量子力学总结范文

导语：如何才能写好一篇量子力学总结，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】  过敏性紫癜

【摘要】  目的  依据过敏性紫癜临床表现，重新探究其中医病因病机，明确风、热、湿、毒、瘀五端交融为其特点，病变脏腑责之于肺与大肠。验证具有疏风清热、祛湿解毒、凉血消斑化瘀功能的方药――愈风消斑汤临床疗效。方法  以愈风消斑汤为基本方，随证化裁，治疗过敏性紫癜78例，同时患者忌动物蛋白饮食2~3个月，保持每天排便2~3次。结果  显效64例（82.1%），有效14例（17.9%），皮肤紫癜消失快，并发腹、关节、肾病变者少。结论  愈风消斑汤配合饮食、大便管理，是治疗过敏性紫癜疗效确切的方法、药物。

【关键词】  过敏性紫癜；中医药疗法；疏风清热；祛湿解毒；凉血消斑

【Abstract】  Objective  To access the clinic results of decoction of curing wind and eliminating purpura （DCWEP） for the treatment of allergic purpura,which was based on the concept that allergic purpura was caused by the combination of wind,heat,damp,toxin and stasis.Methods  Seventy-eight cases of allergic purpura were treated by DCWEP.Certain herbs were added to if neccessary.In addition,patients were asked not intake animal protein for 2~3 months,excret twice or three times a day.Results  Sixty-four cases （82.1%） were superior effective,14（17.9%） were effective.Purpura dissapperared quickly and compications in abdomen,joints and kidneys seldom occured.Conclusion  DCWEP plus food control and excretion manegement is effective for allergic purpura.

【Key words】  allergic purpura;TCM therapy;curing wind and clearing heat;eliminating dampness and resolving toxin;cooling blood;eliminating purpura and removing stasis

过敏性紫癜，又称出血性毛细血管中毒症或许兰―亨诺紫癜，是一种毛细血管变态反应性出血性疾病。主要由于机体对某些过敏物质发生变态反应而引起毛细血管壁通透性和脆性增高，是一种较常见的免疫血管性疾病。临床表现除皮肤紫癜外，常有皮疹及血管神经性水肿、关节炎、腹痛及肾炎等症状。属于中医学中的“血证”、“肌衄”、“斑疹”、“葡萄疫”范畴。我院血液科在2000年1月~2003年11月用疏风清热、祛湿解毒、凉血消斑化瘀方药―愈风消斑汤为主，治疗过敏性紫癜78例，现总结如下。

1  临床资料

1.1  一般资料  78例均为住院患者，其中男41例（52.6%），女37例（47.4%），年龄最大58岁，最小7岁，中位年龄21岁，病程2天~1年不等；单纯型48例（61.5%），混合型30例（38.5%），其中肾型28例（35.9%），腹型12例（15.4%），关节型12例（15.4%），但腹型、关节型几乎全部有肾改变。

1.2  诊断标准  按《血液病诊断及疗效标准》（张之南主编）［1］执行。

1.3  方法

1.3.1  中药  愈风消斑汤组成：黄芩、牛蒡子、防风、当归、白鲜皮、地肤子、苍耳子、蝉蜕、土茯苓、丹皮、大青叶、仙鹤草、赤芍、丹参、大黄、甘草。腹痛加白芍、蒲黄、五灵脂；关节痛加木瓜、防己、秦艽；血尿加小蓟、白茅根、墨旱莲；蛋白尿加黄芪、益母草。

1.3.2  抗过敏、补钙  扑尔敏4mg，每日3次口服；钙尔奇D 1片，每日1次口服。

1.3.3  其他  伴肾改变者予以川芎嗪120mg，每日1次静滴；保肾康4粒，每日3次口服。若肾改变1个月以上，尿蛋白（++）以上，予雷公藤10~20mg，每日3次口服。若较重，为混合型紫癜，可予地塞米松5~10mg/d，静滴3~5天。有感染者用抗生素。常规肠道驱虫。

1.3.4  调护  （1）忌食动物蛋白及致敏食品、药品。（2）避免长时间站立、行走。肾改变患者尽量卧床休息。预防感冒。（3）保持大便通畅，每日排便2~3次。

1.4  治疗结果

1.4.1  疗效判定标准  按《血液病诊断及疗效标准》（张之南主编）［1］判定，并与上海瑞金医院治疗350例疗效进行比较［2］。

1.4.2  治疗效果  见表1。

表1  综合治疗78例与瑞金医院治疗350例疗效比较  例（略）

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【关键词】量子力学；教学方法；物理思想

“量子力学”是20世纪物理学对人类科学研究两大标志性贡献之一，已经成为理工科专业最重要的基础课程之一，学生熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论，具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。对提高学生科学素，养培养学生的探索精神和创新意识及亦具有十分重要的意义。但是，量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相去甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。针对这些教学中的问题，如何激发学生学习本课程的热情，充分调动学生的积极性和主动性，已经成为摆在教师面前的重要课题。对“量子力学”课程的教学内容应作一些合理的调整。

1 合理安排教学内容

1.1 理清脉络，强化知识背景

从经典物理所面临的困难出发，到半经典半量子理论的形成，最终到量子理论的建立，对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析，特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的，还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解，有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对这些基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如：对于玻尔理论，由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释，学生往往会觉得不可思议，难以理解。为此，在讲解这部分内容时，很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景，告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念，且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握，之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题，玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时，还可以通过定态波函数的概率分布图，向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的，只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述，学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用，而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。

1.2 重在物理思想，压缩数学推导

在物理学研究中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维线性谐振子问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。这样，学生就不会感到枯燥无味，而能始终保持较高的学习热情。

2 改进教学方法

“量子力学”这门课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取传统的灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。学习效果自然大打折扣。为了提高学生学习兴趣，激发其学习的积极性，培养其科学探索精神及创新能力，在教学方法上应进行积极的探索。

2.1 发挥学生主体作用

在必要的教学内容讲解外，每节课都留出一定的师生互动时间。教师通过创设问题情景，引导学生进行研究讨论，或者针对已讲授内容，使学生对已学内容进行复习、总结、辨析，以加深理解；或者针对未讲授内容，激发学生学习新知识的兴趣（比如，在讲授完一维无限深方势阱和一维线性谐振子这

两个典型的束缚态问题后就可引导学生思考“非束缚态下微观粒子又将表现出什么样的行为”），这样学生就会积极地预习下节内容；或者选择一些有代表性的习题，让学生提出不同的解决办法，培养学生的创新能力。对于在课堂上不能解决的问题，积极鼓励学生利用图书馆及网络资源等寻求解决，培养学生的科学探索精神。此外，还可使学生自由组合，挑选他们感兴趣的与课程有关的题目进行讨论、调研并完成小组论文，这一方面激发学生的自主学习积极性，另一方面使其接受初步的科研训练，一举两得。

2.2 注重构建物理图像

在实际教学中着重注意物理图像的构建，使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。例如：借助电子束衍射实验，通过三个不同的实验过程（强电子束、弱电子束及弱电子束长时间曝光），即可为实物粒子的波粒二象性构建出一幅清晰的物理图像；借助电子束衍射实验图像，再以光波类比电子波，即可凝练出波函数的统计解释；借助电子双缝衍射实验图像，可使学生更易接受和理解态叠加原理；借助解析几何中的坐标系，可很好地为学生建立起表象的物理图像。尽管这其中光波和电子波、坐标系和表象这些概念之间有本质上的区别，但借助这些学生已经熟知和深刻理解的概念，可使学生非常容易地接受和理解量子力学中难以言明的概念和理论，同时，也可使学生掌握这种物理图像的构建能力，对培养学生的创新思维具有非常积极地作用。

3 教学手段和考核方式改革

3.1 课程教学采用多种先进的教学方式

如安排小组讨论课，对难于理解的概念和规律进行讨论。先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正。例如，在讲到微观粒子的波函数时，有的学生会认为是全部粒子组成波函数，有的学生会认为是经典物理学的波。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，从而进一步激发了学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。另外课程作业布置小论文，邀请国内外专家开展系列量子力学讲座等都是不错的方式。

3.2 坚持研究型教学方式

把课程教学和科研相结合，在教学过程中针对教学内容，吸取科研中的研究成果，通过结合最新的科研动态，向学生讲授在相关领域的应用以培养学生学习兴趣。在量子力学诞生后，作为现代物理学的两大支柱之一的现代物理学的每一个分支及相关的边缘学科都离不开量子力学这个基础，量子理论与其他学科的交叉越来越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理到中子星、黑洞各个层次的研究以量子力学为基础；量子力学在通信和纳米技术中的应用；量子理论在生物学中的应用；量子力学与正在研究的量子计算机的关系等，在教学中适当地穿插这些知识，扩大学生的知识面，消除学生对量子力学的片面认识，提高学生学习兴趣和主动性。

量子力学从诞生到发展的物理学史所包含的创新思维是迄今为止哪一门学科都难以比拟的。在20世纪初，经典物理学晴空万里，然而黑体辐射、光电效应、原子光谱等物理现象的实验结果严重冲击经典物理学理论，让经典物理学陷入危机四伏的境地。量子力学的诞生，开启了人类科学发展的新思维。开展好量子力学的教学活动，在教学过程中展现量子力学数学形式之美，使学生在科学海洋中得到美的享受，有利于极大的提高学生的科学素养，从精神上熏陶他们的创新精神。

【参考文献】

[1]周世勋.量子力学教程[m].高教出版社，1979.

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[关键词]量子计算 量子通信 通信效率 安全通信

中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0128-01

引言

随着科学技术的飞速发展，量子信息学逐渐得到人们的关注与重视，在近代物理学、计算机科学等领域都有所涉及。通过量子力学的基础，不断的发展与延伸。量子信息学，是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面。我们在这里，着重的了解一些量子通信。

一、 量子通信协议概念

1，量子通信协议定义

量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。其中隐形传送是指脱离实物的一种“完全”的信息传送。可以想象：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。实际上是一种对于通信地保密性的传输。是一种在理论上可以保证通信绝对安全的一种通信方式。由于量子力学中的不确定性原理，是不允许精确地提取原物的全部信息，因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。

2，量子通信与光通信的区别

量子通信与光通信的区别，在于在通信中用的光的强度是不同的。光通信一般采用是强光，包括无线电、微波、光缆、电缆等具体形式。通过偏振或相位等的调制方式来实现。量子通信讨论的是光子级别的很弱的光，通过对光子态的调制，但是主要利用了光子的特性，量子态不可克隆原理和海森堡不确定性关系。这也是区别于光通信的重点。

二、量子通信基本方式

量子通信在量子力学原理的基础上，通过量子态编码和携带信息进行加工处理，将信息进行传递。只要包括：量子隐形传态、量子密钥分发等，下面主要介绍这两个组成部分：

1，量子隐形传态

量子隐形传态，又称量子遥传、量子隐形传输。经由经典通道和EPR 通道传送未知量子态。利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。它传输是量子态携带的量子信息。想要实现量子隐形传态，要求接收方和发送方拥有一对共享的EPR对，即BELL态（贝尔态）。发送方对他的一半EPR对与发送的信息所在的粒子进行结合，而接收方所有的另一半EPR对将在瞬间坍缩为另一状态。根据这条信息，接收方对自己所拥有的另一半EPR对做相应幺正变换即可恢复原本信息。到乙地，根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。量子隐形传态大致可以这样描述：准备一对纠缠光子对，一个光子发送给有原始量子态（即第三个光子）的甲方，另一个光子发送给要复制第三光子的量子态的乙方。甲方让收到的一个光子与第三光子相互干涉（“再纠缠”），再随机选取偏振片的方向测量干涉的结果，将测量方向与结果通过普通信道告诉乙方；乙方据此选择相应的测量方向测量他收到的光子，就能使该光子处于第三光子的量子态。

量子隐形传态作为量子通信中最简单的一种，是实现全球量子通信网络的可行性的前提研究。它的存在与应用，可以完全的保证用户的信息安全，通信保密，同时如果出现有人窃听的现象，将会及时的进行信息的改变，保证内容的“独一无二”。

2，量子密钥分发

量子密钥分发以量子物理与信息学为基础，是量子密码研究方向中不可缺少的重要部分。被认为是安全性最高的加密方式，实现绝对安全的密码体制。当然这只是理论上的内容，在现实生活中还是有一定的差距。只是理论上具有无条件的安全性。1969年提出用量子力学的理论知识进行加密信息处理。到了1984年，第一次提出量子密钥分发协议，即BB84协议。随后又提出B92协议。2007年，中国科学技术大学院士潘建伟小组在国际上首次实现百公里量级的诱骗态量子密钥分发，解决了非理想单光子源带来的安全漏洞。后又与美国斯坦福大学联合开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器――基于周期极化铌酸锂波导的上转换探测器。解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患。保证了非理想光源系统的安全性。生成量子密钥大致为：准备一批纠缠光子对，一个光子发送给发信方，另一个光子发送给收信方。测量光子极化方向的偏振片的方位约定好两种。两人每次测量一个光子时选择的方向都是随机的，但要记录下每次选择的方向，当然也要记录下每次测量的结果，有光子通过偏振片就记1，无光子通过则记0。通过普通信道两人交换测量方向的记录，那些测量方向不一致的测量结果的记录都舍去不要，剩下的那些测量方向相同所对应的测量结果，两人应一致，这一致的记录就可作为两人共同的密钥。

总结

经典通信较光量子通信相比，量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性。具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。逐渐走进人们的日常生活。为了让量子通信从理论走到现实，从上世纪90年代开始，国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会和国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科学技术大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。

参考文献

[1]莫玲 - 基于专利分析的欧盟量子通信技术发展现状研究《淮北师范大学学报：自然科学版》 - 2015.

[2]徐兵杰，刘文林，毛钧庆，量子通信技术发展现状及面临的问题研究《通信技术》 - 2014.

[3]胡广军，王建 -量子通信技术发展现状及发展趋势研究 《中国新通信》 - 2014.

[4]肖玲玲，金成城 - 基于专利分析的量子通信技术发展研究《全球科技经济t望》 - 2015.

[5]宋斌 - 空间量子通信技术发展现状《移动信息》 - 2015.

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[关键词]物理学理论 计算机技术 量子计算机

中图分类号：O4-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0198-01

一、近代物理学理论的发展与现代物理学理论

现代物理学的发展即为19世纪至今，是现代物理学理论发展不断壮大的时期。

当力学，热力学，统计学，电磁学都发展的很完善时，有“两个不稳定因素”打破了物理界的当时的境况，推动了物理学的变革。第一个是迈克尔逊-莫雷实验，即在实验中没测到“以太风”，也就是说不存在真正的参考系，光速与光源运动无关，光速各向同性。第二个是黑体辐射实验，用经典物理学理论无法解释实验结果。

20世纪初，爱因斯坦打破了传统的物理学理论，提出了侠义相对论，彻底了之前牛顿提出的绝对时空观的理论。十年后又创立了广义相对论，阐述了万有引力的实质。

物理学界的第二个稳定因素――黑体辐射实验，通过普朗克，爱因斯坦，玻尔等一大批物理学家的努力下，量子力学应时诞生了。随着薛定谔波动方程解释物质与波的关系，量子力学愈来愈趋于完善。

量子力学与相对论力学在现代物理学理论发展中是不可忽略的伟大成就。这两个的研究的对象也发生了改变，由低速到高速，宏观到微观等，物理学理论也日趋成熟。

二物理学理论是计算机诞生的基础

物理学作为理论基础：随着微积分、力学三大定律、万有引力定律，经典光学理论的建立，总所周知的一位伟大的物理学家――牛顿的整个力学的体系也完美的呈现于人们眼中。一对天才数学家布尔和德莫根历经无数次的推演证明，挖掘出了数理逻辑中那闪耀着最亮的光辉――布尔代数：电磁理论则是伟大的物理学家法拉第和麦克斯文创立的！而微观领域上的量子力学经由多位物理学家――德布罗意、玻尔、爱因斯坦、海森伯、薛定谔建立;还有电子三极管经过无数次实验也被德弗雷斯发明出来了。

上世纪40年代，200多位的专家研制小组由美国国防部任命的莫奇利和埃克特领导着并且克服了无数困难，两年中坚持的开发创新，人类第一台计算机――ENIAC（1946）在宾夕法尼亚大学研制成功！这不仅是第一台电子管数字积分计算机更是人类文明进步的一大步。

随着第一台计算机的成功研制的第二年，一种不仅小而且安全可靠，又不会变热，结构也什么简单的晶体管在美国的科学家巴丁等人研制出来。德克萨斯一器和仙童公司也紧跟着飞速发展的科技的步伐，在1953年成功的生产出了首个集成电路。次年，得克萨斯仪器公司首先的宣布他们拥有了集成电路的生产线，这意味着集成电路可以大量的投入生产和使用，然后TRADIC――首台晶体管计算机诞生了，这个在体积上要小很多的计算机就诞生了。

伴随着集成电路的出现，第三代计算机则是诞生在60年代中期。同样是由IBM公司生产出的IBN600系列计算机成为了第三代计算机的代表产品。早一些的INTEL8080CPU的晶体管集成度超过5000管/片，1977年在一个小小的硅片上就可包含几万个管子。

随着时间的推移，以大比例的集成电路当作逻辑元件和存储器的第四代计算机也向着微型或巨型改。计算机的处理器也由8086不停地在转化，到了我们熟知的奔腾系列。

不管是计算机的理论基础还是硬件设施，其实都是以物理学理论为根本的。物理学理论与计算机技术在未来的日子里互相补益，会不断的推动科学向前飞速发展的。

三、计算机零件应用的物理学理论

液晶屏，一听名字就可以想象得到它是以液晶材料为基本组件的。实际上液晶屏就是把液晶材料填充于两块平行板之间，并且利用电压来改变其材料内部的分子排列情况，控制遮光与透光以显示明暗不同，鳞次栉比的图案。如果想要显示彩色的图案时，只要把带着三元色的滤光层加入到两块平行板之间就可以了。液晶屏的广泛应用还因为其功耗十分的低，应用电池的电子产品都可以配置液晶屏。由于液晶介于固态与液态之间，那么就可以既体现固态晶体所有的光学特性，还可以表现出液态的流动特性。总结液晶的物理特性可归纳为：粘性、弹性和其极化性。

目前的CPU一般就是包括三个部分：基板、核心、针脚。大家都知道有一种电脑的硬件的组成的基本单位十分的重要，就是晶体管，而CPU的主要的组成也是晶体管。AMD主流CPU内核在早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心的配备，通常采用3750万个晶体管，而Barton核心使用了5400万个晶体管，核心Opteron处理器使用多达1.06亿个晶体管;。因此，实际上说的CPU核心构成的最基本单位就是晶体管的的芯数，针脚。所说的基板通常是印刷电路板，它承载着核心与针脚。然后该晶体管通过电路连接，成为一个不可或缺的整体，然后可以去分成不同的执行单元，每个单元又可以去处理不同的数据，这样有秩序的完成每个任务，才会准确而快速，这也是CPU为何拥有如此强大的处理能力的原因。

其实还有很多的零件都运用了大量的物理学理论。下面向大家介绍一下比较先进的计算机――量子计算机。

四、简介量子计算机

从物理观点看，计算机是一个物理系统.计算过程是一个物理过程。量子计算机是一个量子力学系统，量子计算过程就是这个量子力学系统内量子态的演化过程。

量子计算机以量子力学建立逻辑体系，与量子计算机有关的量子力学的原理，即量子状态的主要性质包括：状态叠加、干涉性、状态变化、纠缠、不可复制性与不确定性。

量子计算机具有学术价值和产业价值不可估量。对人类的文明，它实际上是一个很大的进步，我认为最主要的方面则是它的工业价值。最直接的应用各种各样的量子算法，他就可以用于商用化。

可以回想机器在20年前的悲惨境况和现在的春分得意，利用机器学习是很难在工业部门查找数值，因为计算能力的时候真的很烂。然后还要测试几个月，谁还有时间来调整参数啊。而这两十年间，计算机体系结构不断的优化下，机器学习强大了好多倍。想想看，如果我们比今天的计算能力更强大，我们无法想象一个强大的AI强量子任务不是指日可待？而当每家每户都有一个量子计算机，互联网将演变成什么形式？总之，商业量子计算机将是未来科技的发动机，就像蒸汽机是工业文明的象征，量子计算机的前景值得我们期待！

我国科技飞速发展的今天，我们不难发现现代生活已经步入了一个电子的天堂，计算机将会发挥它不可估量的价值，而作文计算机技术的支架――物理学理论也在不断的发展着，这就要求我们在紧跟着的脚步，努力研究，发现问题、认识问题、解决问题，逐渐的将我们国力壮大，2020年全面建成小康社会。

参考文献

[1] 王炳根.百年物理学发展的回顾与未来的展望[J].南平师专学报. 1997，04：11-14.

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[关键词]结构化学；教学改革；互动教学

结构化学课程是我国高等学校化学专业的必修课程，内容涉及量子化学，分子对称性，配位化学和晶体学基础等部分。该课程内容抽象，知识系统庞杂，数理推导较多，学习曲线陡峭，不少学生因此存在着畏难情绪。然而正如诗词所言，无限风光在险峰，学好这门课程不仅有助于理解其它化学课程的内容，也是为进一步在本专业深造打下坚实的基础。[1]在当前深化本科教育教学改革的背景下，如何将结构化学课程上好，真正做到让老师强起来，学生忙起来，效果实起来，笔者在此对授课以来的问题和解决方法进行总结。

1重视数理，夯实基础

结构化学课程的一大难点在于数学推导较多，譬如量子化学部分完全使用数学语言描述核心知识，而对于化学专业的同学，数学一直是软肋，于是极容易产生厌学和畏难情绪。[2-4]针对这个问题，很多老师采取的解决方法是淡化数学推导，重点介绍推导后的结论和意义，但我们在授课过程中，发现这样的授课方式效果欠佳，因为基础不牢，课程的学习只能是空中楼阁、风中沙塔，很多同学在课程结束后还是无法对物理图像有一个正确的认识和把握。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，笔者认为与其淡化数学，不如严格要求，把数学学到位。伟大的思想家恩格斯说过：“任何一门科学的真正完善在于数学工具的广泛应用。”正是因为数学和物理的引入，才让化学摆脱了炼金术的桎梏而成为一门科学。因此我们在授课时自始至终强调数学的重要性，在涉及数学内容较多的章节，提前讲授将要用到的数学工具并布置作业，每章节结束后将重要的公式和结论进行串讲并配合习题进行强化训练，要求所以学生每学完一个章节就做思维导图及时总结复习，将重要公式进行总结归纳制作公式索引表格。尽管提升了学习的难度，但学生对于推导的结果和物理意义理解的更加准确和深入，记忆也更加牢固，锻炼了学生的逻辑思维和严谨认真的科学态度。

2理清主线，合理增负

结构化学课程内容主要涉及量子化学基础，分子对称性，配位化学以及晶体学基础。尽管这四个部分知识彼此之间较为独立，但所表达的核心思想是一致的，即结构决定性质，性质也反映着结构。目前授课内容主要存在问题是：量子化学部分各章节之间主线不够明确；配位化学部分和专业无机化学课程内容有重叠；晶体学基础部分，结构相关的内容介绍较多而相关的性质介绍较少。针对这些问题，我们对课程的授课内容进行了合理的补充和删减。首先，对于量子化学部分，我们在授课一开始给出课程的故事主线，即量子力学的诞生背景，量子力学基本假设，简单模型的量子力学处理方法，氢原子薛定谔方程的求解过程及解的物理意义，以及针对于多电子原子和多原子分子的近似方法。这条主线清晰明确，在每一章节开始时，我们对之前的内容进行简要回顾，帮助学生理清了各章节的逻辑关系，在学期末复习课时对每一个知识点进行展开复习，进行巩固。配位化学部分，对于和无机化学有重叠的部分，我们通过翻转课堂的方式简要复习，同时突出结构化学的重点，即分子轨道理论在配位化学的应用，着重介绍了配体群轨道这个新概念，以及不同配位几何构型下配体群轨道和中心原子如何依据对称性进行线性组合的方式，同时介绍了金属配合物作为均相催化剂催化反应的常见机理。在此基础上，我们还将科研中的一些问题引入课堂讨论，如金属氮宾体和金属氧化物的电子结构，让学生通过知识解决实际科研问题，真正做到科研反哺教学。晶体学部分除了介绍基本知识以外，补充介绍了能带理论，态密度等概念，并介绍了导体，半导体，绝缘体在电子结构上的差异，这些基础知识有利于化学专业的同学在材料化学方向进行科研工作打下基础。尽管课程在深度和广度上都有所增加，但不少同学都表示感受到了挑战性学习所带来获得感和高阶乐趣。

3反客为主，多元考核

传统理论课授课方式，采用幻灯片讲述授课，学生被动填鸭式学习，效果较差，也不利于学生培养综合能力。针对这些问题，我们开始尝试翻转课堂教学方法来提高学生参与性，重点培养学生的学习能力，表达能力，独立思考，发现问题，解决问题的能力，这些都是未来创新型人才所具有的重要特质。翻转课堂的内容主要涉及三个方面，一个是结构化学课程中难度较低的几个章节，如双原子分子电子结构，分子对称性，配位化学基础知识等章节，各章节的总结复习以及研究性课题，教师提供慕课资源，书籍资料和分子建模软件，让所有学生统一准备，课堂上抽签进行讲解，在授课过程中，要求其他小组必须提问，教师在课程结束时对各小组所准备的课件进行补充点评，我们也将翻转课堂教学纳入了考核评价，提高了课程总结笔记，课堂提问，翻转课堂课件等分数项的比例。翻转课堂授课方式有效的活跃了课堂气氛，提高了课堂参与度，也增强了学生的学习能力和思辨精神。

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>> 关于宇宙—经验不够，理论来凑 风格不够 配饰来凑 画不够，文来凑 戏不够，双胞胎来凑？ 饭不够汤来凑功能不够插件帮忙 《别让我走》深沉不够 爱情来凑 高质量的秀不够，showroom来凑 气质不够设备来凑 简听发光耳机 凯迪拉克ATS―L：时间不够？弹幕来凑！ 钱不够 政策凑 球员不够教练凑 字数不够妙招凑 气色不够唇色凑 客流不够政府凑 显存不够内存凑 小个子博主的显高穿衣术 身高不够 衣品来凑 孩子睡不够 喜欢吃来凑 宇宙队员来报到 气血不够 艾灸来补 宇宙演化的最新理论 常见问题解答 当前所在位置：中国 > 政治 > 关于宇宙—经验不够,理论来凑 关于宇宙—经验不够,理论来凑 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者： 泽亚·梅拉里")

申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 许多研究者认为，只有当物理学不仅能够解释空间和时间的表现，还能解释其起源时，它才算是完整的。

“想象一下，有一天你醒来后，突然意识到自己生活在一个电脑游戏中—”加拿大物理学家马克·范拉姆斯东克说。这听起来像是科幻电影，但对他来说，这个场景是思考现实的一种方式。如果这是真实的，“我们周围的所有东西—整个三维物理世界，就是别处一个二维芯片的编码信息所产生的幻觉。”也就是说，我们的宇宙及其三维空间，只是低维度基质所投射出的全息图（hologram）。即使从理论物理学的一般标准来看，这种“全息原理”也是很奇特的。

不过有一小部分研究人员认为这还不够奇特，范拉姆斯东克就是其中之一。他们认为，如果现代物理的两大支柱，广义相对论（把引力描述为空间和时间的弯曲）以及统领原子世界的量子力学，都不能解释空间和时间的存在，其他现有理论就更不可能了。

范拉姆斯东克和同事确信，只有解释出空间和时间的起源，物理学才是完整的。而这样的构想将需要大胆的设想，例如“全息图”概念。只有对现实进行激烈的概念重建，才能够解释，当黑洞中心无限致密的“奇点”将时空结构扭曲得超越了我们所有认知时，到底发生了什么；这也是研究者统一原子尺度的量子理论与星际尺度的广义相对论的唯一途径。已经有几论物理学家在为这个大统一理论而奋斗。“所有的经验告诉我们，不应该存在两个关于现实的截然不同的基本观念—必然存在一个可以包罗万象的宏大理论，”美国物理学家阿布依·阿希提卡如是说。找寻这样的宏大理论是一个艰巨的挑战。

本文介绍了一些有前景的研究理论以及一些用于检验这些理论的新观点。 热力学引力

有哪些证据显示，存在比空间和时间更基本的东西？

20世纪70年代初，当量子力学和引力与热力学之间的联系越来越清晰时，一系列惊人的发现给出了一个令人兴奋的线索。

1974年英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金证明，黑洞周围空间的量子效应使得黑洞向外释放热辐射。其他物理学家很快验证了这种现象的普遍性。

1995 年，美国物理学家特德·雅各布森把这两个发现合并为一，假设空间中的每一点都处在一个微小的“黑洞视界面上”，每一点都满足“熵—面积”的关系。在这样的假设下，他发现只需利用热力学中的概念，通过数学方法就可以得到广义相对论的爱因斯坦方程，而不需要时空弯曲的观点。

2010年，这个观点又被荷兰弦理论学家埃里克·韦尔兰德推进了一步。他证明了无论时空的组分是什么，它们的统计热力学都能自动地生成牛顿万有引力定律。印度宇宙学家他努·帕德马纳班也发现，爱因斯坦方程可以写成一种与热力学定律一致的形式，引力的许多其他理论也可以做这样的改写。帕德马纳班正在尝试用热力学的方法来解释暗能量的起源和大小。 因果集

加拿大物理学家拉斐尔·索尔金是因果集理论的先驱，这个理论假设时空的基石只是简单的数学点，通过一条条链连接起来，每条链都从过去指向未来。每一条这样的链都是因果关系的简要表示，意味着较早的点会影响较晚的点，但反之不成立。这样形成的网络就像一棵不断长大的树，逐渐长成了时空。“你可以想象空间从许多点中产生，与温度从许多原子中出现是类似的。”索尔金说，“问‘一个原子的温度是什么？’这个问题是没有意义的，只有对于一大堆原子，温度的概念才有意义。”

上世纪80年代末，索尔金利用这个理论框架来估算可观测的宇宙所包含的点的数目，他还推测出，这些点应该都会产生一种微弱的内在能量，最终导致了宇宙的加速膨胀。几年后，暗能量的发现证实了他的推测。“人们通常认为量子引力的预言是无法检验的，但这就是一个可检验的例子。”英国量子引力学家乔·亨森说，“如果暗能量的值更大或者为零，因果集理论就被排除了。” 全息

范拉姆斯东克根据全息原理，提出了一个完全不同的关于时空起源的观点。黑洞以类似全息图的方式将全部熵储存在表面，受此现象启发，美国弦理论学家胡安·马尔达塞纳，首先给出了黑洞全息原理的准确数学表达式。这一极有影响力的全息宇宙模型发表于1998年。在这个模型中，宇宙的三维内部包含着仅由引力控制的弦和黑洞，而宇宙的二维边界包含的粒子和基本场，则满足没有引力的普通量子定律。三维空间中，假想居民看不到二维边界，因为它是无限远的。但这并不影响数学推导：在三维宇宙中发生的任何事情，都可以等价地用二维边界中的方程很好地描述出来，反之亦然。

2010年，范拉姆斯东克研究了边界中的量子粒子相互“纠缠”（这意味着测量一个粒子会不可避免地影响到另一个）的情形。范拉姆斯东克总结说，三维宇宙实际上是被边界上的量子纠缠扯到一起的。在某种程度上，这意味着量子纠缠和时空是同样的东西。或者就像马尔达塞纳指出的那样，“这说明量子是最基础的，时空是由其衍生出来的。”

更多内容，详见《科学美国人》中文版《环球科学》2013年12月号 新知科技改变生活

【上月球种菜】人类未来能否在月球上生活？科学家打算先尝试在月球上种菜。按照计划，NASA将在2015年，通过一艘商业太空船，向月球运输一些植物种子以及适合这些植物生长5至10天的材料。植物的生长过程将被全程记录并传送回地球，以对比植物在地球与月球上的生长差异。

—中国青年报

【捕获幽灵粒子】 “冰立方” 研究项目的科学家在《科学》发文称，位于南极冰层一英里下的“冰立方”巨型中微子探测器，已发现28个来自太阳系外的高能中微子。中微子是一种中性粒子，可不受干扰地笔直划过宇宙，通过反向查找这些粒子的源头，科学家将可以得到各种宇宙事件的第一手资料。

—环球科学杂志社

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原子物理学是研究原子结构、运动规律及相互作用的学科，是物理学专业的基础课程，也是核类专业重要的专业基础课程，上承经典物理学，下接量子力学和原子核物理等重要课程。相比经典物理学课程原子物理学有很大差别，首先，原子物理学课程不像普通物理学课程从基本物理概念和物理规律出发进行严密的理论运算推导得到更普遍的基础理论，而是遵循从实践出发―理论模型建立―实践检验的认识过程，应用更多的是总结、归纳的方法；其次，研究对象是微观体系，而学生对微观现象缺乏直观的感性认识。正是由于这些差异，大部分学生在学习中感觉原子物理学知识点凌乱，理不清头绪，导致不能巩固和深化所学知识。因此，在教学中如何激发学生的学习兴趣，引导学生把握课程主线，认识原子运动规律，形成新概念，进而培养学生自学能力、思维能力、研究能力等成为原子物理学教学中需要探讨的问题。本文针对褚圣麟先生教材《原子物理学》的教学浅谈个人教学过程中的认识。

1 学习兴趣的培养

学习兴趣指一个人对学习的一种积极的认识倾向与情绪状态。学生对某一学科有兴趣，就会持续地专心致志地钻研它，从而提高学习效果。学习兴趣既是学习的原因，又是学习的结果。由此，培养学生最初的学习兴趣，促进学生在学习中找到乐趣，由被动的学习转变为主动学习、好学、乐学，在培养学生的自学能力过程中具有重要的意义。如何培养学生对原子物理学学习的兴趣，笔者从教学实践中总结如下几个方面。

1.1 结合物理学史增强学习内容的趣味性

原子物理发展史料丰富，若将史料运用于原子物理教学中，将起到事半功倍的效果。在授课中将原子物理学发展史融入知识的传授可增强学习的趣味性。如电子发现最早进行试验的并不是汤姆逊，试验结果最精确的也不是汤姆逊，但汤姆逊是第一个敢于突破常规认识而提出新粒子是电子的人，这一简介让学生明白科学研究中要尊重科学事实，敢于突破传统认识；讲述量子化概念提出时介绍普朗克为解释黑体辐射提出量子化概念的历程，由于这一崭新理论与经典理论的冲突，普朗克本人也不是特别坚决，此后他曾试图放弃量子论，用经典物理学方法重新解决黑体辐射问题，但均未成功，让学生认识科学发展中开创性革新的不易。可以说原子物理的发展中，充满对已有思想观念的颠覆和新思想的建立，这些都需要科学怀疑和批判精神，充分说明科学无绝对权威，科学怀疑精神和独立思考是科学进步的动力。通过物理学史的介绍，能在课堂上吸引学生的注意，使课堂气氛活跃，激发学生对原子物理学的兴趣，在轻松快乐的氛围中学习，同时学习科学的批判精神，培养学生创新能力。

1.2 结合课程内容介绍原子物理学中的难题激发学生钻研兴趣

好奇心和探索欲望是科学研究的原动力，在教学中通过介绍课本中出现而尚未完全认识明白的物理概念、物理问题，能极大激发学生的认识和探索欲望，教师可引导学生对相关问题的研究现状进行调研并汇报，在这一过程中既能促进学生了解学科的研究前沿，也能使学生加深对基本物理概念、原理的认识，同时有助于培养学生的实践能力和初步的科研能力。在原子物理学教材中有不少世界性的难题，如，在索末菲椭圆轨道理论和相对论效应中提出的精细结构常数所包含的物理含义、数值为什么刚好约为1/137；为解释光谱精细结构产生而引人的电子自旋的概念人们是否已经完全认识清楚等，这些问题在教学中可充分利用，调动学生的探索欲望，激发学生的钻研兴趣。

1.3 结合物理学发展前沿介绍激发学生研究兴趣

原子是从宏观到微观的第一个层次，物质世界各个层次的结构和运动变化相互联系、相互影响，很多其他重要学科和技术的发展以原子物理为基础，在课程教学中结合课程内容穿插原子物理学与相关学科的交叉及原子物理学发展的前沿介绍，可激发学生学习兴趣和钻研热情。如讲述α粒子散射实验时，介绍原子碰撞研究方法已经发展成为一个重要的研究方向，涉及各种基本粒子与原子和分子碰撞的物理过程等；讲述激光原理时，介绍激光技术的发展及其对原子物理学发展的促进，介绍我国激光领域研究的国际地位等。学科前沿的介绍能帮助学生认识学习本学科的社会意义及其与个人的关系，有助于激发学生学习的社会责任感。

2 把握课程主线

原子物理学的内容不像经典物理学具有严密的逻辑体系，因此在教学中拎?课程的主线有助于学生系统的掌握课程的知识内容。对原子结构的认识发展，课程以光谱分析法为主线：从原子光谱规律出发，原子光谱规律的变化可以反映出原子内部能级的特点，进而探究原子内部的作用及其规律。对原子内部作用的认识，课程以量子力学中的角动量概念为主线：从玻尔氢原子理论的角动量量子化假设的提出，到单电子的轨道角动量与自旋角动量的耦合解释精细结构的产生，及两个电子体系的LS耦合和JJ耦合等，并进一步明确角动量与磁矩概念的对应，角动量耦合的本质是粒子间电磁相互作用，自旋和轨道运动的相互作用引起原子能级的分裂和塞曼效应能级分裂在本质上是相同的。

3 讲清基本概念

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第一，为实体经济服务的虚拟经济严重脱实向虚

一般意义上而言，实体经济是指人们针对吃、穿、住、行、娱乐、医疗、教育等进行的生产活动，实体经济是社会运行和发展的基础，以金融为代表的虚拟经济则是实体经济的血液，扮演着连接实体经济或为实体经济提供服务的角色。但目前的状况却是金融严重脱实向虚，金融服务实体经济出现各种梗阻，中小企业贷款难、环节多、成本高，资金在金融体系内玩钱生钱的游戏，自我创新、自我循环、自我膨胀。金融和实体经济之间出现了严重分化，实体经济发展艰难，金融自己也玩出了问题，比如接连爆发的亚洲金融风暴、华尔街金融危机等，实体经济不振，才是金融最大的风险。

第二，“过度”让实体经济呈现虚假繁荣

实体经济是以人为出发点和归宿进行的生产活动，然而从实际情况来看，许多行业往往追求过度生产，忽略了人本身的需求。比如教育过度、医疗过度的问题。不管是中国的教育还是大家推崇的西方精英教育，都存在着教育过度的问题。事实上，过度教育的概念都是由美国人理查德・弗里曼首次提出的，西方教育过度的表现是接受高教育的人拿不到高薪水、事业期望不能实现，同时技能高于所在岗位的要求。而我们的教育则是应试成分太浓，从幼儿园到本科、硕士、博士，接受了几十年的教育，在实际工作中不仅技能不足，甚至连基本的做人准则也有问题。而本应以人的健康为本的医疗，则出现了屡见不鲜的过度治疗，人不是病死的，而是被治死的。

第三，实业的范畴需要重新界定，尤其是将精神文化产品生产行业错误地定义为虚拟经济

长久以来我们存在一个错误的观念，那就是物质生产是实，文化生产是虚。事实真的是这样吗？在周广文博士看来，精神比物质更重要，数字、体育、影视、游戏等产业不应该是虚拟经济的范畴，而是属于实业范畴。

第四，以人为本的实体经济，更应强调人与自然的整体和谐，否则，以人为本就没有了意义

我们在发展实业的同时，一定不能以破坏生态为代价，要懂得克制，眼光要长远，格局要大。不仅要用生态和谐的观念建设实业，还要把生态建设和保护工作当作实业的一部分，正是新实业的题中之义。

新实业的“新”有哪些内涵？

新实业的新是在“实”的框架下，从需求、满足需求的实现方式以及组织形式三个层面来表现的。

第一，在互联网时代，人们的衣、食、住、行、教育、医疗、娱乐、环境需求呈现出新的方式，具体表现为如下：

（1）衣：个性化、批量定制化、柔性定制化、社群部落化、时尚趋势的多元和小众化、材料科技化、创意化。

（2）食：关注食品来源、营养成分比例、绿色无公害、食物搭配、色香味俱全、饮食环境、饮食文化。

（3）住：注重安全性、品质感、私密性与社交性并存、多功能体验等，存在生态住宅、绿色建筑、能源+住宅、低耗能住宅、可持续住宅等多种需求。

（4）行：方便快捷、降低成本、节约能源、提高能效、减少污染、有益健康。

（5）教育：学校成为学习共同体、学习时间弹性化、教师的来源和角色多样化、学习机构一体化、学习内容定制化、个性化、家校合作共育、课程指向生命和真善美。

（6）医疗：养老产业、分级诊疗、精准医疗、基因工程、3D打印器官、机器人手术。

（7）精神：内容多样化、渠道国际化、网络服务、数字出版、网络游戏、新兴媒体。

（8）环境：治理紧迫、环保标准提高、人与自然和谐相处。

第二，满足新需求需要新的生产方式，这些新生产方式包括P2P（对等网络传输）、社会化定制、大数据、人工智能、云计算、工业4.0、智能制造、3D打印、C器人，等等。

第三，除了传统的公司形式，在新需求和新的生产方式的背景下，出现了新的组织形式，具有代表性的有金桐网无组织的组织化、韩都衣舍的小组制生产、中科金财的阿米巴+合伙人制、美国鞋类电商Zappos实行的合弄制。

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[关键词]；理论；实践；解释；指导

中图分类号：A81 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）02-149-01

一、理论来源于实践，又反过来指导实践

强调，“理论”与“实践”要统一，或者说“理论”与“实际”相联系，这包括理论来源于实践，又反过来指导实践两个方面。但是，在实际运用中，却往往容易只强调“实践第一”的方面，而只重一个方面，这就又容易陷入“实践哲学”或“实用主义”中。这时还是要运用辩证法这个黑格尔所称的“约略于上帝的力量”加以分析。实际上，不仅是马克思，像道教的“阴阳”、佛教的“色空”、儒家的“中庸”等也都含有辩证法的意蕴，当然他们还有朴素辩证法、形而上学与唯物辩证法的区别。而理论联系实际的辩证法的另一面，就是理论对实践的指导作用。实际上，事实是过往所有人类所认知的所有现象的总合，不能以个别、片面的现象否定事实共相，同样，实践是过往所有人类过往所有社会活动的总合，不能以个体、片面的活动否定实践一般。而从这实践一般基础上总结、升华出来的理论就不仅对过往既成实践具有解释力，也对未来实践具有指导和规范作用，不能一切都要试过再说。否则，理论就成了跟在实践后头的仆人或跟班，只能起起总结、解释的作用，如何能稍稍高于实践来指引实践呢，马克思说过往的“哲学家们只是用不同的方式解释世界，而问题在于改变世界”，就是针对这一倾向提出批评的。

中国哲学既然偏爱形象思维，就打些比喻来说明。比如，多数人依据杀人者必受到惩处的过往实践或间接经验会得出不能杀人的认识，非有人不信就要去试一把，结果不过是又用实践重复验证了一回而已。还有吸毒有害的认识，也是不信别人的间接经验，非要自己亲自实践，结果仍不过是重复验证。

二、理论具有社会发展的规律性把握和可预测力

在量子力学的“几率说”或“或然率”出现以前，以往理论多是按照“因果决定论”来把握规律或预测趋势，比较强调必然性。如《圣经》是通过神启或先验预测未来（实际也是知史鉴今，以过去因知未来果，东方朔也是以前知500年来后知500年的），《易经》是通过建立某种数学模型预测未来，则通过生产力与生产关系的矛盾运动来把握社会发展的规律等。但在“几率说”或“或然率”出现后，偶然性的成分增加了，一些人就认为，理论对过往既成实践具有解释力，但还能指导和预测未来人类实践吗？何况科学突飞猛进，“相对论”、“量子力学”、“多普勒频移”、“哈勃定律”、“宇宙大爆炸”、“宇称不守恒”、“暗物质”、“波光两重性”、“测不准原理”、“混沌理论”、爱因斯坦的“能量场”、“蠕虫洞”、以及道家的“经络”、“气”等新事实还在不断被发现或验证。

三、理论都是有期效的，但在特定时间段内相对稳定，不能轻言过时

德国诗人歌德在诗剧《浮士德》中曾借由魔鬼的话说“理论是灰色的，而生命之树常青”，列宁在《论策略书》也曾强调：“者必须考虑生动的实际生活，必须考虑现实的确切事实，而不应当抱住昨天的理论不放，因为这种理论和任何理论一样，至多只能指出基本的和一般的东西，只能大体上概括实际生活中的复杂情况”。既然实践常常在变，理论总是跟不上还有何意义呢，岂不是时时落后、时时得变？但是强调要具体地、历史地看问题，从不标榜自己是永恒真理，这就表明的与时俱进乃至消亡都是必然的。列宁也曾指出：“只要再多走一小步，看来像是朝同一方向多走了一小步，真理就会变成错误”。《佛经》《圣经》2000多年了还有未过时之处，而才150多年也不能轻言过时，至少在可预见的一段时期之内还看不到过时的理由，正如马克思一方面指出：“这些原理的实际运用，正如《宣言》中所说的，随时随地都要以当时的历史条件为转移”，但另一方面也强调：“不管最近25年来的情况发生了多大的变化，这个《宣言》中所阐述的一般原理整个说来直到现在还是完全正确的”。

四、坚持立场观点方法，发挥科学理论对实践的指导作用

之所以能指导实践，就因为它是科学。马克思曾经指出了理论对实践的指导力：“理论一经掌握群众，也会变成物质力量”。而这种指导力如何实现呢？马克思指出：“理论只要说服人，就能掌握群众；而理论只要彻底，就能说服人。所谓彻底，就是抓住事物的根本”。而之所以能指导实践，就因为它是科学，之所以它是科学的，就因为它抓住了事物的根本，探究到了社会发展的规律，而这又是迄今为止不断被实践所证明了的。

参考文献：

[1]马克思，恩格斯.马克思恩格斯选集：第1卷[M].北京：人民出版社，1995.

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【关键词】半导体物理与器件课程；物理学史；定性分析；形象化教学

0 前言

随着半导体技术和集成电路的飞速发展，现代半导体产业已经形成了设计―制造―封装测试的完整产业链，其应用覆盖了电脑、汽车电子、激光器、太阳能电池、光纤通讯、半导体照明及平板显示等各个领域，年销售额超过3000亿美元，已然成为国民经济发展中的重要战略产业[1]。作为掌握半导体技术的一门先导性课程，半导体物理与器件课程旨在研究半导体材料和器件的基本性能和内在机理，是研究集成电路工艺、设计及应用的重要理论基础。该课程理论较为深奥、知识点多、涉及范围广、理论推导复杂、学科性很强，对于学生的数学物理的基础要求较高[2]。而现行的教材特点及传统教学方式大都强调繁琐的理论推导，容易使学生陷入“只见树木，不见森林”的境地，在茫茫的公式海洋中逐步丧失学习兴趣，影响了课程的教学质量。因此迫切需要对这些问题与不足进行改革，优化和整合教学内容。本文从注重物理学史的介绍、理论推导与定性分析相结合、利用形象化教学、注重理论和实践相结合以及培养学生查阅文献能力五个方面，对课程的教学改革进行了若干思考，力求为学生呈现一个条理清晰、理论分析简练、物理图像明确、多方互动的教学过程，逐步培养学生学习半导体物理与器件课程的兴趣，促进教学质量的提高。

1 加强半导体物理学史的介绍

物理学是研究物质的组成及其运动规律的基础科学，是自然科学的基础。而物理学史是研究物理学概念、定律和定理的起源、发展、变化，揭示其发生、发展的原因和规律的一门学科，充分体现了人类认识自然界由简单到复杂、由表面到本质的认知过程，其中包含了大量的方法论和认识论，蕴涵了丰富的科学素质和人文精神。打个比方，在教学中讲物理学理论，会给学生以知识，而讲物理学史，则会给学生带来智慧。牛顿说过：“如果说我比别人看得远一点，那是因为我站在巨人的肩上。”著名的物理学家朗之万也曾指出：“在科学教学中，加入历史的观点是有百利而无一弊的。”因此在半导体物理与器件的教学过程中，适当穿插物理学史的内容，把物理知识的来龙去脉作出历史的叙述，不但能激发学生学习兴趣、活跃课堂气氛，而且还具有以下两方面的作用：首先有助于学生对半导体物理与器件知识点的系统化。记忆一段充满探索者思索与创造、艰辛与执着、悲欢与激情的历史肯定要比一堆单纯、枯燥的公式容易多了。例如，半导体物理的理论基础就是量子力学，而量子力学之所以出现就在于诸多经典物理学无法解释的实验现象。从黑体辐射引出了普朗克的辐射量子化假设、光电效应引出了爱因斯坦的电磁波能量量子化、分立原子光谱的观测到原子模型的建立过程、再到德布罗意物质波理论、薛定谔方程的建立和求解以及能带理论的建立等等，了解了物理学史的发展，就系统地串联了课程的知识点；其次有助于培养学生的科学素养。科学素养与知识相比是更深层次的东西，是对知识本质的理解、内化和激活，它包含科学知识、科学思想、科学态度和科学方法。把知识教育的基本内容同历史发展过程结合起来，让学生了解科学家发现物理概念、物理规律的历史过程，循着科学家的思维方法和探索途径来“发现”物理概念和规律，敢于持怀疑、辩证的态度来看待科学问题，学会运用观察和实验、类比和联想、猜测和试探、分析和综合、佯缪和反正、科学假设等科学方法来研究问题，使自身的科学素养得到提升[3-4]。

2 理论推导与定性分析相结合

半导体物理与器件课程最典型的特点就是公式多，理论推导复杂，通常要求学生具有较高的数学物理基础。但是如果一味地追求理论推导，则容易让学生陷入困境，不知所措。例如在讲解量子隧道效应的时候，通常需要先求解一维无限高方势阱中粒子的薛定谔方程，以获得粒子在势阱中的波函数分布，然后再求解一维有限高方势阱粒子的波函数。这两个步骤涉及了大量的理论计算，尤其是后者的计算更为复杂，完全推导完需要耗费大量的时间和精力，也容易使学生感到反感。实际上，在求解获得一维无限高方势阱中粒子的波函数之后，就可以采用定性的方法去分析有限高势阱中粒子的运动行为。在一维无限高方势阱中，由于假设了边界处势垒能量是无穷大，因此波函数的导数在边界处是不连续的。然而在有限高势阱中，由于边界处的势能是有限值，因此不仅波函数在边界处连续，其导数在边界处也必须连续。可以想象，其波函数在边界处一定是渐变的，势必延伸到势阱外，亦即波函数在势阱外也不为零，说明势阱中的粒子有通过势垒的可能性。按照经典物理的理解，粒子将会百分之百被势垒弹回，而不可能通过势垒，但在量子力学中就完全不同了，一部分粒子将穿透势垒到势阱外，这种现象就称为隧道效应。同样在考虑粒子穿透势阱的概率问题。也可以采用定性分析的方法。例如，粒子的质量、具有的能量、势垒的高度、还有势垒的厚度，它们与穿透概率之间可能的关系是什么。采用类比的方法引导学生进行定性分析，好比一个人要穿越一堵墙壁，如果墙的高度一定，那么弹跳能力好的人，肯定更容易翻墙而过。弹跳能力的好坏可以视为粒子具有的能量大小，因此可以很直观理解，穿透概率和粒子能量的若干次方成正比关系，能量越大，越容易穿越。同样可以举墙壁高低、胖子瘦子翻墙等例子来定性探讨微观粒子的隧穿行为。

3 充分利用形象化教学

为了能够让学生直观理解半导体物理与器件中各种抽象的物理概念、模型，需要采用形象化教学方法。一方面要利用现代多媒体教学手段，制作必要的课件来模拟物理模型以及相关的物理过程。同时要善于利用周围的环境来帮助学生理解物理概念和模型。如教室里规则排列的座位和男女同学，在课程的教学中就非常有用：座位可以抽象成二维的晶体点阵，座位上全部坐男同学是一种情况，座位上全部坐女同学又是另一种情况，虽然物质构成不同了，但是点阵结构相同，很好地诠释了晶体结构等于点阵加基元的概念。利用座位还可以讨论晶向、原子线密度、晶列间距等概念。在讨论电子，空穴导电机制的时候，把坐满人的座位看着满价带，教室最前面一排空着的位置看成空带，人的移动好比电子的移动，这样很容易理解在外电场作用下，价带、空带以及导带的导电行为，同时对于电子激发后产生的空穴及运动行为也提供了更为形象的认识。再比如，利用工科班级女生远比男生少的特点，可以说明少数载流子（女生）和多数载流子（男生）的概念。假设班级有4个女生，40个男生，当有光照产生非平衡载流子时，例如产生5个女生和5个男生，显然非平衡载流子对于少数载流子的影响要远远大于对多数载流子的影响，通过这种形象类比的方式，就能帮助学生很好地理解为什么非平衡载流子都是指非平衡少数载流子的原因。

4 坚持理论与应用相结合

学习半导体物理和器件就是为了在理论知识和实际应用之间架设一座桥梁。在教授理论知识的同时，一定要多举一些应用的实例，这样不仅有利于学生理解理论知识，还可以大大提升学生学习的动力，培养专业兴趣。例如讲完量子隧道效应后，其典型的应用实例就是扫描隧道显微镜（STM）的发明。通过对STM工作原理的分析，并制作动画模拟其金属针尖扫描样品的表面和收集隧道电流的过程，激发学生的兴趣。结合PN结空间电荷区的形成以及光生载流子的知识，讲解太阳能电池的一般工作原理和设计思路，进而拓展到整个光伏产业的发展和当前形势。在电子受激辐射的基础上说明激光的产生和应用。结合能带理论和载流子的产生与复合说明发光二极管（LED）的工作原理，以及LED照明工程的发展和进展。在学习晶体管工作原理的基础上，让学生进一步了解现代集成电路朝纳电子方向发展所遇到的挑战和发展轨迹[5-6]。通过理论和实践应用的高度结合，可以让学生不光看见树木，还看见森林，理解学习半导体物理与器件是为了“学以致用”。

5 培养学生文献调研的能力

教师课堂的授课只是传播知识的一种途径，而大学的教育更重要是要培养学生的自我学习能力。网络是当今科技发展的重要产物，网络上也充满了各种各样的丰富知识，培养学生通过网络进行资料调研对于半导体物理与器件课程的学有裨益。在文献调研的过程中，让学生充分、及时地了解半导体产业发展的相关动态，学会“精读”和“略读”文献，在吸收文献知识的基础上，进一步条理化、规整化课堂所学的内容，甚至有所创新。具体教学过程中，可以针对不同的知识点，安排学生课后进行相应的文献调研和总结，并以PPT的形式做一个简短的文献汇报。让学生与教师互换角色，加强互动，互相促进。

6 结语

《半导体物理与器件》课程的教学改革是顺应半导体技术和产业发展的必然要求，尤其对于工科的学生，更要了解物理问题是从哪里来的，并发展应用到什么地方。在教学的过程中，要避免盲目繁琐的公式推导，避免单一的教学方式，通过引入物理学史、定性分析问题、形象化教学等教学手段促进学生学习的兴趣，提高课程的教学质量。积极推动高等学校人才的培养和学科建设工作。

【参考文献】

[1]施敏.半导体器件物理与工艺.2版[M].苏州：苏州大学出版社，2002.

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