量子力學(xué)知識全文(5篇)

摘要：量子力學(xué)是自然科學(xué)史上被實驗證明最精確的一個理論，但是量子力學(xué)的概念及原理，甚至連量子力學(xué)的創(chuàng)始人都不能理解。著名物理學(xué)家理查德•費曼曾經(jīng)在康奈爾大學(xué)的一個講座上說道：“我想我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學(xué)。”因此，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探索出符合本校學(xué)生的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：五大基本假設(shè)；概念及原理；數(shù)學(xué)模型；興趣培養(yǎng)

一、目前“量子力學(xué)”教學(xué)的現(xiàn)狀和主要問題

我校《量子力學(xué)》這門課程是安排在第四學(xué)期（即大二下學(xué)期），學(xué)生已經(jīng)修完大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方法以及其他一些課程基礎(chǔ)上，以教師的講授為主的教學(xué)模式。然而，不同于其他學(xué)科，量子力學(xué)需要很深的數(shù)學(xué)功底，尤其是數(shù)學(xué)物理方法方面的知識[11-13]，例如，求解一維諧振子的波函數(shù)和能級，需要學(xué)生會用冪級數(shù)的思想來求解，需要知道厄米函數(shù)的特性；學(xué)習(xí)氫原子的波函數(shù)和能級，需要學(xué)生會用Legendre函數(shù)等，此外，進行空間轉(zhuǎn)換時，需要靈活運用傅里葉變換，平面波歸一化時要用到δ函數(shù)以及其特性等，這些內(nèi)容即使放在數(shù)學(xué)里面都屬于重點、難點的方面，如果要進一步靈活運用到《量子力學(xué)》這門課程的學(xué)習(xí)中，這就加深了學(xué)生對這門課的恐懼，以及學(xué)好這門課的困難。另一方面，不同于一般本科院校的物理類以及電科類專業(yè)，我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生需要學(xué)習(xí)的課程較多，學(xué)生的基礎(chǔ)，尤其是大學(xué)物理基礎(chǔ)以及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對較為薄弱。這樣就導(dǎo)致我校學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的困難劇增，積極性也不高。即使有部分學(xué)生非常想學(xué)好這門課程，也是心有余而力不足。此外，智能手機的普及已經(jīng)完全深入我們的校園生活，宿舍、自習(xí)室、甚至課堂，隨處可見“低頭族”。學(xué)生上課不帶課本，但是卻必帶充電寶，每隔幾分鐘就刷微信、朋友圈已成為大學(xué)生的常規(guī)動作。由于上課聽不懂，又缺乏興趣，大學(xué)課堂的“低頭族”數(shù)量激增。本次課堂教學(xué)模式改革是為了探究適合我校學(xué)生學(xué)習(xí)《量子力學(xué)》的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式。調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)《量子力學(xué)》的積極性、主動性，為我校培養(yǎng)綜合應(yīng)用型人才出力。對我校《量子力學(xué)》課程的教學(xué)總體目標的實現(xiàn)具有重要的意義。

二、“量子力學(xué)”教學(xué)改革內(nèi)容與具體方法

針對上述存在的問題，結(jié)合自己的教學(xué)體會主要從以下幾個方面談?wù)劇傲孔恿W(xué)”有效教學(xué)的可行方法：（一）精簡教學(xué)內(nèi)容，圍繞量子力學(xué)的理論框架、五大基本假設(shè)開展教學(xué)，即：①微觀體系的運動狀態(tài)由相應(yīng)的歸一化波函數(shù)描述；②微觀體系的運動狀態(tài)波函數(shù)隨時間變化的規(guī)律遵從薛定諤方程；③力學(xué)量由相應(yīng)的線性厄米算符表示；④力學(xué)量算符之間有確定的對易關(guān)系，稱為量子條件；⑤全同的多粒子體系的波函數(shù)對于任意一對粒子交換而言具有對稱性（全同性原理）。同時，與五大基本假設(shè)相對應(yīng)，授課過程分成五個相應(yīng)的專題來進行教學(xué)。這樣即便學(xué)生真有不懂的地方，也不會造成后面的學(xué)習(xí)完全聽不懂。（二）強化概念，淡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重思維的培養(yǎng)。《量子力學(xué)》是一門很抽象，并且很依賴數(shù)學(xué)的學(xué)科。因此，很多初學(xué)者為了學(xué)好這門課程往往陷入題海戰(zhàn)術(shù)。教師在授課過程一定要強調(diào)概念的重要性，跳出會做題就學(xué)會了《量子力學(xué)》，這種錯誤的思想。每節(jié)都給學(xué)生一個重點概念，定理。一定要學(xué)生牢記公式的推導(dǎo)以及習(xí)題練習(xí)只是深化概念的理解，拓展思維。（三）注重興趣的培養(yǎng)。能量是量子化的，這個概念的出現(xiàn)雖然才一百多年，但它的基本的原理和思想已經(jīng)用到量子通信、量子計算機的研發(fā)之中，成了炙手可熱的一個研究方向。學(xué)生原本對新奇的事物都有很強的好奇心，教師要進一步加強和引導(dǎo)，使學(xué)生產(chǎn)生強大的學(xué)習(xí)興趣。（四）督促學(xué)生記筆記。隨著科技的飛速發(fā)展，多媒體教學(xué)模式廣泛應(yīng)用于教學(xué)之中，傳統(tǒng)的教學(xué)方式漸漸淡出人們的視野。但是經(jīng)過幾年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，要使學(xué)生能夠跟上教師的思維，只有興趣和毅力是不夠的，還需要掌握方法，其中，督促學(xué)生記筆記，及時將自己的難點記下來起到了意想不到的效果。（五）課堂總結(jié)、討論與課后復(fù)習(xí)。不同于其他學(xué)科，《量子力學(xué)》這門課一節(jié)課的時間大概講述一兩個知識點，比如力學(xué)量是厄米算符這個知識點的講述，首先給出厄米算符的定義，然后舉一些例子證明力學(xué)量確實是厄米算符。及時總結(jié)有助于學(xué)生掌握本節(jié)課的重點，難點，以及有目的有機會的進行課后復(fù)習(xí)。（六）多樣化的考核方式。將學(xué)生的輸出成果納入課程總評，避免以前評判學(xué)生能力的單一考試標準，更全面、更科學(xué)、更合理地評價學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用《量子力學(xué)》原理解決問題的能力。

三、結(jié)束語

摘要：高校學(xué)生管理隊伍量子力學(xué)動力機制以10個核心動力要素作為動力指標體系的依托，逐層分解為40個二級指標，引入層次分析法（AHP）對高校學(xué)生管理隊伍進行定量與定性相結(jié)合的分析比較并研究構(gòu)建動力機制指標體系（M），內(nèi)外動力要素合力構(gòu)成學(xué)生管理隊伍動力機制總體框架結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部的激勵約束機制、教育提升機制、共情暖心機制，與外部的價值評價機制、服務(wù)支持機制等，為新時代學(xué)生管理隊伍建設(shè)提供一個新的互動的動力模型框架和提升有效性思考范例。

關(guān)鍵詞：量子思維；“量子-AHP”分析法；學(xué)生管理隊伍；動力指標體系

量子力學(xué)作為近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論，很多理論和方法與新時代組織變革以及人才發(fā)展十分契合，新時代中國大學(xué)將量子力學(xué)理論運用到學(xué)生管理隊伍的人才管理創(chuàng)新符合新時代的發(fā)展和環(huán)境的變化。目前學(xué)界以量子力學(xué)理論視角探索組織機制創(chuàng)新和人才管理發(fā)展的文獻主要有聶作坤[1]的《基于動力效能理論的基層公安隊伍動力機制研究》、王楚鴻[2]的《群體→團體→集體——高校科研隊伍的“高能級躍遷”》和李鴻燦[3]的《試論中學(xué)生能級躍遷的條件》；以量子力學(xué)理論視角構(gòu)建組織發(fā)展模型的文獻主要有高錫榮等[4]的《基于能級躍遷的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型激發(fā)模型》、張鐵男等[5]的《組織知識創(chuàng)造的能級躍遷模型研究》、李柏洲等[6]的《基于能級躍遷的組織學(xué)習(xí)—知識創(chuàng)造過程動態(tài)模型研究》和杜永杰[7]的《中國建筑業(yè)農(nóng)民工轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)工人的動力機制研究》等。這些對于學(xué)生管理隊伍動力機制“能級躍遷”創(chuàng)新研究極具借鑒意義，為學(xué)生管理隊伍動力指標建設(shè)提供了一個新的互動動力模型和提升有效性的思考范例，學(xué)生管理隊伍動力指標體系構(gòu)建是完善學(xué)生管理隊伍管理長效機制的重要內(nèi)容，更是積極適應(yīng)新時代、擔負歷史使命的必然要求。

1高校學(xué)生管理隊伍動力機制問題的量子思維分析

一切社會經(jīng)濟活動都是由人參與的活動，而“人是生產(chǎn)力諸因素中最活躍、最積極的生產(chǎn)要素”。因此，要提高社會經(jīng)濟活動運行效率，就必須認真研究調(diào)動人們積極性的動力問題。新時代中國大學(xué)的新人才培養(yǎng)要求呼喚一支動力十足并且活力無限的學(xué)生管理隊伍，研究學(xué)生管理隊伍的動力問題要以現(xiàn)實問題為中心，要緊跟新時代新變化、內(nèi)化新人才的新要求。前期充分調(diào)研了學(xué)生管理隊伍中輔導(dǎo)員、班主任以及宿舍管理人員等職責(zé)特性和多元化內(nèi)在需求，運用科學(xué)系統(tǒng)開放的量子化思維方法，不斷探索增強學(xué)生管理隊伍整體動力效能的動力指標體系。任何一支學(xué)生管理隊伍動力機制都擁有向高能級躍遷的潛質(zhì)，但能級躍遷的幅度較大程度上取決于內(nèi)外動力的合力產(chǎn)生的能量值E總。經(jīng)逐步回歸分析確定了10個關(guān)鍵內(nèi)外部動力要素F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)10。合力E總的大小由10種內(nèi)外部動力要素的值F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)10及其對應(yīng)的權(quán)重a1，a2，…，a10共同決定，即：E總=f（a1F1，a2F2，…，a10F10）（1）式（1）中：F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)10分別表示內(nèi)在需求的原動力、目標認同的牽引力、工作愿景的驅(qū)動力、價值實現(xiàn)的能動力、身心健康的調(diào)適力、教育培訓(xùn)的提升力、優(yōu)秀典范的帶動力、校園文化的凝聚力、環(huán)境保障的助推力和管理監(jiān)督的約束力；a1，a2，…，a10分別表示10個動力要素在該學(xué)生管理隊伍動力系統(tǒng)中所占權(quán)重[8]。量子概念作為動力機制的一個新的基礎(chǔ)進行考察，積極調(diào)動、科學(xué)整合各種動力要素，累積能量推動學(xué)生管理隊伍動力效能發(fā)生“能級躍遷”（E1→En），而實現(xiàn)這一“量子化躍遷”關(guān)鍵就是構(gòu)建科學(xué)的動力機制。為了更科學(xué)、客觀、全面地反映某學(xué)生管理隊伍動力的現(xiàn)狀，以量子力學(xué)動力機制10個核心動力要素作為指標體系為依托，引入層次分析法（AHP）進行定量與定性相結(jié)合地分析比較和研究構(gòu)建學(xué)生管理隊伍動力指標體系（M），從而實現(xiàn)了量子力學(xué)與AHP的科學(xué)嫁接的“量子-AHP”分析法。量子力學(xué)動力機制本身是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，將學(xué)生管理隊伍動力機制指標體系（M）分解為多個目標元素基于該分析法將上一層目標元素逐層分解為多指標的若干層次，通過定性指標模糊量化方法對此各個層次中每一層中元素的相對重要性進行判斷、綜合，計算出各個層次的單排序和總排序，為學(xué)生管理隊伍動力機制構(gòu)建給出多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法，這便是“量子-AHP”法分析學(xué)生管理隊伍動力機制問題的基本思路。

2高校學(xué)生管理隊伍動力指標體系分解

新時代高校學(xué)生管理隊伍想要在更高層次上激發(fā)活力，推動學(xué)生管理事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展等方面仍顯乏力。沒有給力的動力機制的良好運行，整個組織也因此不能實現(xiàn)預(yù)期目標。“量子-AHP”分析法運用分解、比較判斷和綜合思維方式進行決策，將定性分析和定量分析結(jié)合起來。該方法所需定量信息較少，更講求定性的分析和判斷，這些適合于學(xué)生管理隊伍動力機制一些目標元素難于定量描述卻適合分層交錯評價的特點，特別適合這類目標層下定性因素起主導(dǎo)作用的決策問題。運用該方法將判斷要素重要性的過程化為簡單的權(quán)重進行計算，一方面用實際數(shù)據(jù)說話，另一方面也考慮到了管理決策中的主觀判斷特性，適合用來對高校學(xué)生管理隊伍動力機制系統(tǒng)進行量子化測評。學(xué)生管理隊伍動力機制指標體系（M）細分了10個核心內(nèi)外部動力要素，這一總目標層是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)的能量增強過程，更是內(nèi)外部10種動力要素相互配合協(xié)調(diào)的結(jié)果。學(xué)生管理隊伍內(nèi)部動力機制的10個為核心內(nèi)部動力元素，即一級指標F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)10，將其簡化表述為：A，B，…，J，逐層分解的40個二級指標簡化表述為L1，L2，…，L40，如表1所示。

1結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性

只有讓學(xué)生深刻認識結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性，才能使他們產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)起學(xué)習(xí)的動力，充分發(fā)揮其主觀能動性，使教學(xué)達到事半功倍的效果。

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

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

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

“結(jié)構(gòu)決定性能，性能反映結(jié)構(gòu)”。如果找到某類具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)的規(guī)律性，就能設(shè)計出性能更好的分子。結(jié)構(gòu)化學(xué)及在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算化學(xué)、分子模擬等對分子設(shè)計起理論指導(dǎo)作用。為了讓學(xué)生了解這方面的內(nèi)容，可用如下實例進行說明。首先以石墨烯為例。碳元素是自然界中分布廣泛并且與人類社會發(fā)展關(guān)系密切的重要元素。碳單質(zhì)有多種存在形式，主要有石墨、金剛石、富勒烯、碳納米管等，其中石墨烯由于其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性質(zhì)而成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。在教學(xué)中可先向?qū)W生提出問題:石墨烯的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢?這就要從石墨的結(jié)構(gòu)談起。石墨為層狀結(jié)構(gòu)，同層的碳原子間以sp2雜化形成平面共價鍵，每個碳原子剩余一個p軌道未參與雜化，上面各有一個電子，這些p軌道互相平行且與sp2雜化軌道所在平面垂直，相互重疊形成離域大π鍵。π電子在整個碳原子平面方向運動，所以石墨可以導(dǎo)電和導(dǎo)熱，可以用來制作電極和坩堝。而石墨的層與層之間以微弱的范德華力相結(jié)合，容易斷開而滑動，所以石墨具有潤滑性，可以用來制作潤滑劑。石墨烯可以看做是只有一個原子層厚度的單層石墨片。2004年，石墨烯由英國曼徹斯特大學(xué)的海姆和諾沃肖洛夫通過微機械力剝離法制得，二人因在二維空間材料石墨烯方面的開創(chuàng)性實驗而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。從結(jié)構(gòu)上來看，石墨烯可以看做是構(gòu)成富勒烯、碳納米管和石墨的基本組成單元。將其包裹成球得到富勒烯，沿著固定軸卷曲得到碳納米管，多層堆疊在一起就形成了石墨。由于石墨烯獨特的結(jié)構(gòu)，決定了其具有多種優(yōu)異特性，如低密度、高強度、良好的導(dǎo)熱性、室溫下較高的電子遷移率等，這些特性決定了它在半導(dǎo)體工業(yè)、材料、力學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。例如，石墨烯被分割時其基本物理性能并不改變，而硅不能分割成小于10nm的小片，否則將失去其電子性能。因此，石墨烯極有可能成為硅的替代品推動電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。研究者正在不斷對石墨烯的結(jié)構(gòu)進行修飾和改造，以挖掘和發(fā)揮其優(yōu)良性質(zhì)，優(yōu)化使用效果，擴大應(yīng)用范圍。通過這個例子，可以讓學(xué)生深刻感受到結(jié)構(gòu)化學(xué)與科技前沿領(lǐng)域的聯(lián)系，意識到結(jié)構(gòu)、性能、用途三者間的辯證關(guān)系。然后以計算機輔助藥物設(shè)計為例進行講解。作為在結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，計算化學(xué)正在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)逐漸嶄露頭角。計算化學(xué)基于三維分子結(jié)構(gòu)，以量子力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)原理為指導(dǎo)，確定算法并實現(xiàn)程序，再通過計算機運算來模擬和預(yù)測分子體系的性質(zhì);計算化學(xué)在實際生產(chǎn)中的一個重要應(yīng)用就是計算機輔助藥物設(shè)計。例如研究者通過生物學(xué)方面的研究，發(fā)現(xiàn)了與某類疾病相關(guān)的大分子如蛋白質(zhì)，將其作為靶標(受體)，并且通過X射線晶體衍射或核磁共振等方法測定了其三維結(jié)構(gòu)，尤其是得到其作用(活性)位點的結(jié)構(gòu)。這時就可以通過計算機模擬的方式，在數(shù)據(jù)庫里尋找分子形狀和理化性質(zhì)與受體作用位點相匹配的小分子(配體)，研究受體與配體的詳細相互作用信息(包括結(jié)構(gòu)信息和能量信息)，合成并測試這些分子的生物活性，這樣就有可能發(fā)現(xiàn)新的先導(dǎo)化合物，開發(fā)出治愈疾病的藥物分子［。這就是基于受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計方法，可為藥物開發(fā)節(jié)省大量時間和資金，已在藥物設(shè)計方面取得了巨大成功。如HIV-1蛋白酶抑制劑的設(shè)計就是一個典型的成功案例，標志著計算機輔助藥物設(shè)計從方法研究過渡到實際應(yīng)用階段。2013年的諾貝爾化學(xué)獎授予美國科學(xué)家卡普拉斯，萊維特和瓦謝爾，以表彰他們“為復(fù)雜化學(xué)體系發(fā)展多尺度模型”。這個獎項是對計算化學(xué)進步的認可，強調(diào)了計算化學(xué)在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)越來越大的作用。在計算化學(xué)領(lǐng)域有兩種主要的計算方法，一種是基于量子力學(xué)原理的量子力學(xué)計算方法，另一種是基于牛頓力學(xué)的分子力學(xué)/分子動力學(xué)模擬方法。將這兩種方法有機結(jié)合、取長補短而建立起來的量子力學(xué)/分子力學(xué)方法已獲得巨大成功。例如在研究藥物分子與蛋白質(zhì)結(jié)合時，對藥物及與藥物相作用的蛋白部分采取精確的量子力學(xué)計算，對蛋白的剩余部分采取快速的分子力學(xué)計算，這樣就兼顧了準確性和計算量，取得了很好的結(jié)果。計算機作為當今化學(xué)家的工具就像試管一樣重要，模擬是如此真實以至于傳統(tǒng)實驗的結(jié)果也能被計算機預(yù)測出來。萊維特曾經(jīng)這樣描述他的一個夢想:利用計算機處理復(fù)雜化學(xué)過程的能力，實現(xiàn)在分子水平上模擬一個完整生物，構(gòu)建“數(shù)字生命”。通過這個例子，使學(xué)生認識到結(jié)構(gòu)化學(xué)并非只是“紙上談兵”，而是具有重要的實際應(yīng)用，可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。最后，向?qū)W生介紹結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展歷史，將其發(fā)展史與諾貝爾獎緊密聯(lián)系在一起，進一步突出其重要性。在結(jié)構(gòu)化學(xué)中的一些重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論突破基本上都獲得了諾貝爾獎。例如在開創(chuàng)量子力學(xué)的過程中，普朗克、愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛定諤、狄拉克、泡利、波恩等都獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。另外，在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的實驗方法方面，如在X射線衍射法、核磁技術(shù)和應(yīng)用、質(zhì)譜技術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)等領(lǐng)域，都有很多科學(xué)家獲得諾貝爾獎。而且還有很多科學(xué)家因在結(jié)構(gòu)方面的研究而獲獎，如克里克、沃森和威爾金斯發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，科爾、克羅托和斯莫利發(fā)現(xiàn)富勒烯，謝克特曼發(fā)現(xiàn)準晶體等。將結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展史與化學(xué)史尤其是諾貝爾獎聯(lián)系起來，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和素養(yǎng)，促使他們樹立遠大的科學(xué)理想，使他們獲得強大的學(xué)習(xí)動力。

2結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)方法

[摘要]結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)專業(yè)的核心課程，在各個專業(yè)課程中起著承上啟下的作用。在當前深化本科教育教學(xué)改革，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的政策背景下，本文針對目前結(jié)構(gòu)化學(xué)課程內(nèi)容和授課方式存在的一些問題，進行了思考和探索并提出了一些針對性的解決辦法。

[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)化學(xué)；教學(xué)改革；互動教學(xué)

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程是我國高等學(xué)校化學(xué)專業(yè)的必修課程，內(nèi)容涉及量子化學(xué)，分子對稱性，配位化學(xué)和晶體學(xué)基礎(chǔ)等部分。該課程內(nèi)容抽象，知識系統(tǒng)龐雜，數(shù)理推導(dǎo)較多，學(xué)習(xí)曲線陡峭，不少學(xué)生因此存在著畏難情緒。然而正如詩詞所言，無限風(fēng)光在險峰，學(xué)好這門課程不僅有助于理解其它化學(xué)課程的內(nèi)容，也是為進一步在本專業(yè)深造打下堅實的基礎(chǔ)。[1]在當前深化本科教育教學(xué)改革的背景下，如何將結(jié)構(gòu)化學(xué)課程上好，真正做到讓老師強起來，學(xué)生忙起來，效果實起來，筆者在此對授課以來的問題和解決方法進行總結(jié)。

1重視數(shù)理，夯實基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的一大難點在于數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，譬如量子化學(xué)部分完全使用數(shù)學(xué)語言描述核心知識，而對于化學(xué)專業(yè)的同學(xué)，數(shù)學(xué)一直是軟肋，于是極容易產(chǎn)生厭學(xué)和畏難情緒。[2-4]針對這個問題，很多老師采取的解決方法是淡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，重點介紹推導(dǎo)后的結(jié)論和意義，但我們在授課過程中，發(fā)現(xiàn)這樣的授課方式效果欠佳，因為基礎(chǔ)不牢，課程的學(xué)習(xí)只能是空中樓閣、風(fēng)中沙塔，很多同學(xué)在課程結(jié)束后還是無法對物理圖像有一個正確的認識和把握。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，筆者認為與其淡化數(shù)學(xué)，不如嚴格要求，把數(shù)學(xué)學(xué)到位。偉大的思想家恩格斯說過：“任何一門科學(xué)的真正完善在于數(shù)學(xué)工具的廣泛應(yīng)用。”正是因為數(shù)學(xué)和物理的引入，才讓化學(xué)擺脫了煉金術(shù)的桎梏而成為一門科學(xué)。因此我們在授課時自始至終強調(diào)數(shù)學(xué)的重要性，在涉及數(shù)學(xué)內(nèi)容較多的章節(jié)，提前講授將要用到的數(shù)學(xué)工具并布置作業(yè)，每章節(jié)結(jié)束后將重要的公式和結(jié)論進行串講并配合習(xí)題進行強化訓(xùn)練，要求所以學(xué)生每學(xué)完一個章節(jié)就做思維導(dǎo)圖及時總結(jié)復(fù)習(xí)，將重要公式進行總結(jié)歸納制作公式索引表格。盡管提升了學(xué)習(xí)的難度，但學(xué)生對于推導(dǎo)的結(jié)果和物理意義理解的更加準確和深入，記憶也更加牢固，鍛煉了學(xué)生的邏輯思維和嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度。

2理清主線，合理增負

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程內(nèi)容主要涉及量子化學(xué)基礎(chǔ)，分子對稱性，配位化學(xué)以及晶體學(xué)基礎(chǔ)。盡管這四個部分知識彼此之間較為獨立，但所表達的核心思想是一致的，即結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)也反映著結(jié)構(gòu)。目前授課內(nèi)容主要存在問題是：量子化學(xué)部分各章節(jié)之間主線不夠明確；配位化學(xué)部分和專業(yè)無機化學(xué)課程內(nèi)容有重疊；晶體學(xué)基礎(chǔ)部分，結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)容介紹較多而相關(guān)的性質(zhì)介紹較少。針對這些問題，我們對課程的授課內(nèi)容進行了合理的補充和刪減。首先，對于量子化學(xué)部分，我們在授課一開始給出課程的故事主線，即量子力學(xué)的誕生背景，量子力學(xué)基本假設(shè)，簡單模型的量子力學(xué)處理方法，氫原子薛定諤方程的求解過程及解的物理意義，以及針對于多電子原子和多原子分子的近似方法。這條主線清晰明確，在每一章節(jié)開始時，我們對之前的內(nèi)容進行簡要回顧，幫助學(xué)生理清了各章節(jié)的邏輯關(guān)系，在學(xué)期末復(fù)習(xí)課時對每一個知識點進行展開復(fù)習(xí)，進行鞏固。配位化學(xué)部分，對于和無機化學(xué)有重疊的部分，我們通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式簡要復(fù)習(xí)，同時突出結(jié)構(gòu)化學(xué)的重點，即分子軌道理論在配位化學(xué)的應(yīng)用，著重介紹了配體群軌道這個新概念，以及不同配位幾何構(gòu)型下配體群軌道和中心原子如何依據(jù)對稱性進行線性組合的方式，同時介紹了金屬配合物作為均相催化劑催化反應(yīng)的常見機理。在此基礎(chǔ)上，我們還將科研中的一些問題引入課堂討論，如金屬氮賓體和金屬氧化物的電子結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生通過知識解決實際科研問題，真正做到科研反哺教學(xué)。晶體學(xué)部分除了介紹基本知識以外，補充介紹了能帶理論，態(tài)密度等概念，并介紹了導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體在電子結(jié)構(gòu)上的差異，這些基礎(chǔ)知識有利于化學(xué)專業(yè)的同學(xué)在材料化學(xué)方向進行科研工作打下基礎(chǔ)。盡管課程在深度和廣度上都有所增加，但不少同學(xué)都表示感受到了挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)所帶來獲得感和高階樂趣。

摘要：大學(xué)物理在理工科高校扮演重要角色，是眾多理工科基礎(chǔ)。本文針對新時期理工科專業(yè)大學(xué)物理教學(xué)中的現(xiàn)狀，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)形式等方面淺析教學(xué)改革舉措，促進大學(xué)物理學(xué)科發(fā)展，同時培養(yǎng)本科生邏輯思維、科學(xué)思維能力，更好的促進大學(xué)生全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；教學(xué)改革；教學(xué)手段

引言

《大學(xué)物理》是高等院校、理工科專業(yè)學(xué)生所必修的一門公共基礎(chǔ)課。主要內(nèi)容包括力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及量子物理部分[1]。涉及內(nèi)容較多，覆蓋面較廣，同時要求嚴密的邏輯推導(dǎo)能力與數(shù)學(xué)運算能力。因此理工科專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中面臨較大困難。同時，很多理工學(xué)科的學(xué)生往往對大學(xué)物理重視程度不夠，視其為一般大學(xué)公共課程。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，大學(xué)生往往被形形色色的網(wǎng)絡(luò)所吸引，相對枯燥的大學(xué)物理往往缺少足夠的趣味性以致不能激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。以上種種因素造成大學(xué)物理學(xué)科發(fā)展緩慢。而事實上，大學(xué)物理不單單是理工專業(yè)公共基礎(chǔ)課，同時是其他學(xué)科如材料科學(xué)與工程、機械工程、通信工程、熱能與動力工程、土木工程等學(xué)科的基礎(chǔ)。此外，面對日益發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，物理學(xué)科往往承載著重要作用。環(huán)顧三次工業(yè)革命，無一不一隨著物理學(xué)科發(fā)展而發(fā)生[2]。第四次工業(yè)革命也可能隨著量子通信、量子計算機、可控核聚變等物理技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生。因此，新時期下《大學(xué)物理》教學(xué)改革非常必要，不但有利于促進物理學(xué)科的發(fā)展，同時有利于為社會培養(yǎng)高技能理工科專業(yè)人才。本文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)形式等方面淺析教學(xué)改革舉措，以此提高大學(xué)物理教學(xué)水平。

1教學(xué)內(nèi)容改革

新時期下，理工專業(yè)對物理學(xué)科重視程度越來越低。由于課程較難、不及格學(xué)生較多，一些院校將大學(xué)物理的課程由通常的140學(xué)時，逐步減少至120學(xué)時、96學(xué)時甚至80學(xué)時[3]。因此，在有限授課時間內(nèi)，對教學(xué)內(nèi)容及時調(diào)整尤為重要。

（1）因材施教、依據(jù)專業(yè)性質(zhì)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容：由于大學(xué)物理涉及內(nèi)容廣泛，而理工專業(yè)學(xué)科眾多。在有限的教學(xué)課時內(nèi)，如若兼顧所有物理學(xué)研究內(nèi)容，一是學(xué)而不精，二是容易造成顧此失彼。因此，按照專業(yè)相近程度，劃分不同大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，做到合理的取舍。如對材料科學(xué)與工程、化學(xué)與工程、環(huán)境與工程等學(xué)科，加重?zé)釋W(xué)、量子物理部分教學(xué)講解；對機械工程、土木工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程等學(xué)科，適當增加牛頓力學(xué)部分教學(xué)；對通信工程、電子信息與工程等學(xué)科，增加電磁學(xué)比重。這樣，即使在有限的教學(xué)課時內(nèi)，突出重點，仍然能夠使學(xué)生掌握本科學(xué)所需的物理專業(yè)知識。