生了变革：大自然在微观层次上是不连续的，即“量子化”的，而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的!光电效应最先由赫兹发现，他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖，爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理学奖，美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦的理论，并获1923年诺贝尔物理学奖。光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继，三十年努力求索，在物理学史上成为绚丽夺目的篇章。让我们翻开这炫目的一页，沐浴科学的阳光吧!

(屏幕切换显示四个标题)

一、赫兹意外发现光电效应

介绍赫兹实验动画显示赫兹实验示意图如图1所示。1885年，赫兹用如图1所示的装置来证实电磁波的存在：电磁波发生器是在两根铜棒上各焊接一个磨光的黄铜球，另一端各连接一块正方形锌板，它们共轴放置，两球间留有一空隙，它们相当于一个电容器，与感应圈连接，构成了LC电路，感应圈使两黄铜球聚集大量电荷，从而在空隙间产生电火花，形成高频振荡电流，辐射高频电磁波。与这个回路相距一定距离有电磁波接收器，是用一根粗铜导线弯成一开口的圆环，开口端各焊一黄铜球，之间有可作微调的空隙，这个接收器实际上也是一个LC电路。调节间隙改变接收电路的固有频率可与发射过来的电磁波产生共振，从而在接收器的空隙间观察到电火花。

介绍赫兹的发现并演示利用电火花实验装置，赫兹测量了电磁波速、进行了研究电磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各种波现象的实验，大量反复地实验不但证实了麦克斯韦电磁波理论，同时意外地发现了表明光具有粒子性的一个重要现象：当发射器间隙的火光被阻隔时，原来接收间隙的火花变暗(如图3所示)，而用其他任何火花的光照射到接收器铜球，也能促使间隙发生电火花，进一步研究发现这一现象中直接起作用的是火光中的紫外线，当火花的光照到间隙的负极时，作用最强，这种情况下接收器间隙发生的电火花实际上是紫外线的照射使一极铜球上飞出电子到另一极铜球所形成，赫兹称之为“紫外光对放电现象的效应”，也就是光电效应。

演示光电效应现象动画显示光电效应演示仪原理如图4所示，课堂演示，引导学生观察在紫外线照射下，电流计指示电路中出现了电流。

归纳什么是光电效应

(文字显示)

在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。

二、勒纳德研究光电效应现象的规律

引入赫兹的发现吸引了许多人去深入研究光电效应成因与规律，其中德国物理学家、赫兹的助手勒纳德的研究卓有成效。对光电效应的研究方向就是弄清其发生的条件。

介绍勒纳德实验研究原理动画显示勒纳德研究光电效应规律的实验装置如图5所示。当入射光照射到光洁的金属阴极K表面，就有光电子发射出来，若有光电子到达阳极A，电路中就有电流，所以可通过电流计了解用各种光照射阴极K以及对两极加不同电压时的光电流，从中摸索规律。

介绍勒纳德实验研究结果勒纳德通过实验总结出光电效应现象的重要规律：

(文字显示)

1.对各种金属都存在着极限频率和极限波长，低于极限频率的任何入射光强度再大、照射时间再长都不会发生光电效应。

2.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

3.只要入射光频率高于金属的极限频率，照到金属表面时光电子的发射几乎是瞬时的，不超过10-9s。

4.发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

光电效应规律性的演示用如图4所示的光电效应演示仪演示(1)用红光、蓝光照射锌板时，不会产生光电流;(2)用玻璃隔断紫外线时，光电流消失;(3)光电流达到饱和后，改变电压，光电流不变，改变入射光强度，光电流增大。

设问1.用光的电磁波理论如何解释光电效应的发生?

2.波动理论可以解释光电效应发生时的规律吗?

讨论与总结请全班同学议论，由学生尝试定性解释光电效应后，教师概括辅以如图6所示动画显示：光到达金属表面时，连续的电磁波能量分布在其表面，振动的电磁场不断地“摇晃”金属表面的电子，一些结合最松散的电子被摇下来。

由学生提出现有理论与观察事实的矛盾后，教师整理为两大困难，并以文字显示。

矛盾波动理论解释实验事实

之一

之二到达金属表面的光能量连续地分布，对某个电子只能吸收其中很少一部分，应有一段时间积累到足够的能量方能从金属表面挣脱。

光波的振幅表征光能量大小，强光对金属作用足够长时间，有足够能量应该可以使电子从金属表面挣脱。光电效应是否产生存在极限频率(波长)而与光强无关，光电子最大初动能也只与入射光频率成正相关。

若能发生光电效应，即使光很弱，也是瞬间发生的

三、爱因斯坦提出光子论圆满解释

引入观察与理论的互动就是科学，观察是科学进程的开端，观察激发思考导致理论以解释观察结果，而理论又在新的观察中受到检验、引发新的理论，对观察结果进行解释或统一。

原来的电磁波理论与光电效应的实验事实不相符合，促使人们改变认识，构建新的思想框架来解释观察结果。1905年，爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的解释。

介绍爱因斯坦光量子假说教师介绍普朗克对电磁波辐射所作的量子化假设：振动物体的能量只能取特定的一组允许值。这种思想在当时并没有引起人们多少注意，但爱因斯坦敏锐地捕捉了这一思想闪光，并彻底贯穿到光的辐射与吸收问题中。

教师介绍光子说，并显示文字内容：

在空间传播的光(的能量)不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，一份光子的能量E=hv。

用光子说对光电效应规律作解释用如图7所示动画辅助描述光子说下的光电效应：光子像下雨一样落在金属表面上，打出电子，就像机枪子弹从混凝土墙上打下混凝土块一样。

解释极限频率的存在;

解释光电效应的瞬时性;

给出逸出功概念，用光电效应方程

(屏幕展示)解释光电子最大初动能只与入射光频率正相关;

解释光电流的强度与入射光的强度成正比。

小结在爱因斯坦提出光子模型后，用来解释光电效应变得出奇地简单明了，今天，我们中学生运用光电方程计算光电效应已不是什么难题，但在上个世纪初，科学家对量子化的物理却极不适应，爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁解释的追求使他在忙碌的1905年发表了相对论，成功解释了光电效应，建树起近代物理学研究的两座丰碑。

四、密立根精确实验证实光电效应方程

引入至此，研究光电效应的科学活动并未完成，爱因斯坦的光子假设与光电方程作为假说──一种有根据的猜测，一种尝试性的未经确认的看法，要上升为理论，要为人们认同──当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对论，甚至包括普朗克本人也持反对态度，还必须经受实验的检验。许多物理学家都想方设法用实验测量普朗克恒量h，验证光电效应方程。

简介密立根的工作一直对光子假设持有保留的美国物理学家密立根，设计了高精确度的实验装置如图8所示，经过十年的试验，不断解决一些技术难点，终于验证了光电方程的直线性，并测出普朗克恒量h=6.56×10-34j·s，在事实面前，密立根服从真理，宣布爱因斯坦假说得到证实。科学就是严峻的怀疑态度和对新思想的开放态度的混合，科学常常会发生这种情况：科学家说：“那的确是个好论据，我错了。”然后真的改变想法，扬弃旧观点，科学就是这样进步的。

全课总结本课学习，我们了解了光电效应现象，了解了进行科学活动的方法。光电效应把我们带进了量子化的物理学，光电效应告诉我们理解微观世界要有新的观念，光电效应引领了近代物理学的发展，对哲学、文化和技术的影响深远。让我们怀着对量子理论先驱们的崇敬心情，从科学回到生活。

播放音乐与三位物理学家资料画像，如图9所示。

[课件简介]本课件采用PowerPointXP-F1ashMX制作，充分发挥PowerPoint媒体展示功能与FIashMX的强大的动画功能。其制作过程如下：

第9篇：量子科学应用范文

一、让学生在自我探究中感受科学的实证

本节课根据新课标理念,为了体现了学生的主体意识、探究意识,并让学生了解了科学探究的过程。开始上课时,我播放了根据以前实验而剪辑的视频:镁条燃烧,盐酸使滴有酚酞的氢氧化钠溶液变成无色,二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊,氢气还原氧化铜得到亮红色的铜,氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液生成蓝色絮状沉淀,继而设置问题情境:“在化学反应中有质变,我们以前重在定性地研究化学变化,今天,我们要研究一下在化学反应前后有没有量变呢?”首先让学生根据已有知识进行假设,并设计方案;然后自己动手实验来验证假设。学生认真地调节天平,小心地滴加溶液,有序地完成了滴有酚酞的氢氧化钠溶液与盐酸的反应,碳酸氢钠溶液与盐酸反应,氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应,得出结论,成功的喜悦洋溢在脸上,这就是科学,任何正确的方法都可以得出相同的结论,这也是科学,经得住实证。

二、让学生在问题的解决中感悟科学的艰辛

在学生实验初步得出结果后,我又让学生在敞开体系中完成蜡烛燃烧前后的质量关系的测定,结果出来后与他们以前的结论在不相同。我第一次设问,“为什么不相等”,前三次实验结论与第四次实验结论发生的矛盾冲突,使学生不觉中陷入一种深思,相互之间悄声讨论起来。原来是蜡烛产生的气体跑掉了,学生眼前一亮。第一次设问使反应的装置问题在不知不觉中进行升华――有气体参加或生成的反应前后质量的测定,要在密闭体系中进行的结论。第二次设问我设置在对质量守恒定律从原子――分子论进行解释后。解释完质量守恒定律后,我话锋一转“爱因斯坦提出狭义相对论和质能关系公式(E=mc2)以后,说明物质可以转变为辐射能,辐射能可以转变为物质。这个结论对质量守恒定律在化学中应用有何影响呢?”。经过第二次设问,学生的思维马上又被激活,他们在试图科学家的定律中又一次体味到成功。我又出示如下的资料:实验结果证明1000g硝化甘油爆炸之后。放出的能量为8.0×106 J。根据质能关系公式计算,产生这些能量的质量是8.9×10-7g,与原来1000g相比,差别小到不能用现在实验技术所能测定。从实用观点来看,可以说在化学反应中,质量守恒定律是完全正确的。但是从科学的角度,是不相等的,特别是当质量守恒定律应用于其它领域时,科学家于是把质量守恒定律和能量守恒定律合二为一,称为质能守恒定律。学生就在这“等――不等”“不等――等”的山重水复中,玩味科学的艰辛与严肃的柳暗花明。

三、让学生在概念的辨析中领略科学的严谨

在学生探究后,呈现出各种各样的结论,即质量守恒定律的若干表述,如前后质量相等,反应前后的质量相等,反应物的质量等于生成物的质量等等,在总结学生的归纳的后,我用字幕打出书上关于质量守恒定律的正确表述:参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。并把“参加”和“生成”两个词用红色进一步强调。并进一步解释指的是反应物的减少和生成物的增加,其它的无关,并在练习题中进一步强调这两个词。

如:1.已知A +B――C+D,现将A、B两物质各10克混合后加热,生成4克C和8克D,则A已完全反应,求A与B反应时的质量比。在解题中,由于B没有完全反应,故在解题中不能用10克,而要用质量守恒定律求出参加B的质量。

2.将30克A、20克B和10克C混合,待充分反应后,测得A全部消耗,B剩余4克,C增加6克,同时生成一种新物质D,若生成10克D,求可生成C的物质的质量。在解此题时,B剩余4克说明参加的是(20-4)=16克,C要代入6克,而不是总的质量16克。通过习题,学生进一步理解到科学表述的严谨。

四、让学生在交流中品味科学的美丽

科学是美的,在质量守恒定律中体现出来的是形式上的对称美。在解释质量守恒定律前,我用水电解的动画来展示化学反应前后分子的拆分与原子的更新组合,随后让学生用原子――分子论来解释质量守恒定律,最后归纳如下:

原子前后的对称与守恒,表现形式的左右的对称,给学生一种美的享受。正如课下学生的感慨:在探究时觉得科学是一个难懂的小姑娘,面对她不知所措;结束时觉得科学是一个慈祥的老人,与他交谈分外亲切,这难道说不是一种升华的美?

五、让学生在学科交叉中渗透科学的迁移

在知识的探研中,学生是要体验科学的过程,但是更要在探究过程中形成能力,而检验能力形成最科学的方法是在变式中看学生的解决问题的快慢。为了考查学生对天平原理的掌握,我设置了如下一个习题:老师让同学在家自行完成铜丝燃烧前后质量的关系,但同学甲没有向实验老师借天平,他能完成老师留的作业吗?学生经过讨论,认为同学甲可以完成作业,方法如下:(1)找一个杠杆装置,用细沙或水或碎纸做砝码进行称量;(2)用细线将铜丝悬挂起来,使得左右相平,然后对一侧的铜丝加热后再一次悬挂,看左右是否相等。问题的解决过程中,使得杠杆原理得以迁移应用。

在测气体产生的化学反应前后质量变化时,我又转化为如下一个问题:如果产生的气体足够多,气球足够大,天平还平衡吗?学生很快把物理上的空气浮力迁移过来,气球大,则产生的浮力超过天平的感量,则一定不会再平衡。如何改?我又出示了我预先准备的塑料瓶,压瘪后作为反应器,量再大时,我引导同学设法用液体吸收等可行的方法。通过两例迁移,学生在化学课上应用了物理上天平工作的杠杆原理,同时也加深了天平测得的实质是重量的事实。物理知识在学生解决化学问题时得到应用,也极大地刺激了学生学习科学的积极性。

今天,我在课堂上埋下一粒科学的种子,明天,我希望科学的实证精神、严谨的治学态度及科学的美丽伴随孩子们同行!