量子力学基本原理的内容
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量子力学基本原理的内容范文第1篇
关键词：维势垒波函数；教学研究；化学
中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2013）26-152-01
具有一定能量E的粒子，沿着X轴运动，碰到高度为V0的势垒，按照经典力学的观点，如果E小于V，则粒子不能进入势垒，将会被完全弹回去。但从量子力学的观点来看，考虑粒子的波动性，有一部分波会穿过势垒，像这种粒子穿过比它动能更高的势垒，称为遂穿效应 [1]。在教学过程中，如果生硬的讲解该部分内容，大部分学生会不知所云，难以理解，有没有可能寻求一种容易方便学生理解的方式来讲解呢？为此我们摸索采用数值化形象教学，下面我们以一维势垒为例，利用计算机数值模拟方法，实时观察波函数是如何穿过势垒的，该方法有利于学生深入理解遂穿效应的基本原理，对教授和理解量子力学大有裨益。
在图一中给出了势垒穿透的波动示意图。向左传播一列波函数 沿着一维直线传播，碰到势垒后，一部分会有一定几率透过势垒，透射部分波函数为 。一部分会被势垒弹回去；反射部分波函数为 。为了求解波函数的贯穿，我们需要求解非含时薛定谔方程[1]
。
我们在本文中，为了实时贯穿波函数的贯穿过程，我们利用含时方法求解薛定谔方程[2，3]
。
含时波函数为：
公式中H是体系的哈密顿算符：
我们给定初始波函数，就可以利用演化算符求得任意一时刻的体系的波函数，从而观察波函数是如何贯穿势垒整个过程的。
图一：遂穿效应示意图
在数值模拟中，我们选用Eckart 势垒，具体形式为：
中心位置处在R=15bohr处。高度为0.5eV。传播初始时刻，我们构建了一个高斯波包[4，5]
波函数在不同时刻的分布情况如图二所示。初始波函数分布如图二中T=0 a.u. 所示。中心位置在22 bohr位置处， 中心能量为0.4 eV，宽度为0.7 bohr，向X轴左方向运动。传播时间1900 a.u. 时候，波函数传播到势垒位置，到时间2300 a.u. 时，波函数分布如图所示。波函数部分被弹回，可以看见图中17bohr处，波函数被弹回形成的小山峰。小山峰分布是入射波函数与被弹回来的波函数叠加而形成的震荡山峰。从图中可以很明显看出，随着时间的推移，在3100 a.u.后，波函数有两个明显的山峰分布，一个在势垒的左边，为透射波函数部分，一个在势垒的右边，是被弹出波函数部分。
图二：波函数在不同时刻的分布情况
本文以一维粒子的直线运动为例，构建初始波包，利用演化算符研究时间相关的波包与Eckart 势垒相互作用。研究了不同时刻的体系波函数的分布状态，形象的观察和研究了量子力学的遂穿效应。为量子力学的形象化教学提供了一些思路。
参考文献：
量子力学基本原理的内容范文第2篇
关键词：应用物理；课程体系；教学内容；优化整合
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0040-02
一、前言
物理学的基本原理渗透在自然科学的各个领域，被称为自然哲学，已成为相关应用技术领域的基础和源泉。应用物理专业是一个以物理学为基础，以“应用物理”为核心和特点，强调将物理学知识与实际应用相结合的专业，以培养既有一定物理理论知识，又有一定实验技能与工程技术的理工复合型人才为目标的专业[1]。可是目前许多高校的应用物理专业的培养目标无法实现，其培养质量令人堪忧，其中最迫切最重要的是应该对应用物理专业课程体系进行大力合理改革，对其传统教学内容进行优化重整。
二、应用物理专业课程体系改革和教学内容的优化重整的必要性和紧迫性
2007年2月17日教育部下发了《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》。其中强调要深化教学内容改革，建立与经济社会发展相适应的课程体系，要根据经济社会发展和科技进步的需要，及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容。要采取各种措施，通过推进学分制、降低必修课比例、加选修课比例、减少课堂讲授时数等，增加学生自主学习的时间和空间，拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣，完善学生的知识结构，促进学生个性发展。
目前的应用物理课程体系仍然主要由普通物理课程（包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学）、理论物理课程（包括理论力学、热力学与统计物理学、电动力学、量子力学）以及固体物理学构成。应用物理专业的学生经过高中物理、普通物理和理论物理的学习，发现许多课程内容重复出现，以至于相当一部分人认为没有多大差别，只是所用数学工具不同罢了，“高中用，普物用d，理物用”，这充分反映了应用物理专业主干课程体系和教学内容存在的严重问题[2]。即当今的应用物理专业课程体系和教学内容仍没有跳出传统物理学专业和物理教育专业的框架，课程体系僵化，过分强调“系统化”、“逻辑化”，传统的基础和理论物理课程内容重复而陈旧、占用课时过多。没有体现物理世界的发展性，现代性、统一性以及各学科之间的内在联系、相互交叉、相互渗透。普遍存在“重经典、轻现代、重理论、轻应用”的弊端，反映现代科学和高新技术发展成果的课程和教学内容太少，应用物理专业的“应用”特色体现不明显，学生的科学素养、理论和实际相结合的能力较差，无法实现应用物理专业培养目标[3，4]。
“知识爆炸”时代，科学技术的发展日新月异，其在经济发展进程中的作用越来越大，同时也产生了许多新兴学科。教学内容和课程体系是人才培养目标、培养模式的载体，是教育思想和教育观念的直接体现，是提高人才培养效率和质量的决定性因素[5]。因此培养应用物理专业人才的教学内容和课程体系理应满足新时期科技、经济飞速发展对人才培养的需求，所以改革现有课程体系，优化整合教学内容，提高教学效益已势在必行，刻不容缓。
三、课程体系改革和教学内容优化整合原则
课程体系的设置和教学内容的选取要符合教学规律，符合学生的认知规律，由现象到本质，由简单到复杂，同时注意到自然界是普遍联系的，不人为割裂自然科学的内在联系，理论和原理是经典的，但应用要是现代的，按照“少而精”的原则，对传统教学内容实行量的精选、压缩与质的提高。对现有的普通物理（包括力学、热学、电磁学、原子物理学）和理论物理（包括理论力学、热力学与统计物理学、电动力学、量子力学）进行优化整合，绝不搞简单缩减，重新设置课程体系，并对课程开设顺序和时间做出科学合理的安排，同时注入现代化的教学内容，将近代物理和科技发展的最新成果纳入新的课程体系和教学内容，及时反映科学技术研究的新成果，使学生及时了解学科发展前沿的新成就、新观点、新动向。缩减传统课程门数及学时数，以便增开其它应用物理课程及学时数。
四、课程体系改革思路和优化整合的教学内容
1.力学和理论力学优化整合成力学理论。如今许多应用物理专业第一学期就开设普通物理课程力学，到第五或第六学期再开设理论力学，而理论力学前面相当大一部分是和力学内容重复的，如质点运动学、质点动力学、质点组运动学、质点组力学、刚体力学等内容重复量大，这不仅降低了学生学习新知识的兴趣，且浪费了很大一部分教学课时。同时力学课程要求采用微积分、矢量分析、微分方程等高等数学知识研究处理“变”的物理问题，这和学生刚开始接触高等数学知识相矛盾，教师在授课时不得不降低要求讲解，造成学生后续学习理论性强的理论力学的难度增大，教学效果降低。因此打破原有力学和理论力学界限，将它们优化重组成力学理论课程，删除牛顿力学重复部分，去除相对论部分，将这部分移到电磁理论中讲解，力学理论安排到大学第二学期开设，这时学生们的高等数学工具应用较为熟练，已具备了处理“变”问题的科学思维方法和能力，有利于教学质量的提高。精简、优化整合后的力学理论包括：质点力学、刚体力学、非惯性系力学、振动与波、连续体力学、虚功原理、拉格朗日方程、哈密顿正则方程、哈密顿原理、泊松括号与泊松定理、正则变换、哈密顿-雅可比理论、非线性力学简介。力学理论课程既包括牛顿力学，又包括分析力学，将研究力学问题的方法有机辩证地联系起来，物理概念清晰准确，理论体系简洁明了，兼顾了经典与现代、基础与前沿内容，为后续理论课程的学习构筑了桥梁和基础。
2.热学和热力学与统计物理学优化整合成热物理学。据统计，热力学与统计物理学中的热力学部分和统计物理学部分分别占总内容的46%和54%。热学课程中的热力学定律部分和热力学与统计物理学中热力学部分内容（温度与平衡态、物态方程、热力学第一定律、功、热容量与焓、理想气体、热力学第二定律、熵、卡诺定理等）重复率高达1/3[6]。在分子动理论和经典统计部分也有重复，如麦克斯韦速率分布律和速度分布律、玻耳兹曼分布律、能量按自由度均分定理、气体内的输运过程，所以将热力学部分与热学中的重复部分删除，将这两门课程进行优化整合，可以缩减约1/3的课时。优化整合的主要思想是贯穿从宏观到微观，从单个质点到大数量粒子构成的系统这一线索。在热学部分介绍经典热学、热学最新动态、热学在新科技中的应用，统计物理学部分以系综理论为主线，融宏观与微观理论于一体，立足于微观量子理论，从等几率原理出发，循序渐进地阐明统计物理学理论，运用统计物理学理论导出热力学基本定律，将统计物理学概念与宏观热现象相联系和对应，实现热现象的宏观理论与微观理论的有机融合。优化整合后的热物理学内容包括：热力学第零定律与温度、状态方程、气体分子运动论的基本概念、气体分子热运动速率和能量的统计分布率、气体输运过程、功、热量、热力学第一定律与内能、热力学第二定律与熵、固体和液体、相变、统计物理学基本原理、孤立系统、封闭系统、热力学函数及其应用、气体性质、开放系统、量子统计理论、涨落理论、非平衡态统计物理。
3.电磁学和电动力学优化整合为电磁理论。电磁学和电动力学都是研究电磁场基本性质、运动规律及其与带电物质之间的相互作用。电磁学侧重于电磁现象的实验研究，从对电磁现象的研究中归纳出电磁学的基本规律，而电动力学侧重于理论研究，以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究静态、时变态条件下电磁场的空间分布和运动变化规律，以及带电粒子与电磁场的相互作用等问题。考虑到电磁学与电动力学在内容上是相互统一，相互渗透的，可以将它们优化整合成电磁理论课程，将电磁学与电动力学的内容适当贯通，既分层次，又平滑过渡，避免不必要的重复。具体如下：由库仑定律引出电场、电场强度的定义，电通量、高斯定理及场强的计算，由电场力作功的特点引出环路定理、电势、电势的计算；由毕奥-萨伐尔定律引出稳恒磁场的计算、环流和旋度、散度；由电场强度与电势的关系引出真空中的泊松方程与拉普拉斯方程；介绍介质的电磁性质、场与介质的相互作用、静电场边值关系与唯一性定理，运用泊松方程与拉普拉斯方程计算真空与介质中的场强与电荷分布，介绍静电场分离变量法、镜像法；由稳恒电流导出静磁场，由电场中的标势引出矢势、磁标势；对电磁感应、麦克斯韦方程组、电磁波辐射与传播、狭义相对论均单独设章节介绍。对超导、等离子体、巨磁电阻等做简要介绍，丰富理论与实际应用的联系，电路和交流电内容放电工学课程中讲解。
4.原子物理学和量子力学优化整合为近代物理学。原子物理学侧重于原子光谱实验现象的解释、物理思想和物理模型的建立，量子力学是在对原子光谱研究的基础上发展建立起来的理论体系，侧重于微观本质，理论性强。原子物理学的实验研究促进量子力学的不断发展，它们联系紧密，相互促进，其研究对象存在重复，导致目前许多原子物理学教材中的量子力学导论部分内容和量子力学教材存在大量重复，如玻尔氢原子理论、波粒二象性、不确定性原理、波函数及其统计解释、薛定谔方程、平均值计算、氢原子薛定谔方程解、康普顿散射效应、碱金属原子光谱精细结构、塞曼效应等。因此必须对这两门课程进行优化整合，形成新的知识结构体系，其思路是：通过对原子现象的发掘，引出其量子力学的理论本质，同时通过量子力学理论的建立和运用，来研究原子等微观体系的特性。优化整合后的基本内容为：经典物理遇到的困难、玻尔氢原子理论、状态与薛定谔方程、力学量与算符、中心力场、电磁场中粒子的运动、矩阵力学、微扰理论、电子自旋、多电子原子、外场中的原子、多体问题、分子结构和能谱、散射。这样优化整合后课程所需学时会比优化整合前大大减少。
五、整合后专业课程的开设时间安排
根据学生的认知特点和规律、应用物理专业课程之间的关联，优化整合后的课程开设顺序可以这样安排：大学一年级注重增加高等数学教学课时，将高等数学进度尽量前推，大学第二学期开设力学理论、第三学期开设光学和电磁理论，同时开设数学物理方法为后续课程做好准备，第四学期开设近代物理学，第五（或四）学期开设热物理。这样的调整安排能留出更多时间来开设其他应用物理专业课程，有利于学生的就业或继续深造。
六、教学改革的预期效果
1.重构应用物理主干课程体系，避免了基础课程和理论课程教学内容的重复，优化教学内容，缩减课程科目，节省大量课时，将会大大提高教学效率。为应用物理课程的开设、选修课的开设及学生的个性化发展提供了时间条件，突出了应用物理、技术课程的地位和专业特色。
2.为应用物理培养目标的实现，培养合格的应用物理人才提供了可靠保障，课程体系的改革和教学内容的优化重整适应和满足社会发展和科技前沿的需求。教学内容富有现代性，开放性，渗透新的教学内容和思想，使应用物理专业学生在理论与实践技术方面具有复合型的知识结构，为他们今后的创新发展提供坚实基础。
参考文献：
[1]王蜀霞，王新强.应用物理专业课程体系改革实践[J].重庆大学学报（社会科学版），2001，7（05）.
[2]陈波.应用物理学专业《热学》与《热力学与统计物理》课程整合之初探[J].中山大学学报论丛，2004，24（01）.
[3]富笑男，刘琨.应用物理学专业人才培养模式的探索与实践[J].郑州航空工业管理学院学报（社会科学版），2009，28（04）.
[4]石东平，龙晓霞，程正富，代武春，杨守良.物理学专业应用型人才培养课程体系改革探索与研究[J].重庆文理学院学报（自然科学版），2009，28（06）.
[5]陈波.应用物理专业物理类基础课的课程体系改革之探讨[J].中山大学学报论丛，2004，24（03）.
量子力学基本原理的内容范文第3篇
关键词 物理学 分析 前景
中图分类号：G642.0文献标识码：A
Physics Professional Analysis
ZENG Daimin[1], LI Yong[2]
([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;
[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)
AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.
Key wordsPhysics; analyse; prospects
物理学是研究物质运动和相互作用的规律的科学，是除数学外最基本的一门学科。物理运动是自然界最普遍的一种现象，因此物理学研究的对象和内容就是宇宙间各种物质的性质、存在状态、各种物理运动形式及其转化现象、物质的内部结构及这些内部结构的组成部分，物理领域的各种基本相互作用及其规律。由于一切物理现象都在时间、空间中表现出来和发生运动和转化，所以物理学也要研究时间和空间的性质、联系等。 进行物理学研究，首先是观察各种客观物理现象，再从许多表象性的现象中，揭示基本规律，建立较为系统的理论。物理学研究除了要依靠好的科学方法外，还要取决于认知工具。工具越先进，研究效率越高，成果越显著。 物理学在发展过程中形成了一套完整的科学方法，它对其他学科的研究，乃至哲学发展，都有重要意义。①重庆大学物理学专业从2008年开始正式招生，到现在，第一届学生即将进入大四。通过这几年对物理学专业学生的培养，我们有一些体会，与同行共勉。
1 专业方向设置
1.1 理论物理方向
理论物理学从各类物理现象的普遍规律出发，运用数学理论和方法，系统深入的阐述有关概念，现象及其应用。理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。理论物理的研究领域涉及物理学所有分支的基本理论问题。理论物理是在实验现象的基础上，以理论的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物质运动的基本规律，从而解决学科本身和在高科技探索中提出的基本理论问题。重庆大学物理学院理论物理方向目前包括：高能物理、引力波、天体物理、量子信息与量子通信等几个分支。
1.2 凝聚态物理方向
凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。特别是上世纪八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体物理、磁学、低温物理和电介质物理等的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许 多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理与团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一。由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。
2 主干课程设置
重庆大学物理学专业的主干课程有力学：使学生比较系统地掌握力学基础知识，且能比较灵活加以应用。培养学生独立分析问题与解决问题能力，初步培养学生的唯物主义世界观。主要内容有质点运动学、牛顿运动定律、动量守恒定律和动量定理、功和能与碰撞问题、角动量、刚体力学、振动和波。热学：使学生掌握物质热运动形态的规律性和热运动与机械运动，电磁运动等其它基本运动形式之间转化的规律性。掌握统计规律性和统计的方法以及物性方面的知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。主要内容有热力学第零、第一、第二定律和熵、分子运动论、输运过程、固体和液体及相变。电磁学：使学生全面地、系统地了解和掌握电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律，具有一定的分析和解决电磁问题的能力，为后继课程奠定必要的基础。主要内容有静电场、静电场中导体和电介质。稳恒电流、稳恒磁场、电磁感应、磁介质、交流电初步、麦克斯韦电磁理论和电磁波、电磁单位制。光学：使学生比较系统地掌握光学的基本知识，主要讲授几何光学、波动光学、量子光学初步和光学应用。原子物理学：使学生掌握原子结构的性质和一般规律，掌握和了解核的性质与核能利用，了解粒子的基本性质。讲授卢瑟福模型、氢原子的玻尔理论、量子力学初步、原子的精细结构、多电子原子、X射线、原子核物理概论。理论力学：使学生掌握力学的基本理论，培养学生理性思维能力。讲授质点力学、质点组力学、刚体力学、非惯性系动力学与分析力学等基本理论。热力学与统计物理：使学生掌握物质的热运动规律及热运动对物质宏观性质的影响。讲授热力学的基本定律，热力学函数、平衡及稳定条件，相平衡及化学平衡，不可逆过程热力学，最可几统计法――玻尔兹曼分布、费米分布、玻色分布，气体和固体的热容量理论，金属中的电子气体、平衡辐射，系统理论，热力学的统计表达式，非理想气体态式，涨落理论，非平衡态统计物理简介。电动力学：使学生掌握电磁场的基本属性及运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。讲授电磁现象的普遍规律，静电场和稳定电流磁场，电磁波的传播，电磁波的辐射，狭义相对论及带电粒子和电磁场的相互作用。量子力学：了解微观客体运动特点，初步掌握量子力学的基本原理和方法。课程内容包括波函数、薛定鄂方程，量子力学中的力学量，态和表象理论，微扰理论等。固体物理：初步掌握固体物理的基本原理和特点。课程内容包括晶体、晶体的缺陷和扩散、晶体振动、相图、能带论、金属和半导体电子论、固体的磁性和介电性等。数学物理方法：掌握有关复变函数、复变函数的积分、幂级数展开、留数定理、傅里叶级数、积分变换、数学物理方程定解问题、分离变数法、二阶常微分方程的级数解法、本征值问题、球函数、柱函数、格林函数、积分变换法等数学物理方法的基本知识。
3 培养规格及要求
通过四年的物理学专业学习，要求学生掌握数学的基本理论和基本方法，具有较高的数学修养；掌握坚实的、系统的物理学基础理论及较广泛的物理学基本知识和基本实验方法，具有一定的基础科学研究能力和应用开发能力；了解相近专业的一般原理和知识；了解物理学发展的前沿和科学发展的总体趋势；了解国家科学技术、知识产权等有关政策和法规；掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。具有计算机应用的基本技能。较熟练地掌握一门外国语言，具有良好的听、读、写作和会话能力，能够较顺利地阅读本专业的外文资料。
4 学生就业前景分析
重庆大学物理学专业的培养目标是：培养具有宽厚扎实的物理学基础、综合素质优秀，并且具有良好数学基础和实验技能，能在物理学或相关科学技术领域中从事科研、教学、技术和相关管理工作的高素质专门人才；培养良好的创新意识和科学的思维方式，以及分析和解决实际问题的能力以适应学科交叉和社会的各种需要。
物理学专业学生毕业后主要从事以下一些行业：（1）继续物理方向的深造，成为一名物理学家、物理教师。（2）从事与物理相关的一些工作，如技术工程师、发明家、研究助理等。（3）与物理关系不大的一些行业，如公务员、管理人员等。就业领域主要是：科研院所、高等院校、企事业单位、政府机关等。
总之，重庆大学成立物理学专业的主要目的是发现与培养真正热爱物理的好苗子，让他们打好基础，再继续深造，为物理学的发展做出贡献。在学习的过程中，有部分同学发现自己并不是很适合学物理，可以申请转专业，找到适合自己发展的方向。最后留下来的绝大部分同学都会继续读研深造，向着他们心中神圣的物理殿堂继续努力。实践表明，物理学专业的学生物理基础打得非常坚实，为将来的继续深造做好了准备，即将毕业的学生将有部分保送到中国科学院及各大高校，其余的同学也成为了本校硕士生导师争抢的对象。物理学专业的培养是成功的，并且也已经成为重庆大学的一个优势特色专业，它将为全国培养和输送更多、更好的物理方面人才。
基金项目：重庆大学人才引进科研启动基金（0903005104675）资助
量子力学基本原理的内容范文第4篇
关键词：科学活动观；结构化学；课程教学
一、问题的提出
“结构化学”是高等院校化学专业的主干基础课程。它从微观视角阐明原子、分子和晶体的结构、性能和应用，主要包括量子力学基本原理及其在原子与分子体系中的应用和原子、分子与晶体结构的实验表征两大部分。后者又可根据被表征物质的形态及理论基础的不同，划分为谱学和晶体学两个不同体系[1]。
由于“结构化学”课程涉及面广、内容抽象、理论性强，要求学生具备较强的空间思维能力，严密的逻辑推理能力和扎实的数理功底；同时由于“结构化学”通常不作为考研基础科目，因此许多教师对教学有效性缺乏足够重视，大量采用灌输式教学或简化教学内容。这样看似在短时间内完成了课程内容的教学，但实际上产生了诸多问题，这些问题恰恰制约着课程目标的达成。
（1）学生难以形成对知识的整体性认识。教师将结构化学知识作为一种结果和定论传授给学生，从表面上看，学生能够机械记忆基本知识，能进行简单的运用和拓展。但由于没有经历和体验知识获得的过程，无法从本质上、整体上理解结构化学的知识体系的来龙去脉、因果关系。
（2）学生关于理论与计算化学的学习和研究能力非常欠缺。由于结构化学涉及许多微观物质的结构和抽象的概念，如果没有科学的方法支撑去解决问题、发现规律，学生难以理解理论与计算化学的核心观念并运用理论与计算化学的核心方法。
（3）学生的情感体验不足。由于结构化学本身具备较高的难度，学生容易产生抵触、焦虑等一系列不良情绪。仅仅将知识作为一种工具和经验传授给学生，他们将无法体验和感受在知识形成中的愉悦感和合作、会话、交流的过程，进而难以得到需要的满足和被尊重、被接纳的情感体验。
基于以上“结构化学”教学的问题，有必要探索、建立新的教学观念以改革“结构化学”课程教学。由于科学知识从本源来讲恰恰是在科学活动中产生的，因此将“结构化学”的教学活动和科学活动做适当的融合，通过深入探索化学科学活动的基本特点和形式，研究科学活动与“结构化学”教学的相互关系，进而探索以科学活动为中心的“结构化学”课程教学途径，不失为一种恰如其分的改革视角。
二、科学活动观——“结构化学”课程教学的新理念
人们对科学本质的认识是一个不断深化的过程。从动态的和生成性的观点看，科学作为“系统化的实证知识”的观点引起了人们高度反思。有人认为科学的本质是获得知识的活动，例如，保加利亚学者T. H. 伏尔科夫曾提到，科学的本质，不在于已经认识的真理，而在于探索真理；科学本身不是知识，而是产生知识的社会活动，是一种科学生产[2]。我国学者刘大椿曾将科学更多地看成是活动的过程，指出科学是人类特有的活动形式，是人类特定的社会活动成果；虽离不开独特的物质手段，但本质上是精神的、智力的活动[3]。这种以动态的角度认识科学本质的思想，能够使人们对科学的理解更加丰富、深刻和全面。
对科学本质的理解，决定着科学教育实践价值取向。以科学活动观指导“结构化学”课程改革，对于提高教学质量，让学生建立自己的“结构化学”乃至整个化学一级学科的知识框架体系，培养学生终身学习、自主学习的能力，引导学生掌握分子模拟研究的初步技能，有着显著的优势。
（1）科学活动观视角下的“结构化学”教学是为科学知识的获得服务的。学生获得的系统性的、基础性的结构化学知识大多是结构化学已有的成果，是科学家多年来积累的理论与计算化学的经验、概念、理论、技能和方法。将知识的获得过程还原于科学活动，符合结构化学教学活动和科学活动在知识形成过程中的本质共同性，有利于学生建立并巩固系统的结构化学知识体系。
（2）科学活动观视角下的“结构化学”教学为学生能力的培养带来了良机。体验结构化学研究过程、掌握结构化学研究方法，对学生走入结构化学研究、形成理论与计算化学的研究能力并进而发展对整个化学一级学科的研究能力都有着重要的意义。学生在以科学活动为背景的学习中感受科学研究的全过程，习得科学研究方法，感受科研的意义和价值，在获得结构化学知识的同时形成与提高科研能力。
（3）科学活动观视角下的“结构化学”教学给予学生体验科研情感的平台。科学活动创造了真实的结构化学科研情境，而科学情感等隐性目标都是在情境中通过感悟获得的。学生在对结构化学问题的研究过程中提高学习兴趣、产生学习热情、发扬团队精神，这就有效解决了因知识灌输式教学而带来的学生情感体验不足的问题。
三、“结构化学”课程教学——“知识学习与能力培养”并重
1.以挑战性问题为学习驱动，构建“结构化学”学习活动
基于挑战性问题的探究式教学方法是为了设计合理的科学活动、有效实施“结构化学”教学而设计的。所谓的挑战性问题是指教师提出的一些与教学内容相关的、具有探索意义和探究价值的问题，供学生小组根据自己的兴趣和思维特点进行选择，以此作为科学活动的一个驱动性引导。在学习过程中，学生通过查找资料、相互讨论、动手实践等多种形式，采用合理的结构化学研究方法对这个问题进行深入研究，完成研究报告。
在“量子力学基本原理及其在平动、振动、转动、原子与分子轨道理论中的应用”模块的教学过程中，教师选择了从简单到复杂的系列自主学习内容，组织学生开展了以挑战性问题为驱动的自主研究性学习。
例如，教师在过去的教学过程中发现，学生对类氢原子结构的球谐波函数和径向波函数的图像理解有难度，不清楚图像的来源和图像节点的性质。为此，教师向学生介绍matlab软件，并提出挑战性问题：如何利用matlab软件编写程序语言作图，帮助理解原子与分子轨道图像。并根据这个问题，分别提出了一套由简入深的系列问题：（1）利用matlab 软件将谐振子振动波函数数字图形化，并与教材上的图形进行对比分析，以此为例说明表层理解信息（naming something）和深层理解信息（knowing something）的区别。（2）利用matlab软件将粒子围绕球面转动的球谐波函数Y及其|Y|2数字图形化。（3）利用matlab软件将类氢原子的径向函数、径向分布函数、原子轨道（径向函数R与球谐函数Y之积）数字图形化并讨论其节点问题。（4）利用matlab软件将氢分子离子的分子轨道（分子轨道理论框架下的单电子波函数近似解）数字图形化并讨论其节点与成键与反键性质。（5）设计一个程序将矩阵对角化，为共轭体系的休克尔经验分子轨道理论的近似解提供一套矩阵算法（HC=SCE在休克尔近似下变为HC=CE），并重点理解分子轨道理论的核心在于变分原理——将不可能完成的精确求解多体薛定谔方程的任务转化为近似求解体系能量函数（尝试波函数的线性组合系数为变量）的条件极值问题。
该系列挑战性问题由若干不同难度的小问题组成，根据学生的认知特点和水平逐渐提高，既防止问题太宽泛而无从下手，又逐渐向学生发出挑战以激发学生求知欲。另外，该问题的解决方法不固定，解答结果也不唯一。它允许学生运用不同的方法来解决问题，并且将分子模拟技术融入理论课程之中，通过体验编写程序的过程，获得结构化学研究的思路，深化对理论知识的理解和掌握。在学习过程中，教师作为学生学习的主导者，对学生学习过程进行观察、把握和调配，当学生学习出现困难时，提供必要的指导和点拨。
学生通过分工合作、查找资料、熟悉软件、编写程序、运行程序、优化程序，逐渐解决了每一个子问题。在这个过程中，学生在原有知识经验基础上主动构建对知识的理解，充分将知识内化为自己的认知。比如对球谐函数图像的认识，不再是机械地“记忆”每一个函数对应的图像，而是充分理解其本质，将原理融入图像的绘制过程，整体把握“数-形”关系，在理解的层面上深刻记忆图像的性质和形状。不仅如此，学生在学习过程中熟悉了结构化学学习与研究的基本方法，充分将结构化学的理论知识与分子模拟实践相结合，体验了以科研的视角去分析问题、解决问题、获得新知的过程。更加难能可贵的是，有学生通过自己绘制一维谐振子振动波函数示意图，发现了教材附图中的一处印刷错误[4]。
科学的发展是建立在继承前人的研究结果，并在科学实践过程中不断地对已有认识形成批判而发展的。例如，原子结构理论模型正是一代又一代科学家在继承、借鉴、批判前人研究成果，并在孜孜不倦地分析与探索过程中逐步建立的。这种科学精神和科学意识的形成必须依赖于科学活动。如果仅仅是读书、聆听教师的讲授，思维往往会被局限，实证意识往往会变得淡漠；相反，学生通过审慎地思考、缜密地分析、严谨的践行，不仅能够让学生认识到科学的学习不能唯书唯上，还需自己亲历躬行。
2.以知识框架图为学习工具，建立“结构化学”学科网络
要具备良好的理论与计算化学的学习与研究能力，必须具备系统化的结构化学基础知识和基本技能，从整体上、宏观上驾驭整个学科体系。学生需要将自己在科学活动中所获得的知识与经验加以总结、提炼与提升，构建自己的知识网络。在以教师讲授为主的“结构化学”教学过程中，这一点做得很不够，不是忽视知识的系统化处理过程，就是将教师自我头脑中已经构建好的体系直接传递给学生，供学生直接借鉴、吸取，而缺乏探索和整理的过程，缺失个性。
在“结构化学”的课程教学过程中，通过学生自主根据自己的知识理解状况绘制知识框架图（Schema），以图形而非文字的形式将结构化学知识加以梳理。在具体的实施过程中，教师要求学生将结构化学知识进行梳理、归类，根据具体的内容绘制相应的知识框架图，不仅仅要全面涵盖该内容内所有的知识点，同时要呈现出各知识点之间的逻辑关系，清晰地表明知识的结构属性和形成方式，使知识逐渐从“点”向“线、面”过渡。学生在绘制知识框架图的时候，不需要根据课本上的章节顺序来设计，也没有固定的思路，更希望学生能够呈现出自己对知识结构的理解。
以量子力学基本原理一章为例，学生绘制了该章的知识框架图，展现出了量子力学基本原理所包括五方面内容。这种教学方式不仅有助于帮助学生梳理结构化学知识的来龙去脉，建立科学的结构化学知识体系，形成全面的关于结构化学基本学科逻辑结构和基本学习与研究思路的认识；更有助于学生反思科学研究活动过程和结果，总结开展科学学习与研究的视角和途径，探索有待进一步学习和研究的盲点和解决策略，最终建立起清晰的化学学科体系框架，并在具体知识基础上形成化学观念。
3.以多种形式呈现学习结果，提升能力同时以评促学
所谓“研而不发则囿”，在科学活动中，通过书面报告（论文）和口头汇报（学术报告）等形式，科学生动地、多样化地展示科学活动成果，是科学工作者必须具备的能力和素质。学生在实践中解决了挑战性问题，绘制了知识框架图之后，需要完成关于学习与研究过程与结果的书面报告，同时在课堂中将自己的学习与研究过程与结果通过口头汇报的形式向教师和同学展示。这样能够让教师了解学生的学习研究过程，让同学学习与借鉴研究方法和研究结果，同时也能够接受教师与同学的批评指正，认识到自己的研究不足之处，为今后开展深入的结构化学学习与研究工作启迪思维、创设条件、打好基础。
利用书面报告和口头汇报等形式表达学习和研究过程与结果，在提高学生的基本科学研究素养的同时，也有助于从过程的角度、从个性化的角度、从个人全面发展的角度来开展并落实过程评价、全员评价，将过程评价与终结性评价相结合。传统的以平时成绩和期末考试成绩为唯一评价指标的评价方式，过多地局限于知识点的掌握，却不能很好地考查学生的个性化学习能力和学习方式，更难以评价学生的科学研究基本素养。利用书面报告和口头汇报则有效地弥补了单一评价方式的不足之处，最终达到以评促学的根本目的。这种以多个评价者从多个角度对学习者进行评价的机制，关注学习者学习过程中所表现出来的各方面能力和素质而并非简单的学习结果，有效促进了学习者学习的积极性，体现了过程评价与终结性评价相结合的现代教育评价理念。
通过“活动-提炼-总结”方式的“结构化学”课程学习，学生能够在科学活动中找到自己的长处，发现自己的潜能，体验到相互合作的乐趣以及自己的想法被他人肯定和接纳时的成功愉悦感。学生在自主学习过程中收获的不仅仅是知识和能力，还有对自我的肯定，对他人的赞许，以及对学习、对科学研究的积极态度。同时，最难能可贵的是学生的学习能力普遍得到了提高，自主学习意识明显增强，为他们今后更好地开展分子模拟研究乃至从事化学理论与实验相结合的研究打下了良好的基础。
参考文献：
[1] 万坚等. “结构化学”课程内容体系与教学方法的研究与实践[A]//大学化学化工基础课程报告论坛论文集[C]. 北京：高等教育出版社，2007：264-267.
[2] 夏禹龙. 科学学基础[M]. 北京：科学出版社，1983：45.
量子力学基本原理的内容范文第5篇
本文介绍了材料类专业大学物理教学现状，分析了目前教学中的不足，提出了大学物理除了培养学生基本自然科学素养外，还应为专业课程奠定物理基础，并针对性提出了优化大学物理课程内容和教学方法的建议，旨在提高材料类专业大学物理的教学质量。
关键词：
大学物理；材料类专业；教学改革
1引言
物理学研究的是物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及相互转化，它的基本理论是各个自然学科工程技术的基础，广泛的应用于生产、生活实际。大学物理课程则是以物理学的基本原理和基础应用为内容的高等学校理工科各专业学生一门重要的必修基础课，该课程是养成学生科学素养的重要组成部分，对培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题、解决问题的能力，以及探索精神和创新意识的培养等方面具有重要作用。同时，各理工类专业领域中都会涉及到物理学的基本原理、基本结论和基本方法，因而大学物理课程能为学生在后续的专业课程学习以及将来工作中解决生产技术问题，进行技术改造和技术创新奠定重要的基础，是合格的理工科毕业生、科技工作者和工程技术人员所必备的知识。对于不同专业，所需的物理知识侧重点是不同的，如电子类专业侧重于电磁学，化工类专业侧重于热学，机械类专业侧重于力学等。要充分发挥大学物理课程的作用，就应当根据各专业特点，合理安排大学物理内容，在教学过程中结合学生专业的需求有重点、有选择地进行物理教学。我们以材料类专业为基础，探讨分专业大学物理教学的教学模式。
2大学物理教学现状
2.1专业针对性不足
大学物理作为自然科学的基础，除了培养学生科学素养外，也应该起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用。然而目前很多高校各理工专业都采用相同或类似的教材和大纲。这种安排虽照顾到了物理学各个基本组成部分，但是内容庞大，容易让学生产生学习的畏惧感，同时也不能体现出各专业的特点以及对物理知识要求的侧重点的差异，容易让学生学无所用的感觉，从而影响学习的积极性，仅仅是应付了事。
2.2教学设计不合理
传统的大学物理教学，更多的偏重于理论知识教学，实践教学（包括课堂演示实验）偏少，容易造成理论和实践的脱节教学中有很多的专业术语和复杂繁琐的理论推导，需要学生很好的掌握高等数学知识。然而随着目前高校的扩招，很大部分学生的数学基础薄弱，学习中一旦理解不了，容易出现畏难和厌学情绪，从而影响学习效果。
2.3学时少，内容多
随着高校扩招，办学规模扩大以及专业技术的不断发展，高校的教学计划也在不断的调整，大学物理教学内容也一再压缩。根据教育部高等学校物理基础课程指导委员会颁布了《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》[1]，大学物理建议学时不少于126学时，但实际上目前各院校材料类专业大学物理课程学时普遍少于此建议。大学物理课程内容多，难度大，学时的压缩增大了教师教学难度，也导致学生难以在短时间内掌握如此多的知识。如何在短时间内教给学生足够的知识，对大学物理教学来说是一个不小的挑战[2]。
2.4教学手段单一
目前大学物理教学更多的是采用教师用多媒体讲授，学生被动接受的方式。这种以教师为中心的教学方式减少了学生和老师的互动交流，导致了学生的学习的主动性下降，课堂注意力不集中。如何运用形式多样的教学方法，提升学生的积极性，也是大学物理教学改革的方向。
3材料类专业大学物理的分专业教学改革
基于以上大学物理在教学中所遇到的问题和困难，笔者在本校材料类专业中进行了大学物理分专业教学的改革尝试。所谓分专业教学，即在满足培养学生基本物理科学素养的基础上，根据各专业的特点，合理制定不同的教学计划，弱化与专业关系不大的物理知识，加深与专业关系密切的部分教学，加强与专业相关的物理前沿科技介绍，为专业课程学习奠定良好的物理基础。通过改革明确学生学习的目的，提高学习兴趣。
3.1教学内容的调整
根据材料类专业课程特点，综合考虑学生的数学基础和专业培养方案，本着科学素养培养+材料专业物理基础的原则，结合材料学科发展趋势，对大学物理知识进行重组，形成材料类大学物理教学体系。
3.1.1热学
热性能是材料学研究的重要方面，如材料热膨胀、热传导等。目前的大学物理教材中只以理想气体为对象介绍热力学定律和分子动理论，对于固体和液体甚少提及。为此，笔者在讲授热力学定律时，同时介绍热力学定律对固体、液体的简单应用，介绍熵、焓的概念，并结合具体材料介绍相变概念。在介绍分子动理论时，以气体为研究对象，得出气体速率分布，并引出玻尔兹曼统计，简要介绍统计物理在材料学中的应用。
3.1.2光学
传统大学物理中光学部分主要讲解波动光学，包括光的干涉、衍射、光栅和光的偏振，着重在讲光程差计算、条纹特点、光强变化等，涉及到多个实验装置和大量公式，学生极易混淆，学习效果不好。因此我们弱化干涉，衍射条纹计算，减少实验装置，重点在相干叠加的物理思想。适当增加材料的光学性质介绍，如法拉第效应、光弹性效应等，增加光谱分析在材料检测中的应用。
3.1.3力学
力学是整个物理学的基础，材料的力学性能也是材料学研究的重要方向，而当前大学物理教学主要在质点运动学、动力学、机械振动和机械波。为与材料专业相适应，我们引入了弹性体力学和流体力学部分基础知识，让学生更多了解材料的力学性能及其研究方法。质点力学是力学的基础，讲授时我们特别强调物理研究的思想、物理概念和方法，如理想物理模型、矢量叠加原理、微元法等，培养学生科学的研究方法。
3.1.4电磁学
整个电磁学知识体系庞杂，学习难度大。其中静电场、稳恒磁场和电磁感应，是整个电磁学的基本，讲授时我们主要强调物理思想、概念和方法。导体和电介质、磁介质是描述材料的电磁性质的基础和基本方法，与材料专业密切相关，为此我们做了重点学习，让学生了解材料电磁性质的描述和研究方法。
3.1.5近现代物理
近现代物理主要包括相对论和量子物理。其中相对论与材料专业关系不大，因此，仅作简介，让学生了解基本的时空观概念。量子物理是研究微观粒子运动规律，而任何材料总是由基本粒子构成的，是材料研究的基础，然而量子物理知识复杂且难以理解，要求数学知识也较高，故仅介绍量子力学基本原理和原子物理的初步知识。
3.2教学方式改革
大多数大学教学中采用多媒体讲授式教学模式，即教师在讲台上讲，学生在下面听[3，4]。这种模式教学课堂传输知识量大，知识点和公式都直接投影在屏幕上，可以省去教师书写节省时间，但教学过程中过于依赖多媒体而忽略了板书，板书书写可以突出关键性的知识难点，学生也可以跟上老师的思维从而理解重要的知识点。因此在教学实践中，采用“多媒体+板书”的教学方式是有效的方式。物理作为一门实验学科，所有理论都需要通过实验验证，因此在ppt课件中，适当引入相关的动画和视频资料，可以起到事半功倍的效果，比教师枯燥的讲授要生动、深刻得多，既丰富了教学内容又开阔了学生视野。在教学过程中，启发式教学比满堂灌更能提起学生兴趣，教师要从现象引入，引导和启发学生进行积极思考，逐渐解开难题，教会学生用科学的思维方法解决问题。教学是个双向的过程，一定要加强师生间的互动，才能达到好的教学效果，教师要适时的提出问题，让学生思考回答。
4结语
总之，大学物理作为理工类专业的基础课，自有其重要性，我们需要重视大学物理的教学，既要培养学生自然科学的素养，又要架好和专业课程之间的桥梁。实践证明，考虑到材料类专业自身特点，本文中提到的教学改革方法能有效提高学生学习兴趣和物理素养，奠定专业学习必要的物理基础。然而，大学物理课程改革是一个复杂的系统过程，我们需要坚持不懈的进行研究和探索，完善教学体系，充分利用课堂时间，达到更好的教学效果。
作者：白浪 单位：攀枝花学院材料工程学院
参考文献：
[1]教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会．非物理类理工科大学物理课程教学基本要求[J]．物理与工程，2006，16(5)，1~8.
[2]程南璞.材料类专业中数理方法课程的改革与实践[J].西南师范大学学报（自然科学版），2011，36(2):202-205.
量子力学基本原理的内容范文第6篇
二十世纪即将结，二十一世纪即将来临，二十世纪是光辉灿烂的一个世纪，是个类社会发展最迅速的一个世纪，是科学技术发展最迅速的一个世纪，也是物理学发展最迅速的一个世纪。在这一百年中发生了物理学革命，建立了相对信纸和量子力学，完成了从经典物理学到现代物理学的转变。在二十世纪二、三十年代以后，现代物理学在深度和广度上有了进一步的蓬勃发展，产生了一系列的新学科的交叉学科、边缘学科，人类对物质世界的规律有了更深刻的认识，物理学理论达到了一个新高度，现代物理学达到了成熟的阶段。
在此世纪之交的时候，人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景，探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。首先，我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况，把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。
一、历史的回顾
十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。
然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。[1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！
把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，可以看到两者之间有相似之外，也有不同之处。
在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。可以说，现代物理学的大厦已经建成。在这一点上，目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的只是在现有理论的基础上在深度和广度两方面发展现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。然而，由于有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。
虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。
回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。
1）在微观方向上深入下去。在这个方向上，我们已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。
2）在宏观方向上拓展开去。1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供了有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金[2,3]等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更优越得多的、各个波段的太空天文望远镜，这是很艰巨的任务。
我个人对于近年来提出的宇宙创生学说是不太信的，并且认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为现在的宇宙学研究的只是我们能观测到的范围以内的“宇宙”，而我相信宇宙是无限的，在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”，这些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”，当然只能得到近似的结果，把他们的延伸到“宇宙”创生了初及遥远的未来，则失误更大。
3）深入探索各层次间的联系。
这正是统计物理学研究的主
要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了得大的发展，然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。
上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪，物理学的基本理论应该怎样发展呢？有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面，起初是爱因斯坦、海森堡等天才科学家努力探索“统一场论”；直到1967、1968年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”；目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”以及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”，他们的探索能否成功尚未定论。
爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最终没有成功。我对此有不同的观点，根据辩证唯物主义的基本原理，我认为“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成了，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”[5]
现代物理学的革命将怎样发生呢？我认为可能有两个方面值得考试：
1）客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢？现在我们不知道。我的直觉是：将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后，其运动和变化实在太奥妙了，我们没有认识的问题实在太多了，我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识，因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。我认为，物理学业与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的方向之一，与此有关的最关于复杂性研究的非线性科学的发展。
2）现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。
三、现代物理学的理论基础是完美的吗？
相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的
呢？我们来审思一下这个问题。
1）对相对论的审思
当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始，创立了狭义相对论[1]。我们今天探寻现代物理学革命的突破口，也应该从重新审思时空的概念入手。爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的[4]，他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”，这样就很自然地导出了洛仑兹变换，进一步导致一个四维时空（x，y，z，ict）（c是光速）。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟，而不用别的信号呢？在他的论文中没有说明这个问题，其实这是有深刻含意的。
时间、空间是物质运动的表现形式，不能脱离物理质运动谈论时间、空间，在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的，A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去，传递需要一定的时间，时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场，则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此，爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空，适用于描述这种运动。
爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动，实际上就暗含了这样的假设：引力相互作用的传递速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢？令引力相互作用的传递速度为c＇。至今为止，并无实验事实证明c＇等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c=c＇。我持有“物质世界既统一，又多样化的”以观点，再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工样，关于由电磁力引起的物质运动的四维时空（x，y，z，ict）和关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用，则按照现在的理论建立起来的运动方程的形式不变。例如，爱因斯坦引力场方程的形式不变，只需把常数c改为c＇。如果研究的问题涉及两种相互作用，则需要建立新的理论。不过，首要的事情是由实验事实来判断c＇和c是否相等；如果不相等，需要导出c＇的数值。
我在二十多年前开始形成上述观点，当时测量引力波是众所瞩目的一个热点，我曾对那些实验寄予厚望，希望能从实验结果推算出c＇是否等于c。令人遗憾的是，经过长斯的努力引引力波实验没有获得肯定的结果，随后这项工作冷下去了。根据爱国斯坦理论预言的引力波是微弱的，如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下，这样弱的引力波应该能够探测到的话，长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了害因斯坦理论的缺点。应该从c＇可能不等于c这个角度来考虑问题，如果c＇和c有较大的差异，则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。
弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同，前两者是短程力，后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子；电磁相互作用的传递者是光子；弱相互作用的传递者是规范粒子（光子除外）；强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零，按照爱因斯坦的理论，引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关，因而其传递速度是多种多样的。
在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时，定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”，是否应该用
弱力或强力信号取代光信号呢？我对核物理学和粒子物理学是外行，不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号，那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空（x，y，z，ict）及关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）
有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c＇＇，c＇＇不是常数，而是可变的，则关于由弱或强力引起的运动的时空为（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），时间t＇＇和空间（x＇＇，y＇＇，z＇＇）将是c＇的函数。然而，很可能应该这样来考虑问题：关于由弱力引起的运动的时空，在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了，因此有可能c1=c，则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的，同为（x，y，z，ict）。关于由强力引起的运动的时空，在定义中应该以介子的静质量取作零（在理论上取作零，在实际上没有静质量为零的介子）时的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。无论上述两种考虑中哪一种是对的，整个物质世界的时空将是高于四维的多维时空。对于由短程力（或只是强力）引起的物质运动，如果时空有了新的一义，就需要建立新的理论，也就是说需要建立新的量子场论、新的核物理学和新的粒子物理学等。如果研究的问题既清及长程力，又涉及短程力（尤其是强力），则更需要建立新的理论。
1）对量子力学的审思
从量子力学发展到量子场论的时候，遇到了“发散困难”[6]。1946——1949年间，日本的朝永振一郎、美国的费曼和施温格提出“重整化”方法，克服了“发散困难”。但是“重整化”理论仍然存在着逻辑上的缺陷，并没有彻底克服这一困难。“发散困难”的一个基本原因是粒子的“固有”能量（静止能量）与运动能量、相互作用能量合在一起计算[6]，这与德布罗意波在υ=0时的异性。
现在我陷入一个两难的处境：如果采用传统的德布罗意关系，就只得接受不合理的德布罗意波奇异性；如果采纳修正的德布罗意关系，就必须面对使新的理论满足相对论协变性的难题。是否有解决问题的其他途径呢？我认为这个问题或许还与时间、空间的定义有关。现在的量子力学理论中时宽人的定义实质上依然是决定论的定义，而不确定原理是微观世界的一条基本规律，所以时间、空间都不是严格确定的，决定论的时空要领不再适用。在时间或空间的间隔非常小的时候，描写事情顺序的“前”、“后”概念将失去意义。此外，在重新定义时空时还应考虑相关的物质运动的类别。模糊数学已经发展得相当成熟了，把这个数学工具用到微观世界时空的定义中去可能是很值得一试的。
1）在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展（1）在微观方向上深入下去；（2）在宏观方向上拓展开去；（3）深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。
2）可能应该从两方面去控寻现代物理学革命的突破口。（1）发现客观世界中已知的四种力以外的其他力；（2）通过审思相对论和量子力学的理论基础，重新定义时间、空间，建立新的理论
量子力学基本原理的内容范文第7篇
关键词： 普通高校 材料学专业 大学物理课程 教学改革
物理学是最基本的、包罗万象的一门学科，它对整个科学的发展有着深远的影响。物理是材料学发展的基础，材料学的发展离不开物理，最新的研究方向更是从偏重化学试验转向偏重物理分析。因为物理学在所有现象中起着基本的作用，许多领域的学生都要学习物理学。大学物理课程不仅可以提供物理学的基本内容，而且可以训练学生的实验、计算、逻辑思维等方面的能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。可由于课时限制，大部分学生无法在课堂上完成全部的大学物理内容的学习，无法有效建立起比较完整的物理思想。因此，有必要对现有的课程体系和教学内容作出调整、压缩、补充，进一步提高普通高校的教育质量。
1.普通高校大学物理教学现状分析
1.1学生缺乏学习动力
当今社会功利主义思想盛行，大部分学生在学学物理时，不能理解其重要性，认为专业和以后的工作都与大学物理没什么联系，只为拿到学分勉强学习。上课不认真、学习其他课程甚至逃课，课后抄袭作业甚至不写作业，考试时作弊等现象比比皆是。
1.2教材更新速度慢
目前，大部分学校使用的教材都是沿用上个世纪的教材体系，只添加少许现代科技发展的简介，缺乏足够的吸引力，太多的内容与现在日益减少的课时存在矛盾。
1.3对各学科内容无差异
现在，绝大部分学校在安排大学物理课程时，都是由物理系统一安排，对各专业、学科不加区分，让学生无法体会本门课程与自身专业的联系，从而无法激发学生的学习兴趣［1］。
2.普通高校材料学专业大学物理教学改革的探索
2.1普通高校材料学专业大学物理教学改革的主要依据
材料学的发展离不开物理。材料学离开物理就会走入歧途，物理学不仅对现有材料学问题有着指导性作用，而且能影响材料学朝着梦想不到的方向前进。
相对而言，材料学学习更加枯燥、深奥，缺少趣味性，强调的是抽象思维和实践结果；而物理则形象、系统得许多。大学物理解决的问题相比中学时所学的更实际，大部分是为解决日常生活中常见的现象、问题。少了对数学公式的严密证明，主要是要了解公式的物理意义及其实用性，因而更有趣味性，更能激发学生的学习兴趣。
现在大部分物理老师把物理当数学来讲，将物理本身的趣味性全部丢弃，而着重于物理规律内在的联系和整个物理体系的严密性，无法充分调动学生的主观能动性，达不到好的教学效果。材料学专业的同学相对其他专业的学生，要求对物理学工具掌握得更好，并有一定的逻辑推理能力，所以讲课时可以更注重对物理现象的描述、分析，并由此建立方程的物理过程的讲解，而对具体解题过程弱化处理，帮助学生建立一定的物理思想，能用物理学工具解决材料学问题。
2.2普通高校大学物理教学改革的具体建议
我结合教学经验，建议针对材料学专业学生将大学物理课程内容做如下补充和调整。
2.2.1数学篇。
在课程开始前，要补充相关数学知识。材料学专业的学生，一般大学物理开得早，高等数学还没有学完整，而大学物理课程是建筑在高等材料学基础上的，在物理课前补充说明相应的数学知识是很有必要的。否则学生们在理解问题的物理过程时，会因为数学知识不足而不能理解整个解题过程，教学效果也会很不理想。
这部分知识主要是重建微元概念及矢量模式。与纯数学不同，物理中的数学公式、变量更强调物理意义，一些量可以存在于数学中，却因为没有物理意义，必须在物理问题中舍去。最简单常见的就是物理中一般是不存在负数时间的，但数学中却允许它存在，在介绍微元概念时要区别于数学中的概念，强调它们的物理意义。在建立方程时更要关注是否有物理意义，方程两边量纲是否一致，等等。
另一个要重建的就是矢量概念，数学中矢量重点在于代数结果，忽略了方向问题。物理课前要重点强调矢量运算时结果的方向变化。
2.2.2力学、狭义相对论篇。
力学部分知识是经典物理的基础，也是同学们在高中阶段有所了解的部分，但大学物理增加了知识容量，可以解决一些更加实际的问题。这部分知识的重点在于物理概念的由来、原始定义、使用范围。利用物理规律，大部分现实问题可以通过建立合适的数学模型得以解决。对材料学专业的同学，更多练习要利用原始概念通过微积分计算物理量，而对各种守恒规律简化计算的练习可适量减少。
除了传统的内容外，对材料学专业的同学可以适量补充流体力学、材料力学的内容，让同学们熟悉矩阵运算的方法。
而狭义相对论与材料学关系不大且难以理解，可略去不讲。
2.2.3光学篇。
通用教材中力学部分大都包括振动、波动内容，介绍完这部分可以直接讲解光学内容。因为力学部分补充了大量内容，按一般习惯讲解热学部分或是电磁学部分，课时不够，讲解不充分，效果也不好。尤其对材料学专业学生，热学部分是需要重点介绍的，涉及概率统计的内容，如果放在第一学期是讲不完的，到第二学期再接着讲学生大都忘得差不多了，所以不如先讲解光学部分，可以完整讲完，这样有助于学生建立比较完整的概念体系。
此外，在波动部分大部分教材都没有涉及波速的问题，而材料力学牵涉到波速的问题，所以应该对波速只取决于介质本身性质，而与其传递的振动无关做一个简单的推导。
对材料学专业的学生，光学部分应着重介绍光谱分析与应用方面，并对最新的材料检验手段及其基本原理稍做介绍。
第一学期包括上述三个部分的内容，重点在于让学生们理解物理定义，掌握各定义、定理、定律之间的逻辑关系，了解抽象的材料学公式中蕴含的物理意义，培养学生的物理思维能力，能对实际问题提出其中包含的物理过程并寻找物理解释。
2.2.4热学篇。
帮助学生理解概率统计在科学研究领域的作用。在微观领域，由于参与的粒子量巨大，已经无法利用分析单个粒子的物理性质再外推到整个系统的传统做法，必须用到统计概念，理解大量的偶然性中蕴含的必然性，看到完全无规则的微观粒子却在系统的宏观层面显示出了稳恒的现象特征。
在介绍热力学第一定律时补充焓的概念，介绍热力学第二定律时补充熵的概念，因为熵与焓都是材料学中常用的表征材料特性的物理量。
2.2.5电磁学篇。
电磁学体系相对完整、严密，可在数学上完成推导并严格证明。讲解时要避免上成数学课，必须强调物理概念、过程、思想。同时要说明所有的规律不仅是推导出来的，而且是经过实验证实的，要简要介绍对应的实验方法、仪器、结论，并要看到数学工具对物理学发展的积极作用――有时可以预测还没被发现的物理现象、规律，可以应用到以后的材料学研究中。但这部分内容整体上与材料学关系不太密切，可以略讲，留出时间讲解量子力学部分。
2.2.6量子力学篇。
这两部分内容相对材料学专业学生关系重大，且内容复杂，如时间不够，可仅介绍其基本思想、理论、方法，以及具体应用；如果时间充裕，最好可以系统、详尽地介绍量子力学及原子物理初步的知识，引入一部分固体物理的内容，着重介绍分析问题的方法、步骤，对材料专业的学生更有帮助。
普通高校的学生学学物理的主动性一般，大部分学生还是沿用高中时期的学习方式跟随老师的课堂教学学习。大学物理课程内容多，无法对学生一一详细介绍。为保证一定的学习效果，必须对课本内容有所取舍。因为什么都教的结果必然是学生什么都学不会，不如大胆取舍，让学生对所教授的内容有系统的、深入的了解。
参考文献：
量子力学基本原理的内容范文第8篇
关键词：物理专业；研究生；创新能力
中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0106-02
一个国家的国民创新能力决定了这个国家的未来命运，一个缺乏创新能力的民族无法在全球化的信息时代中屹立于世界民族之林。在经济与社会快速发展的今天，国民的创新意识与创新能力日益成为衡量一个国家国际竞争力的决定性因素。《国家中长期教育改革与发展纲要（2010-2020）》提出了对创新人才的培养要求：创新人才培养模式。适应国家和社会发展需要，遵循教育规律和人才成长规律，深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。
在全面推进建设创新型国家的中国，培养具有创新能力的高级人才业已成为高等教育面临的紧迫任务。高等院校作为培养创新型人才的摇篮，在培养适应社会发展需要的高素质人才过程中起着不可替代的作用。研究生历来是推动国家经济发展和知识创新的中坚力量，是高等院校中创新意识非常活跃的生力军，研究生创新能力的优劣直接影响着国家整体的自主创新能力，也是建设创新型国家成败的关键所在。
在高等教育扩招的背景下，近年来的研究生招生数量快速增长。研究生招生规模的扩大导致了研究生培养质量的下滑，突出的表现就是研究生创新意识和创新能力的不足。如何培养研究生的创新能力成为研究生教育的重点和难点。《国家中长期教育改革与发展纲要（2010-2020）》对于研究生的培养指出：“大力推进研究生培养机制改革。建立以科学与工程技术研究为主导的导师责任制和导师项目资助制，推行产学研联合培养研究生的‘双导师制’。实施‘研究生教育创新计划’。加强管理，不断提高研究生特别是博士生培养质量”。众所周知，物理学作为自然科学的基础之一，是人类在认识自然和生产实践中形成的学科。物理学主要是研究物质的组成、物质之间的相互作用以及物质运动规律的科学。物理学规律具有普遍性，已经应用到其他自然科学领域，不仅丰富了人们对客观规律的深刻认识，而且促进了工程技术学科的进步。因此，在国家创新体系下探索出一个适合物理专业研究生创新能力培养的方案，不仅在研究生培养的理论和实践方面都有着重要性，而且对于促进我国研究生培养质量方面有着示范性和借鉴意义。笔者认为，培养物理专业研究生的创新品质和创新精神应该着重从以下五个方面入手。
一、以培养研究生创新能力为宗旨的课程设置
研究生创新能力培养的构成要素首先是研究生所学课程的合理设置。物理专业研究生必须学习本专业的基础课程，最大程度地理解和掌握基本理论，这为进一步培养创新能力奠定了坚实的基础。如果只是一味强调如何培养创新能力，而缺乏对物理学知识的理解和掌握，创新能力的培养就成为无本之末和空中楼阁。这就要求在研究生的课程设置必须兼顾基本知识掌握和创新能力培养并重的原则，每门课程必须包含基础知识和涉及该课程科学发展前沿两个部分的内容，使学生不仅掌握本门课程的基础知识，而且理解基本原理与当代科技发展前沿的内在联系，这对培养物理专业研究生的创新能力是非常有帮助的。《高等量子力学》是物理专业研究生的一门必须课，以往的教学内容只注重基本量子知识的传授，割裂了基本原理与科技前沿的联系，所以，应该把基础知识与现代量子物理的最新研究成果（例如量子计算、量子通讯、量子材料等）结合起来讲解，使学生深刻体会量子物理的巨大应用潜力。同时，改变过去单纯的只注重传授知识的教学模式，加强研讨式教学，鼓励学生在教学活动中积极参与课堂教学，使学生成为创新活动的主体，不断培养学生的创新意识。
二、注重导师在研究生创新培养过程中的角色
在培养物理专业研究生的创新能力方面，必须重视导师的学术水平、创新意识、责任意识所起的至关重要的作用。研究生的教学活动与本科教学有着很大不同，导师的“教”与研究生的“学”几乎是一对一的，这就要求导师必须能够熟谙物理学科的基本知识，掌握本专业的发展前沿，只有这样才能在教学活动中做到理论与实践相结合，引导学生走到学科发展的最前沿。导师具有较高学术造诣的同时，也必须具有较强的创新意识。优秀的导师必须是一个具有较强创新意识的出色的研究者，在指导学生的科研过程中把学生引入到学科领域和科研前沿，以教师的创新意识和责任意识指导学生进行科研选题、收集资料、寻找问题的突破口，在科研过程中帮助学生逐步具备创新品质和创新精神。
三、在科研项目研究中培养学生的创新能力
《国家中长期教育改革与发展纲要（2010―2020）》提出了对研究生的创新能力培养的要求：“促进科研与教学互动、与创新人才培养相结合。充分发挥研究生在科学研究中的作用。”完成科研项目是科学研究活动中的重要方面。科研项目支撑着研究生的创新教育，让研究生积极参与导师的科研项目，引导研究生利用所学的物理理论和物理思维方法解决科研项目中的一些问题，培养研究生发现问题、分析问题以及解决问题的能力，激发研究生的学习和创新热情，不断培养其创新意识、创新思维和创新能力。例如，自从2010年石墨烯的发现获得诺贝尔物理学奖以来，很多研究生导师都在从事二维量子材料的基础和应用研究。在研究生学习完《固体物理》的相关知识后，导师可以引导学生解决一些二维量子材料课题研究所遇到的问题，在科研项目中培养研究生善于发现问题、独立思考、理论与实践相结合的创新实践能力。
四、注重物理学与其他学科交叉优势对培养研究生创新能力的作用
当今世界的科技发展日新月异，新发现、新技术和新产品层出不穷，这些新成果几乎都与物理学的发展紧密相关。物理学的思考方法和研究方式几乎渗透到了自然科学和工程技术的每一个领域。物理学与其他学科的融合形成很多交叉学科，例如：量子化学、量子信息学、生物物理、物理化学等。学科交叉往往成为科学发现的增长点并且能够产生新的前沿，一些重大的科学突破往往在交叉学科中产生。例如，2014年诺贝尔化学奖的三位获奖者的获奖原因是“发展了超高分辨率荧光显微镜”。光学显微镜的研究本属于物理学研究范畴，但其在化学和生物学的研究中已被广泛应用。如何突破光学中阿贝成像原理，把光学显微镜的分辨率推进到纳米尺度是化学和生物学领域研究中的难题。三位科学家利用荧光分子，机智地解决了这一难题，带来了光学成像技术的革命。这一获奖成果是物理、化学和生物学的高度交叉所产生的重大科学突破的典型范例。因此，在研究生课程的设置中适当设置一些与物理学交叉的课程，鼓励学生跨学科选学一些适当课程，同时参加一些跨学科的学术活动，这有助于完善研究生的知识结构，形成良性的创新思维和创新品格，激发研究生的创新热情，拓展新的研究领域，不断培养研究生的创新能力和创新精神。
五、建立完善的研究生创新能力评价体系
研究生经过了阶段性的基础知识学习和创新能力训练后，其结果如何，必须给予适当的评价。完善的评价体系不仅对研究生个人起着引导作用，而且对研究生教育有着导向作用，甚至影响培养研究生创新能力方案的制定。对于物理专业的研究生而言，须对研究生基本物理知识的理解和掌握、阅读文献、文献综述、论文选题、开题报告、论文撰写、论文答辩等培养环节制定详细的评价细则，具有合理性、可行性和创新性的评价体系能够从制度上引导研究生树立创新意识、培养创新思维和创新精神、开展创新研究工作。
总之，研究生创新能力的培养是一个系统工程，取决于多方面因素的有效结合，营造良好的创新环境和制定合理的培养方案，是培养具有创新品质研究生的有力保证。
参考文献：
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