導語：如何才能寫好一篇量子力學在化學中的應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】實驗室；質量管理；網絡化；自動化

血液檢測在輸血服務中起關鍵性作用，血液檢測實驗室的科學化、標準化以及室驗室檢測的高效性、嚴密性，逐漸被人們所重視，是保證血液質量、達到安全輸血的前提。我站將實驗室的標準化質量管理與微機網絡化、儀器自動化相結合，建立了一個現代化全自動的實驗室。其中的質量管理體系作用是使整個檢測更加標準化、規范化。同時也將有效地監督日常工作，并形成了日常工作的可追溯性，而微機的網絡化、儀器的自動化、標本的條碼化使檢測能力和檢測結果的準確性有大幅度提高，三者相輔相承，從各方面提高了血液的安全性。

1 實驗室標準化質量管理體系的建立

2001年本血站通過了ISO9000質量體系認證，隨后的幾年工作也逐步地在改進，將整個采供血體系完全按照標準的質量體系來進行。同時又建立了實驗室的質量體系，明確了實驗室的質量方針和質量目標，對血液檢測工作做出具體指導和相應規范。

主要包括以下內容：崗位職責、工作制度、操作規范、記錄文件4個方面。其中崗位職責和工作制度詳細說明了實驗室要進行的工作和日常分工，根據衛生部及安全輸血標準的綜合要求，一份血液標本一檢、二檢分別由不同檢驗人員操作，試劑為兩種不同廠家并為國家衛生部檢定合格試劑，而操作規則為日常工作的指導書，要求操作人員在日常工作中保證實驗操作的一致性、規范性、避免人為的誤操作，而出現質量差錯，記錄文件則十分重要，它記錄日常工作的每一個細節，從血液標本的接收到檢驗報告的發出，每一個環節都有操作者簽字，保證了檢測結果的可追溯性，無形中控制著每一個環節，保證了檢測的準確性。

2 實驗室檢測的微機網絡化、儀器自動化的管理

2000年，我站先后引進了用于血液檢測的AT Plus全自動加樣機，KUBOTA8400離心機(日本產)，KJ-201BD振蕩器(姜堰市)，2005年又購進Star全自動加樣系統(瑞士產)，FAME24/20全自動酶免分析儀(瑞士產)，通過以上儀器對血液ALT、HBsAg、抗-HCV、抗-HIV、梅毒、血型正反定型進行檢測。對血液標本從接收到檢測報告的發出全部微機化管理，標本的條碼化保證標本由始至終的唯一性，避免了檢驗過程中人為的標本張冠李戴錯誤的發生。實驗室微機化管理，從操作人員的權限、樣本的接收、樣本檢測、結果的輸入到合格樣本的發出、不合格樣本的處理(不合格樣本是否需要復試，復試幾次方可發出，操作者及所采用試劑)在網絡上作了嚴格的監控，待檢室只有接到實驗室樣本的合格信息，方可打出合格血簽，并發放使用。

為達到標準檢測的高效準確，這個局域網需要的硬件條件為每臺儀器配有一臺電腦，操作系統分別為Star加樣機、FAME24/20全自動酶免分析儀、多功能酶標儀(zenYth340rt，瑞士)，另外還有一臺主控電腦用來完成所有結果的匯總，每臺電腦都安裝相應的軟件，以達到各自工作的目的，每臺電腦設有特定的用戶名和密碼，正確登錄方可進入網絡，這就從一定程度上保證了網絡的安全性和日常工作的可靠性。

3 標準化質量管理體系、微機網絡化、儀器自動化高效的結合

在網絡中設置質量管理體系所要求的各種屬性，在實驗儀器終端為每一位操作者設置用戶名和密碼，以確保訪問的可追溯性。同時在該操作軟件中設置該操作所形成的文件標識，該操作軟件會自動保存操作者的每個操作過程，以便查看操作實驗的整個過程。每臺操作終端的軟件將有根據質量管理文件中操作規程所設置的程序以確保操作的一致性。在試驗結束之后，操作軟件會將最終結果傳輸至主控電腦，同時也將打印出來。該報告將包括：時間、操作者、試劑批號、標本號、實驗結果，以方便資源共享。

通過如圖1的管理和設置，就可以以微機網絡化、儀器自動化管理為手段，以質量管理為目的，實現了質量體系與微機網絡化、儀器自動化管理的結合，更進一步提高了血液質量，增強了工作人員的責任心。尤其在血液集中化檢測的今天，勢必要求實驗室具有高效而準確的檢測水平。因此，實驗室的管理尤為重要，如果這種高效的管理形成規模，將會為輸血事業帶來更大的進步和提高。

A：標本接收準確無誤后，填寫接收記錄，登錄實驗室網絡錄入主控電腦。

B：將帶條碼的標本離心處理后，放入Star全自動加樣機進行加樣，并獲得加樣信息(即標本條碼信息)。這些信息將自動傳輸給多功能酶標儀(zenYth340rt)。

C：將加樣處理后的微板放入ML/FAME全自動酶標儀中并根據預先設計好的程序進行HBsAg、抗-HCV、抗-HIV、梅毒的檢測。

D：檢測結果由ML/FAME全自動酶標儀自動傳輸給多功能酶標儀(zenYth340rt)。

E：待檢標本在Star全自動加樣機加樣處理后放入多功能酶標儀，進行ALT檢測(速率法)。

F：待檢標本在Star加樣機中加樣處理后放入平板離心機中500r/min離心3min，再在孵育振蕩器上振蕩5min后放入多功能酶標儀(zenYth340rt)進行掃描檢測，判定血型。

G：將所有檢測結果進行匯總打印，并將檢測結果發送到主控電腦。

H：主控電腦匯總所有待檢標本的檢測結果，并根據程序中的判定規則判斷結果，匯總檢驗信息打出檢驗報告。

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關鍵詞：量子力學；教學改革；物理思想

作者簡介：王永強（1980-），男，山西河曲人，鄭州輕工業學院技術物理系，講師。（河南?鄭州?450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業學院第九批教學改革項目“《量子力學》課程體系與教學內容的綜合改革和實踐”資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0070-02

“量子力學”是20世紀物理學對科學研究和人類文明進步的兩大標志性貢獻之一，已經成為物理學專業及部分工科專業最重要的基礎課程之一，是學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎。通過這門課程的學習，學生能熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。同時，這門課程對培養學生的探索精神和創新意識及科學素養亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學”本身是一門非常抽象的課程，眾多學生談“量子”色變，教學效果可想而知。如何激發學生學習本課程的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，提高量子力學的教學水平和教學質量，已經成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經驗的基礎上，結合鄭州輕工業學院（以下簡稱“我校”）教學實際，在“量子力學”的教學內容和教學方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學”教學內容的改革

量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。因此，在“量子力學”教學中，一方面需要學生摒棄在經典物理學習中形成的固有觀念和認識，另一方面在學習某些基本概念和基本理論時又要求學生建立起與經典物理之間的聯系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。針對以上教學中發現的問題，筆者對“量子力學”課程的教學內容作了一些有益的調整。

1.理清脈絡，強化知識背景

從經典物理所面臨的困難出發，到半經典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經典物理與量子理論之間的界限和區別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養學生的創新意識及科學素養。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經成形的經典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內容時，很有必要介紹一下玻爾理論產生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經出現了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數據也已經被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態波函數時，還可以通過定態波函數的概率分布圖，向學生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現幾率比較大的區域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數學推導

在物理學研究中，數學只是用來表述物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質。對一些涉及繁難數學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現成結論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。

二、教學方法改革

傳統的“填鴨式”教學法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學生在教學活動中始終處于被動接受地位，極大地壓制了學生學習的主觀能動性，十分不利于知識的獲取以及對學生創新能力及科學思維的培養。而且，“量子力學”這門課程本身實驗基礎薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學習積極性必然受挫，學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發其學習的積極性，培養其科學探索精神及創新能力，筆者在教學方法上進行了一些有益的探索。

1.發揮學生主體作用

除卻必要的教學內容講解外，每節課都留出一定的師生互動時間。教師通過創設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內容，使學生對已學內容進行復習、總結、辨析，以加深理解；或者針對未講授內容，激發學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態問題后就可引導學生思考“非束縛態下微觀粒子又將表現出什么樣的行為”），[1]這樣學生就會積極地預習下節內容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養學生的創新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網絡資源等尋求解決，培養學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關的題目進行討論、調研并完成小組論文，這一方面激發學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。

2.注重構建物理圖像

在實際教學中著重注意物理圖像的構建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數的統計解釋；[2]借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質上的區別，但借助這些學生已經熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構建能力，對培養學生的創新思維具有非常積極地作用。

三、教學手段和考核方式改革

1.課程教學采用多種先進的教學方式

如安排小組討論課，對難于理解的概念和規律進行討論。先是各小組內討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生認為是全部粒子組成波函數，有的學生認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，從而進一步激發了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內容。另外課程作業布置小論文，邀請國內外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。

2.堅持研究型教學方式[3]

把課程教學和科研相結合，在教學過程中針對教學內容，吸取科研中的研究成果，通過結合最新的科研動態，向學生講授在相關領域的應用以培養學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現代物理學的兩大支柱之一的現代物理學的每一個分支及相關的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎；量子力學在通信和納米技術中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關系等，在教學中適當地穿插這些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。

3.利用量子力學課程將人文教育與專業教學相結合

量子力學從誕生到發展的物理學史所包含的創新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在19世紀末至20世紀初，經典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現象的實驗結果嚴重沖擊經典物理學理論，讓經典物理學陷入危機四伏的境地。1900年，德國物理學家普朗克創造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時是不連續的（普朗克假設），而且在物質相互作用中也是不連續的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經驗光譜公式。泡利突破玻爾半經典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經典理論分庭抗禮。[4]和學生一起重溫量子力學史的發展之路，在教學過程中展現量子力學數學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學中采用了教考分離，通過小考題的形式復習章節內容，根據學生的實際水平適當輔導答疑，注重學生對量子力學基礎知識理解的考核。對于評價系統的建立，其中平時成績（包括作業、討論、綜合表現等）占30％，期末考試占70％。從實施的效果來看，督促了學生的學習，收到了較好的效果，受到學生的歡迎。

四、結論

通過近年來的改革嘗試，我校的“量子力學”教學水平穩步提高，加速了專業建設。2009年，我校“量子力學”被評為校級精品課程，教學改革成果初現。然而，關于這門課程的教學仍存在不少問題，如教學手段單一、與生產實踐結合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學中進一步改進。

參考文獻：

[1]周世勛.量子力學教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]呂增建.從量子力學的建立看類比思維的創新作用[J].力學與實踐,

2009,(4).

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關鍵詞:量子力學;量子測量;偏振

中圖分類號:O413．1 文獻標識碼:A 文章編號:1000-0712(2016)03-0005-03

量子力學是近代物理學的基礎，并且其應用領域已延伸至化學、生物等許多交叉學科當中，這一課程已成為當今大學生物理教學中一個極為重要的組成部分．由于量子力學主要是描述微觀世界結構、運動與變化規律的學科，微小尺度下的許多自然現象與人們日常生活經驗相距甚遠，量子力學的概念有悖于人們的直覺，難以被初學者接受．如果在教學中能夠結合具體的物理實驗，從現象到本質引導學生思考，就可以使抽象的量子概念落實到對具體實驗現象的歸納總結上來．偏振光實驗是一個現象直觀而且學生容易操作的普通物理實驗，在學生掌握的已有知識基礎上，進行新內容的教學，符合初學者的認知規律．利用光的偏振現象來闡述量子力學基本概念已被一些國內外經典教材采納，如物理學大師狄拉克所著的《量子力學原理》［1］，費因曼所著的《費因曼物理學講義》［2］，曾謹言教授所著的《量子力學卷1》［3］，趙凱華、羅蔚茵教授合著的《量子物理》［4］等教材．在本文中，筆者結合自己的教學體驗，著重從可觀測量和測量的角度來考慮問題，在以上經典教材的基礎上，進一步整理和挖掘光子偏振所能體現的量子力學基本概念．從量子力學的角度對偏振實驗現象進行分析，使同學們對態空間、量子力學表象、波函數統計解釋、態疊加原理等量子力學概念有一個直觀形象的認識，領會量子力學若干基本假定的內涵思想．最后，從量子角度分析了一個有趣的偏振光實驗，加深學生對量子力學基本概念的理解，并展示了量子力學的奇妙特性．

1偏振光實驗的經典解釋

如圖1(a)所示，沿著光線傳播的方向，順次擺放兩個偏振片P1、P2．光束經過P1后變為與其透振方向一致且光強為I0的偏振光．兩偏振片P1和P2的透振方向之間夾角為θ，由馬呂斯定律可知，透過偏振片P2的光的強度為I0cos2θ．按照經典的光學理論，此現象可理解如下:在一個與光傳播方向垂直的平面內選定一個xy平面直角坐標系，這里為了描述問題的方便，選定x軸沿P2的透振方向．如圖1(b)所示，透過偏振片P1的光電場矢量E可分解為兩個分量:沿x方向振動的電場矢量Ex和沿y方向振動的電場矢量Ey．偏振光照射到P2偏振片時，投影到y方向的電場矢量被吸收，投影到x方向的電場矢量透過，振幅增加了一個常數因子cosθ，因而強度變為原來的cos2θ倍，這正是馬呂斯定律所給出的結果．

2偏振光實驗體現的量子力學概念

下面我們由偏振光的實驗現象出發，引出量子態、態空間等量子概念，并用量子力學的語言來描述單個光子與偏振片發生相互作用的過程，討論在多個光子情況下的量子行為與馬呂斯定律的一致性．

2．1量子態

從實驗得知，當線偏振光用于激發光電子時，激發出的光電子分布有一個優越的方向(與光偏振方向有關)，根據光電效應，每個電子的發射對應吸收一個光子，可見，光的偏振性質是與它的粒子性質緊密聯系的，人們必須把線偏振光看成是在同一方向上偏振的許多光子組成，這樣我們可以說單個光子處在某個偏振態上．沿x方向偏振的光束里，每個光子處在|x〉偏振態，沿y方向偏振的光束中，每個光子處在|y〉偏振態．假設我們在實驗中把光的強度降到足夠低，以至于光子是一個一個到達偏振片的．在圖1所示的例子中，通過P1偏振片的光子處在沿P1透振方向的偏振態上，如果P2與P1透振方向一致(θ=0)，則此光子完全透過P2，如果P2與P1透振方向正交(θ=π/2)，則被完全吸收．如果P1與P2透振方向之間角度介于兩者之間，會是一種什么樣的情形，會不會有部分光子被吸收，部分光子透過的情況發生，但是實驗上從來沒有觀察到部分光子的情形，只存在兩種可能的情況:光子變到量子態|y〉，被整個吸收;或變到量子態|x〉，完全透過．下面我們用量子力學的語言來描述單個光子與偏振片發生相互作用的過程，引入量子測量、態空間、表象、態疊加原理、波函數統計解釋等量子概念．

2．2量子測量、態空間、表象

單個光子與偏振片發生相互作用的過程，可以看成是一個量子測量的過程，偏振片作為一個測量裝置，迫使光子的偏振態在透振方向和與其相垂直的方向上作出選擇，測量的結果只有兩個，透過或被吸收，透過光子的偏振方向與透振方向一致，被吸收光子的偏振方向與透振方向垂直，可見光子經過測量后只可能處在兩種偏振狀態，這正是量子特性的反應．在量子力學中，針對一個具體的量子體系，對某一力學量進行測量，測量后得到的值是這一力學量的本征值，我們稱它為本征結果，相應的量子態坍縮到此本征結果所對應的本征態上，所有可能的本征態則構成一組正交、規一、完備的本征函數系，此本征函數系足以展開這個量子體系的任何一個量子態．很自然，我們在這里把經過偏振片測量后，所得到的兩種可能測量結果(透過或吸收)作為本征結果，它們分別對應的兩種偏振狀態，此兩種偏振狀態可以作為正交、規一、完備的函數系，組成一個完備的態空間，任何偏振態都可以按照這兩種偏振態來展開，展開系數給出一個具體的表示，這就涉及到量子力學表象問題．在量子力學中，如果要具體描述一個量子態通常要選擇一個表象，表象的選取依據某一個力學量(或力學量完備集)的本征值(或各力學量本征值組合)所對應的本征函數系，本征函數系作為正交、規一、完備的基矢組可以用來展開任何一個量子態，展開系數的排列組合給出某一個量子態在具體表象中的表示．結合我們的例子，組成基矢組的兩種偏振狀態取決于和光子發生相互作用的偏振片，具體說來是由偏振片的透振方向決定．在具體分析問題時，為了處理問題的方便，光子與哪一個偏振片發生相互作用，在數學形式上，就把光子的偏振狀態按照此偏振片所決定的基矢組展開，這涉及到怎么合理選擇表象的問題．

2．3態疊加原理、波函數統計解釋

以上簡單的試驗也可以作為一個形象的例子來說明量子力學中的態疊加原理．態疊加原理的一種表述為［5］:設系統有一組完備集態函數{φi}，i=1，2，．．．，t，則系統中的任意態|ψ〉，可以由這組態函數線性組合(疊加)而成(1)另一種描述為:如果{φi}，i=1，2，．．．，t是體系可以實現的狀態(波函數)，則它們的任何線性疊加式總是表示體系可以實現的狀態．在我們的例子中，任何一個偏振片所對應的透振態和吸收態構成完備集態函數，任何一個偏振態都能夠在以此偏振片透振方向所決定的基矢組中展開，參照圖1所示，通過偏振片P1的偏振態可以在以偏振片P2透振方向所決定的基矢組{|x〉，［y)}中表示為(2)相反，|x〉、|y〉基矢的任意疊加態也都是光子可能實現的偏振態．量子力學還假定，當物理體系處于疊加態式(1)時，可以認為體系處于φi量子態的概率為|ci|2．從前面的分析我們知道，當用偏振片P2對偏振態|P1〉進行測量時，此狀態隨機地坍縮到|x〉偏振態或|y〉偏振態，坍縮到|x〉偏振態的概率為cos2θ，也就是單個光子透過偏振片的概率，多次統計的結果恰好與馬呂斯定律相對應，這充分體現了波函數的概率統計解釋．

3典型例子

在教學中我們可以引入一個有趣形象的例子，進一步加深對量子力學基本概念的理解．如圖2(a)所示，一束光入射到兩個順序排列的偏振片上，偏振片P3的透振方向相對于偏振片P1的透振方向順時針轉過90°角，我們不妨在一個與光傳播方向垂直的平面內選定一個xy平面直角坐標系，P1的透振方向沿x軸，P3的透振方向沿y軸．光通過偏振片P1后變成光強為I0的偏振光，偏振方向與偏振片P1透振方向平行，但與P3的透振方向垂直，則光完全被偏振片P3吸收，不能透過．下面我們將看到一個有趣的現象，在偏振片P1和偏振片P3間插入一個偏振片P2，其透振方向在P1和P3之間，這時光竟可以透過P3偏振片．對此試驗，我們可由馬呂斯定律給出經典的解釋．我們不妨設P2的透振方向相對于P1順時針轉過45°角，通過偏振片P1后，變為光強是I0的偏振光，且偏振方向與P1透振方向一致;再通過偏振片P2后，光強變為I0/2，偏振方向沿順時針轉過45°角，與偏振片P2透振方向一致;最后通過偏振片P3后，光強進一步減弱為I0/4，偏振方向又沿順時針改變45°角，與偏振片P3透振方向一致．可以看到一個有趣的現象，雖然介于偏振片P1和P2間的光束其偏振方向與偏振片P3的透振方向正交，但最后透過偏振片P3的光束其偏振方向卻恰恰沿偏振片P3的透振方向，這正是中間偏振片P2所起的作用．下面用我們前面分析偏振光與偏振片相互作用過程中，所建立起來的量子概念給出具體解釋．取直角坐標系xy，x軸沿偏振片P1的透振方向，基矢組為{|x〉，［y)};由偏振片P2的透振方向所決定的基矢組為{|x'〉，［y')}，其透振方向沿x'方向，如圖3所示，兩組基矢之間的關系可表示為(3)由偏振片P3所決定的基矢組仍為{|x〉，|y〉}，不過透過的光子處在|y〉基矢態．光子透過偏振片P1后，其偏振狀態處在|x〉態，由式(3)，此狀態可以按P2的基矢組展開為(4)根據式(4)，經過P2偏振片的測量，光子有1/2的概率坍縮到|x'〉態，光子透過P2，有1/2的概率坍縮到|y'〉態，光子被吸收．由式(3)，|x'〉態在由偏振片P3所決定的基矢組同樣展開為3的測量下，偏振狀態發生改變，有1/2的概率坍縮到|y〉態，透過偏振片，有1/2的概率坍縮到|x〉態，被偏振片吸收，總體來說透過偏振片P1的光子有1/4的概率透過偏振片P3，與經典的馬呂斯定律相一致．特別注意到光子透過偏振片P1后，狀態為|x〉態，與|y〉態正交，沒有|y〉態的組分，但光子透過偏振片P3后卻正處在|y〉態，這充分體現了測量可以使量子態改變的量子假定，展示了量子測量的奇妙特性．

4總結

結合對偏振光實驗的量子解釋，我們分析了若干重要的量子力學概念．但嚴格說來，光子的問題不屬于量子力學問題，只有在量子場論中才能處理．采用光子的偏振情形來討論某些量子概念，理論上雖稍欠嚴謹，但如上文所述，確實能夠直觀形象地反映量子力學中的若干基本假定，使抽象的量子力學概念落實到對具體實驗的分析中來，易于被初學者接受，我們不妨在學生開始學習量子力學時引入此例，有助于學生理解抽象的量子概念，領會量子力學的思維方式．

參考文獻:

［1］狄拉克．量子力學原理［M］．北京:科學出版社，1966．

［2］費因曼．費因曼物理學講義［M］．上海:上海科學出版社，2005．

［3］曾謹言．量子力學卷1．［M］．北京:科學出版社，2006．

［4］趙凱華，羅蔚茵．量子物理［M］．北京:高等教育出版社，2001．

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當計算機遇到化學……

提到化學模型，我們可能首先會聯想到中學化學課上老師用塑料球和小棍搭起來的模型。現在，建模則由計算機完成。當計算機遇到化學，便形成了計算化學這一新的交叉學科。

化學研究的核心在于“化”字，即分子之間的相互轉化，舊化學鍵斷裂、新化學鍵生成。只有這樣，才能創造出新材料，設計出新藥物。可是，分子之間的轉化經常發生得很快，在毫秒瞬間，電子便從一個原子核躍遷到另一個，傳統的化學方式已很難捕捉這個過程，必須借助計算機這一工具。時至今日，計算機對化學家的作用已經和化學實驗手段一樣重要。因為計算機對化學反應的模擬能夠非常逼真，化學家們已經能夠通過計算機預測傳統實驗的結果了。

在20世紀70年代計算機還未被普及的時候，馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特及亞利耶·瓦謝爾就打造了堅實的計算機程序基礎，為后人用于了解和預測化學反應進程作了強大鋪墊。近年來，因為計算方法和計算機軟硬件的飛速發展，在他們的基礎上取得了很多的后續成果，并得到推廣應用。

得益于他們的工作，我們將解開許多關于自然界的疑問。比如世界上最重要的化學反應——光合作用是怎么進行的？如果能模擬出來，那么我們就將能制造出更加高效的太陽能電池板；催化劑如何加快化學反應？如果深入了解其中的機理，我們可以嘗試通過催化讓水分子分解，從而開發出清潔的能源；藥物如何在人體中發生作用？通過計算的方法，尋找出藥物的靶點以及可能的藥物干擾，我們就能設計出滿足我們特定需求的理想藥物。

諾貝爾“理綜”獎？

如果化學反應在氣相中發生，由于參與反應的分子受環境影響小，因此是理想的模型體

系（1986年，李遠哲等三人因為用實驗方法揭示氣相化學反應微觀細節而獲得諾貝爾化學獎）；然而，化學反應更多是在液相，在生物體系中發生，體系自由度多，非常復雜，不容易弄清楚細節。而反映真實情況的多尺度模型可以用來研究復雜體系的分子行為，包括液相化學反應或者是生化反應。

為什么生物體系中的分子反應如此復雜呢？舉例來說，“人體的一個細胞內就可有上百億個蛋白質分子。一個大的蛋白質分子可包含上百萬個原子。蛋白質內每兩個原子間都有相互作用，這些原子處于不停的運動中，其情形就像北京城內同一時刻有兩百萬輛機動車行駛一樣。計算和跟蹤一個蛋白質的原子運動就像記錄和監控北京的車輛一樣。如此巨大的分析計算量必須借助計算機技術來存儲和分析。”這番話出自中科院計算數學與科學工程計算研究所的盧本卓研究員，他的研究方向就與此次諾貝爾化學獎相關，而他原本是學物理出身。這是不是有點兒“亂套”了？當然沒有，而且還恰恰反映了本屆諾貝爾化學獎的交叉學科屬性，即計算機、物理、數學、生物學和化學等多學科相互滲透和融合。難怪本屆諾貝爾化學獎被戲稱為諾貝爾“理綜”獎。

這是化學的榮譽

雖然被戲稱為“理綜”獎，但這的的確確是屬于化學的榮譽。理論化學發展到今天，其最大的組成部分就是計算化學。計算化學的基礎理論大多來源于兩部分：量子力學和牛頓經典力學，這兩個學科在化學上的應用則分別誕生了量子化學和分子模擬兩個學科。涉及電子的化學反應需要用量子化學來解決，一旦涉及到分子間的相互作用，其量子效應往往可以忽略不計，使用經典力學就足以描述，從而大大地簡化了計算，這就是分子模擬。

當描述化學反應的過程時，量子力學的描述是小而精，經典力學的描述大卻精度不高。如果都用高精度的方法來描述化學過程，理論上當然不錯，但實際計算將難以進行。所以，多尺度組合的方法便成了最好的選擇。這也體現了三位獲獎者開創性工作之所在，即把兩種體系中的精華部分提取了出來，并且找到了適用于二者的研究方法。

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關鍵詞：2013年諾貝爾化學獎；理論與計算化學；計算機輔助；模型化學

文章編號：1005?6629（2014）3?0011?04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

2013年的諾貝爾化學獎被授予了Martin Karplus、Michael Levitt以及Arieh Warshel三位美國科學家，以表彰他們在發展復雜化學體系多尺度模型方面所做出的杰出貢獻。我們知道，長久以來，化學學科的奠基和發展始終離不開化學家在實驗室中的辛勤勞動，但與此同時，隨著實踐知識的不斷豐富和完善，以及運算能力的突飛猛進，理論和計算化學有可能也應當在新世紀在化學學科的傳統領域發揮更大的作用。當前，解開每個人生命背后的謎團也是人們的興趣所在。Karplus，Levitt和Warshel三位科學家將經典力學模擬方法結合最新發展的量子物理計算方法，為建立和發展多尺度復雜模型的理論模擬研究做出了基礎性的貢獻。那么，到底什么是理論模擬方法？它有什么重要的科學意義？對我們又有什么啟迪？

1 理論與計算化學的建立和發展歷程

20世紀初量子力學的發現為科學家們打開了深層次研究分子和原子的大門。量子力學中著名的薛定諤方程以其優美簡潔的形式描述了原子和分子的重要組成部分――電子的行為[1]。1927年，Walter Heitler以及Fritz London兩位科學家利用薛定諤方程解開了氫氣分子電子結構[2]，理論化學從此悄然興起。隨后，價鍵理論[3]、Hartree-Fock理論[4]、分子軌道理論[5]等的建立極大地豐富了理論化學的內容。從此，化學學科可以說與物理學一樣，開始了真正的兩條腿走路，而不再只是依靠實驗知識的獲取跛足而行。

早在20世紀50年代，科學家利用半經驗的方法對原子軌道進行了計算。50至60年代期間，各種各樣基于現代量子理論的計算已經被用來計算一些簡單分子的電子結構和相互作用。20世紀70年代，例如Gaussian？、ATMOL？、IBMOL？等量子化學計算軟件的開發也擴充了計算化學的內涵。

與此同時，新的化學合成與表征技術的開發使得越來越多新穎的分子被制造出來，人們不僅需要認識這些新分子，而且也需要借助一定手段來指導新分子的合成。在這樣的前提下，就需要借助計算機對分子進行模擬。

1990年，密度泛函理論（Density Functional Theory）的提出將理論和計算化學帶到了一個新紀元。和以往的方法相比，密度泛函理論解決了以往的分子模型中電子交換和相關作用的近似，由其得出的分子幾何結構和電子結構的預測與實驗數據吻合得非常好。直至目前，密度泛函理論依然是分子和化學反應模擬中最重要也是最為常用的方法，兩位科學家Walter Kohn[6]和John Pople[7]因為分別發展了密度泛函理論以及將這種量子力學計算方法融入到計算化學中去而獲得了1998年的諾貝爾化學獎，這是諾貝爾化學獎第一次被授予理論和計算化學領域的科學家。獲獎者之一的Pople也是著名量子化學計算軟件Gaussian[8]的開發者之一，該軟件在2009年又進行了一次更新，是當今功能最完善、計算最有效、生命力最長的量子化學計算軟件。

目前，專門刊登量子化學理論、模型化學和計算化學的學術期刊也紛紛涌現，如，美國化學會（American Chemistry Society）下已有Journal of Chemical Information and Modeling， Journal of Chemical Theory and Computation， Journal of Physical Chemistry A三本期刊出版，而著名學術出版集團Elsevier也有Journal of Molecular Graphics and Modeling， Journal of Molecular Modeling， International Journal of Quantum Chemistry和Computational and Theoretical Chemistry等專刊，國內也有例如《物理化學學報》和《計算機及應用化學》等期刊。

2 復雜化學體系多尺度模型的建模以及應用

1976年，Michael Levitt和Arieh Warshel二人提出了酶催化生物化學反應的通用理論研究方法[10]。這個方法將生物酶-底物間的復合物和溶劑作用一起考慮在整個體系之內，并且用量子力學和經典力學兩種方法探討了所有可能影響催化路徑的因素。其中，量子力學包含了酶-底物鍵的斷裂，底物與酶結合時電荷的重新分布；而經典力學部分則考慮了酶和底物之間的立體作用能和靜電作用能。綜合考慮以上兩點，兩位作者以一種水解酶裂解糖苷鍵為實例，首次進行了水解酶-糖苷這個復雜化學體系多尺度模型的理論計算（圖1）。如今復雜化學體系的QM/MM方法已經被廣泛應用到酶-底物催化反應，有機反應以及DNA/RNA的相關研究中去。

那么，如何建立一個合理的多尺度復雜模型？科學家們和軟件工程師們通力合作開發出了各種功能強大的分子建模和可視化軟件。對于小分子的構建，最為常用的為PerkinElmer公司下屬的劍橋軟件公司開發的ChemBioOffice？系列軟件，包括了ChemBioDraw？和ChemBio 3D？兩個模塊（圖2）。當在軟件窗口的右側ChemDraw？面板畫出感興趣的分子后，左邊的窗口就會立即顯示出分子的3D模型。本軟件還包括了其他很多內容，例如對分子進行簡單的幾何結構優化操作或者分子動力學計算，根據計算結果畫出分子的部分電荷、分子軌道等信息。

GaussView？是Gaussian公司開發的用于分子建模的軟件包，目前已經更新到GaussView5.0b版本。此軟件包的功能類似于ChemBioOffice？，該軟件并不如ChemBioOffice？那樣還具有計算功能，而只是作為量子化學計算軟件Gaussian？的圖形輸入接口，圖3是利用GaussView？創建了聯苯分子，當利用Gaussian？軟件對分子進行計算完畢之后，也能夠展示分子軌道的圖形。

以上兩種軟件不僅可以在各自的軟件內部進行計算，而且ChemBioOffice？軟件還提供了Gaussian？計算軟件的接口。我們可以在ChemBioOffice？中構建完小分子，并設置運行參數之后在Gaussian？中進行對應的計算。

在一個復雜化學體系中，往往還要涉及到生物大分子的構建。現在科學家們已經構建起了大分子結構庫，最著名就是由美國布魯克海文（Brookhaven）國家實驗室建立的蛋白質數據庫（Protein Data Bank，http：// rcsb.org）。庫內包含了蛋白質、多肽、DNA、RNA等95644個晶體結構數據。我們可以通過下載數據來得到生物大分子的晶體結構。

Accelrys公司開發的Discovery Studio Client？軟件能夠讀取從Protein Data Bank下載的pdb文件，如圖4展示的是Discovery Studio Client？的界面，展示了人體血清白蛋白和一種DNA的結構。

此外，Discovery Studio Client？還具有將小分子和大分子組裝結合在一起的功能，如圖5分別是將一種長鏈的污染物分子結合到了脂肪酸結合酶和人體血清白蛋白中，這就完成了一個復雜化學體系的模型構建。

VMD？軟件也是一種常用的可視化軟件，相對于Discovery Studio Client？，其功能更側重于動態展現動力學情況下分子的運動和形變情況。圖6則是VMD？軟件的界面以及其展示的人體血清白蛋白分子和DNA分子。

在分子建模完成之后，就可以對一個建立完成的化學體系進行理論的計算，預測這個復雜化學體系的物理化學性質。對于一個多尺度模型的計算，計算方法的選擇也是多尺度的。首先，對需要模擬的化學反應的區域要進行界定。在界定了這個區域之后，必須對這個區域內的分子進行高精度的量子化學計算，模擬或預測該區域內可能存在的化學鍵以及鍵的斷裂。在界定的反應區域之外，由于不牽涉到化學反應，所以不需要高精度的量子化學計算方法，而只需要相對簡單的半經驗的計算方法或者更簡單的分子力學方法進行計算。總而言之，這就是復雜化學體系多尺度模型的計算，即QM/MM計算。涉及量子化學部分的QM計算，需要用到包含量子化學計算的軟件，例如最著名的Gaussian？，GAMESS？等。在這些軟件中，也可以采用ONIOM方法[12]進行計算。

3 復雜化學體系多尺度模型建立的科學意義及其展望

結合理論以及計算化學發展本身的歷程來看，復雜化學體系多尺度模型具有十分重要的科學意義。首先，此模型的建立使我們從簡單分子的化學反應進入到了生物大分子體系的理論計算研究。利用理論計算這個強有力的工具，生命科學的奧秘將很快被解開，人們對生命科學背后的化學機制的認識將會上升到分子層面，對帶動化學，乃至生命科學學科具有舉足輕重的作用。其次，多尺度模型的建立也能夠促進理論和計算化學本身的發展，豐富理論和計算化學本身的內涵，并且隨著研究體系的進一步復雜化，將在現有的多尺度基礎上提出新的超尺度模型的可能。

此外，作為一門交叉學科，理論和計算化學的發展也勢必會帶動其他相關學科的進一步發展。90年代開始，納米學科蓬勃發展，各種新材料如雨后春筍般出現，得益于理論化學中平面波和贗勢（即將離子實的內部勢能用假想的勢能取代真實的勢能，但在求解波動方程時，不改變能量本征值和離子實之間區域的波函數）的發展，對具有周期性結構的晶體材料性質的模擬和預測也成為可能。目前，已經有Material Studio？、VASP？等多種模擬軟件。在藥物合成方面，計算機輔助藥物合成的概念已經深入人心（Computer-aided Drug Design）。顧名思義，計算機輔助藥物設計利用計算化學這個強有力的工具來發現或者研究具有生物活性的藥物分子的行為，其最基本的目標就是通過計算化學來預測一個分子與靶生物分子是否會結合，并且其結合能力有多強，能夠實現這一功能的軟件則包括了GOLD？、SYBYL？等等。

可以說，理論和計算化學已經成為輔助化學家們探索世界的重要工具，也成為了指引科學家探索未知世界的新羅盤。

參考文獻：

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本書闡明數學建模和計算建模在多種多樣學科中的應用。本書的重點在于說明數學建模和計算建模具有跨學科的性質，各章的作者都是自然和社會科學、工程學和藝術等領域的國際級專家，為讀者提供當代在發展數學建模和計算機實驗的方法論方面的豐富成果。本書也是關于應用數學和計算數學的方法、思想和工具等方面的很有價值的導引書，藉助這些方面的知識有利于解決自然科學、社會科學、工程和技術等方面的問題。

本書的特點在：（1） 嚴格的數學步驟和實例――數學創新和發現的驅動力；（2）從廣泛學科中挑選的眾多實例，重在說明應用數學和數學建模的多學科應用和普適性；（3） 來自人類知識各方面發展中既有理論也有應用的原創性結果；（4）促進數學家、科學家和工程師之間進行交叉學科相互作用的討論。

對于從事數學和統計科學、模化和模擬、物理學、計算科學、工程學、生物和化學、工業和計算工程等領域的專業人員來說，本書是一個理想的資源。本書也可當作數學建模、應用數學、數值方法、運籌學以及優化等方面的大學課程的教科書。

本書共分5部分，12章。第1部分 引論，含第1章：1.在理解自然、社會和人造世界中數學模型的普適性。第2部分 在物理學和化學中的高等數學模型和計算模型，含第2-4章：2.磁渦，Abrikosov 晶格，以及自同構函數；3.在Cholesky分解的局部關聯量子化學構架中的數值挑戰；4.量子力學中的廣義變分原理。第3部分 在生命科學和氣候科學的應用中的數學模型和統計模型，含第5-6章：5.具有藥物敏感、出現多重耐藥以及廣泛耐藥株的結核病的傳播模型；6.著眼于抗菌素耐藥性而對更加綜合的傳染病進行建模的需要。第4部分 科學和工程中的數學模型和分析，含第7-10章：7.動力學系統中由數據驅動的方法：量化可預報性以及提取時空圖案；8.求解Banach空間中非線性反問題進行正則化時的光滑度概念；9.一階對稱的具有約束的雙曲型系統的初值問題和初邊值問題；10.信息集成，組織和數值調和分析。第5部分 社會科學和藝術中的數學方法，含第11-12章：11.滿意認可的選舉；12.使用幾何量化對音樂韻律變化建模。

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一直以來，復旦大學化學系有著重視化學實驗教學改革的優良傳統。20世紀70年代末，由復旦大學等14所學校合作編寫的《物理化學實驗》教材在國內廣受好評，影響深遠。20世紀90年代，復旦大學化學系對大學本科的化學課程體系進行了改革，逐步形成以創新能力培養為核心、以技術要素為主線的新實驗教學體系及相應管理機制[1，2]。2000年前后，復旦化學系根據化學實驗的特點，本著“統籌管理、優化資源、避免重復和遺漏”的原則，將涉及儀器操作類的基礎實驗課程“儀器分析實驗”和“物理化學實驗”融合為“儀器分析和物理化學實驗”，那時實驗教學中心在世行貸款和學校配套資金支持下，購置了一批在當時屬于先進的儀器用于教學，使得化學實驗條件得到大幅度改善，教學質量和水平因此得到保障和提高。

隨著時代和學科的發展，我系的物理化學實驗教學逐漸暴露出一些不足。一方面大部分實驗儀器設備相對落后，如電化學分析工作站、氣相色譜儀、原子發射光譜儀等設備都已使用了10～15年。這些儀器性能不夠穩定，測量出的實驗數據誤差大，得不到理想的實驗結果，這樣直接削弱了學生學習新知識的積極性。另一方面是實驗內容更新速度慢，滯后于科學研究發展的步伐。物理化學學科的發展也使得一些原本屬于專門化或綜合實驗內容的高級技術和儀器成為基礎物理化學實驗的常規技術和設備，在當前科研中發揮重要作用的常規表征手段至今沒有相應的教學實驗開設，而且復旦大學物理化學教學團隊早在1999年就開設了以結構分析和表征為主線，集原理、儀器使用和解譜為一體的“譜學導論”理論課，導致理論教學與實驗教學有較大的脫節。同時本系科研實力的快速提高、學科建設、師資優化和研究生生源的增長需求對本科學生的科研素質提出了新要求，一些操作簡單、內容單薄的驗證性實驗顯然不能滿足這些要求。在這樣的形勢下，物理化學實驗教學內容如何設置，成為我們面臨的又一重要課題。經過多次調研和討論，我們對物理化學實驗教學內容設置有了一些初步實踐與設想，希望能與國內同行共同探討。

二、物理化學實驗教學內容的總體設計

本課程內容的設置將充分依托本系學科優勢，在“銜接前沿、兼顧基礎”的原則下，更新、升級、完善和補充大型儀器類實驗。同時在完成經典傳承的基礎上，加大綜合性、設計性、研究性實驗的比例，以求拓寬學生專業面、增強適應性。更希望通過本課程教學內容的實施和開展，讓學生了解和掌握一定的前沿技術、技能以及思考、解決問題的方法，促進學生探索能力、科研創新能力的發展，提高學生的綜合能力。

在上述思想的指導下，我們經過對國內部分高校的物理化學實驗教學內容進行調研和對比，并結合本系的實際情況，進行如下改革。

1.更新儀器設備，推動傳統實驗內容的更新優化

對目前開設的多個實驗的老舊設備進行更新，取得了明顯的效果。

比如，差熱分析實驗是一個經典的研究物質在受熱或冷卻時產生的物理和化學的變遷速率和溫度以及所涉及的能量和質量變化的熱分析實驗。本系原有的實驗設備，是20世紀70年代老師們自己動手搭建的，從冰水浴、自制熱偶、加熱爐到記錄筆、溫控儀的連接，都需要學生動手完成，由于各配件年代久遠，數據的重現性、分辨率都不理想，而且經常出現某一部件“罷工”的尷尬局面，導致實驗無法順利進行。近年來，熱分析技術的不斷創新與完善，使得熱分析的應用領域不斷拓展，研究對象不斷增加，在無機、有機、化工、冶金、醫藥、食品、塑料、橡膠、能源、建筑、生物及空間技術等領域被廣泛應用[3]。開展熱分析類的教學實驗，不僅具有課堂理論意義，也具有非常強的應用背景，國內許多高校開設熱分析教學實驗，但具體實施的方案各不相同。經過考察，我們購置了性能較好的熱重天平，此儀器采用較先進自動化技術和精密的機械制造工藝，將機械結構、機電控制和氣氛控制集于一體，一定程度上改善了傳統熱分析儀器笨重外形。性能優良的溫度控制軟件和界面，全面的熱動力參數分析功能，將熱重分析TG、微商熱重法DTG與差熱分析DTA結合為一體，在同一次測量中利用同一樣品可同步得到熱重、微商熱重與差熱數據。這樣一來，實驗簡便快捷，而且數據可靠直觀。為克服實驗內容相對單薄的問題，我們重新設計實驗方案，學生除了驗證已知樣品受熱過程中的吸放熱情況，還可以觀測不同升溫速率下吸放熱情況的變化，進而研究樣品受熱過程中相應的動力學參數，例如根據不同升溫速率下五水硫酸銅失水峰的峰頂溫度與升溫速率進行數學處理，便可以計算熱分解的活化能。在問題與思考環節中，啟發學生通過文獻查閱，對熱分析方法進行更全面的了解，有了這樣的技術和知識儲備，將來需要分析其他樣品受熱過程中物相變化、吸放熱等問題時，很容易找到解決方案。

此外，對氣液色譜法測定非電解質溶液熱力學函數的實驗也更換了最新型號的氣相色譜儀。所有的溫度、壓力、流量以及其他參數的設定和顯示均可以在電腦軟件界面上進行，大大方便了學生的實驗操作，而且對了解目前的主流色譜有了感官認識。最為關鍵的是，數據重復性得到了極大的提高，以前需要重復進樣近10次才能得到3次相對誤差較小的數據，現在只需進樣3次就可滿足要求，對操作難度的要求大大降低，數據也與文獻值吻合較好，得到了同學們的認可。

涉及電化學測量的實驗，目前全部采用電化學工作站進行。由于是軟件界面控制，重現性較好，出現故障也很容易判斷。這些改進與以前的電壓、電流表顯示相比，優勢明顯，而且對本科生繼續從事電化學相關研究起到了較好的鋪墊作用。

2.增開研究性實驗，加強對學生技術技能的培養

調研發現，物理化學實驗內容最欠缺的是科學研究領域中的前沿成果在教學中的體現，而學生能力培養上較欠缺的是現代表征儀器的操作技術。因此，與前沿研究相關的實驗內容的設置，是我們此次實驗教學內容更新的重點。

我們引入負載型催化劑的多相催化實驗。隨著催化技術的發展，由于多相催化劑具有易回收利用、產物易分離等特點，在石油化工等領域得到越來越廣泛的應用。因此，讓學生了解和掌握一定的多相催化技術和知識顯得尤為重要，國內浙江大學和南京大學化學系的本科生物理化學實驗中都涉及相關的實驗內容。我們開設了負載貴金屬催化劑液相催化苯甲醇氧化的實驗，通過本實驗，希望學生理解多相催化操作中的基本要求、評價活性優劣的基本方法、影響催化活性的外界因素、完成活性測試的定量分析手段等內容，再通過數據處理與分析，了解更多的與催化相關的動力學和熱力學知識與技術。

3.引入物質結構性質表征方面的實驗內容

現在科學研究中，物質結構及其性質的揭示，離不開大型儀器。自19世紀倫琴發現了X射線以來，X射線衍射被迅速地應用于物質結構表征，它可以用在研究體積很大的對象，譬如人體骨骼，還可以表征很小的物質結構，譬如蛋白質分子結構[4]。由于波長短，X射線有很強的穿透性，在分子及原子級的材料結構研究當中應用尤為廣泛。現代X射線技術在研究未知結構和新材料中已經成為一個有力的工具，比如本系多個課題組制備的各種單晶新材料，其結構解析就離不開X射線單晶衍射儀。作為重要的物質結構表征手段，理論課堂上也做了深入的介紹，但由于硬件條件的限制，本系本科生一直沒有機會動手操作X射線衍射儀。

多孔固體材料最早發現于19世紀90年代，因其獨特的結構特性而在催化、吸附、分離和儲能等領域受到廣泛的關注，表面狀態和孔結構直接影響其性能，所以多孔固體材料的比表面積和孔徑分布是研究固體材料的必要數據。本系多個課題組在介孔、微孔材料的制備研究中，一直離不開比表面積測試儀對樣品基本性質的測定，也正因如此，本系多套比表面積測試儀均難以勻出機時用于本科教學。

通過努力，現在我們購置了4臺比表面積測試儀，并借用本系X射線粉末衍射儀科研機時，用于本科生的教學實驗。先讓學生通過不同方法制備銅鋯復合氧化物材料，并對這些樣品進行X射線粉末衍射和比表面積測定，最后通過數據處理，分析了解不同的制備因素對材料基本性質的影響，了解BET多分子層吸附理論的基本假設和BET法測量固體比表面的基本原理，掌握X射線粉末衍射方法的基本原理、技術和物理吸附儀的工作原理、使用方法，并借此掌握一定的材料常規表征實驗技能技巧。

三、未來設想

近年來，隨著世界環境問題的日益嚴重，光催化在環境污染物降解中已成為研究熱點[5]。最近我們還將開設TiO2光催化廢水降解實驗，這個實驗是有效治理環境污染技術的典型代表。納米TiO2由于其化學性能穩定、抗菌性能好以及在有機物降解過程中無二次污染等優良性質，成為環境污染治理領域中的重要光催化劑，在光催化領域得到了廣泛研究。TiO2的結構形貌對其光催化活性有很大的影響，通過本實驗，希望學生了解環境污染與防治的相關知識，并能從結構形貌與光量子效率間的關系理解影響光催化活性的因素，同時理解光催化降解效率的衡量指標等知識和技能。

從培養學生技術技能的角度看，現代物質基本結構表征方面涉及的內容還遠不夠，將來還計劃開設銅鋯復合氧化物或者負載貴金屬樣品表面的CO吸附紅外光譜測定、核磁共振測定液相反應速率常數等相關內容。希望通過系列動力學活性測試以及相應物質結構表征方面實驗的開展，讓學生對功能材料樣品制備技術、物質基本性質表征以及樣品性質與性能之間的本質關聯有所了解。更希望學生通過這一系列的訓練，對科學研究過程有所了解，為他們開展系列校內科技創新項目打下基礎，有利于他們今后的繼續深造或工作。

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關鍵詞：科學素養；科學方法；科學意識；科學精神；大學物理

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）03-0110-02

“為什么我們的學校總是培養不出杰出人才？”這個被稱為“錢學森之問”的問題，已引起上至國務院總理下至普通學生的深思。中國學生雖在國際奧林匹克競賽中屢屢獲獎，卻一直與諾貝爾科學獎無緣。2010年11月第八次中國公民科學素養調查結果顯示，2010年具備基本科學素養的公民比例為3.27%，僅相當于主要發達國家和地區20世紀80年代末、90年代初的水平[1]。面對這些事實，我們不能不對現行的學校科學教育進行深刻反思。學校和社會一直倡導素質教育，但是素質教育就是多搞文體活動和多學琴棋書畫嗎？這是誤解，更是誤導。其實，素質教育的一個重要內容，就是提高科學素養。

一、什么是科學素養

“科學素養”這一概念是伴隨著20世紀五六十年代美國“課程改革運動”而系統確立起來[2]。盡管對這一概念的內涵尚未達成共識，但是，把科學素養作為科學教育的目標，已在世界各國取得共識。明確提出科學素養包含三個維度，并給出測評指標進行測度的主要有以下幾種。第一種是美國J?米勒教授提出的公民科學素養概念[3]。J?米勒的科學素養模型維度概括為：科學知識；科學方法；科學意識。自1979年以來，該指標體系及其測評結果一直為美國國家自然基金會所采用。第二種是世界經濟合作與發展組織開發的國際學生測評項目（PISA）提出的科學素養概念。PISA將科學素養定義為“15歲學生為了理解自然界及人類活動引起的自然界變化并有助于相關決策，而使用科學知識、識別科學問題、得出有根據的結論的能力”，該定義包含“科學方法或技能”、“科學概念與內容”及“語境”等三個維度[4]。雖然以上兩種科學素養概念的維度有所不同，但是可以看出，科學知識、科學方法、科學能力、科學精神和科學意識都屬于科學素養教育的范疇。

二、《物理》課程在培養科學素養中的重要性

《物理》、《化學》、《生物》等課程都是學校教育中培養學生科學素養的重要課程，而《物理學》又是一切自然科學和工程技術的基礎。2007年第10期青年科學《測測你的科學素養有多高》中判斷16個科學觀點的對錯。其中有10個觀點都可以在《物理》課程中找到答案，可見，《物理》課程在科學教育中的重要性。

三、大學《物理》教學中如何培養學生的科學素養

大學《物理》課程是高等學校理工科各專業學生的一門重要的通識性必修基礎課，在培養學生的科學素養方面，具有其他課程不能替代的重要作用。下面談談大學《物理》課程對培養學生科學素養，尤其是科學方法、意識和精神等方面筆者的一些思考和做法。

1.科學方法的培養。“授之以魚”不如“授之以漁”，方法對學生的終身發展至關重要。物理學中有許多科學方法。觀察法、實驗法、理想化方法、類比方法、假設方法和數學方法等是物理學的基本研究方法，不僅適用于自然科學的研究，也適用于其他科學技術領域和各種工作領域。分析、綜合、抽象、概括、歸納、演繹、類比等普通的邏輯方法是《物理》學科中常用的邏輯思維方法，更是普遍應用于人的各種思維活動。如果學生掌握了這些方法，就會在以后的工作中自覺地運用這些物理方法思考問題、解決問題，并具備實事求是，嚴謹科學的意識。也就是說，掌握了科學的方法，就有了在未來從事各項工作的“武器”。筆者在大學《物理》教學中，非常重視物理方法的介紹。①重視物理方法的提煉和總結。自然界發生的一切物理現象和物理過程，一般都是比較復雜的，為了降低研究的難度，在物理研究中產生了理想化方法，就有了質點、剛體、彈簧振子、理想氣體、點電荷等理想模型。在講解這些概念時重點講解這些模型形成的必要性和這種方法的重要性，讓學生知道這是處理自然界復雜問題的常用的科學抽象的方法，是一種重要的科學研究方法，在自然科學研究中占有重要地位。②通過物理學史的引入，加強科學方法的教學。牛頓在伽利略、開普勒等前人成果的基礎上，用歸納法獲得了經典力學的基本概念和力學三大定律，又用演繹的方法獲得了萬有引力定律并發明了微積分。在量子力學中，從黑體輻射問題的研究中出現的“紫外災難”到普朗克的量子假說，到愛因斯坦“光量子假說”，到玻爾的舊量子論，到海森伯、薛定諤提出的量子力學，再應用愛因斯坦相對論提出相對論量子力學的整個量子理論的發展史無不體現了假說―理論―新假說―新理論的循環發展模式；在提出假說階段常常運用歸納和類比的推理方法，在驗證和確立假說階段的演繹推理方法又時時出現。介紹這些歷史，不但讓學生學到了物理知識，而且讓學生用物理學家的方法和思路研究這些《物理》內容，無形中會受到良好的科學方法教育。

2.重視介紹物理的應用，培養學生良好的科學意識。科學意識就是從科學的角度理解問題、分析問題和解決問題的思想觀念及其行為。學生只有知道了科學的應用，才會在生活和工作中有科學的意識。《物理》課程是一門實用性很強的科學，所以在教學中就要多介紹物理知識的廣泛應用，尤其是最新的應用。例如，在電磁感應部分，除了介紹常見的渦流加熱和制動、微波加熱、電子感應加速器外，再介紹機場安檢處的金屬探測器（或棒）以及交通部門的交通探測器、銀行卡信息的存儲和讀取原理等；介紹這些實用知識不但會引起學生極大的興趣，也會引起學生主動思考生活中的問題，樹立良好的科學意識。

3.科學精神的培養。科學精神包括求實精神、創新精神、懷疑精神、寬容精神等幾個方面，其中最主要的是求實與創新。如何培養學生的科學精神？在授課中要注意啟發式教學，多提出問題，多質疑，啟發學生思考和發現，培養他們的主動參與的意識和創新意識。適當增加物理學史，讓物理學家們的不怕困難、無私奉獻，敢于質疑以及開拓創新的科學精神感染學生。

總之，在大學《物理》教學中要利用一切可能的途徑向學生傳授科學的基礎知識，培養科學的分析問題和解決問題的能力，培養學生用科學的觀點理解自然界現象并能作出決斷以及辨識真偽的能力，同時擁有良好的科學態度和科學精神。

參考文獻：

[1]中國科學技術協會.第八次中國公民科學素養調查結果.[EB/OL].

[2]李雁冰.科學探究、科學素養與科學教育[J].全球教育展望，2008.（12）：14-18.

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蒸蒸日上的凝聚態物理學

自從80年代中期發現了所謂高臨界溫度超導體以來，世界上對這種應用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏，時斷時續。這種新材料能在液氮溫區下傳導電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導材料的研究仍是今后凝聚態物理學中活躍的領域之一。目前，許多國家的科學工作者仍在爭分奪秒，繼續進行競爭，向更高溫區，甚至室溫溫區超導材料的研究和應用努力。可以預計，這個勢頭今后也不會減弱，此外，高臨界溫度的超導材料的機械性能、韌性強度和加工成材工藝也需進一步提高和解決。科學家們預測，21世紀初，這些技術問題可以得到解決并將有廣泛的應用前景，有可能會引起一場新的工業革命。超導電機、超導磁懸浮列車、超導船、超導計算機等將會面向市場，屆時，世界超導材料市場可望達到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀70年代末，在短短不到30年的時間內，已逐步揭示出其微觀機制和物理圖像。目前已利用半導體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對半導體的組分摻雜進行人工“設計”，從而可以研究一般半導體中根本不存在的物理現象，并將固態電子器件的應用推向一個新階段。但目前對于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進一步的努力。一些科學家預測，下一代的電子器件可能會被微結構器件替代，從而可能會帶來一場電子工業的革命。微結構物理的研究還有許多新的物理現象有待于揭示。21世紀可能會碩果累累，它的前景不可低估。

近年來，兩種與磁阻有關的引起人們強烈興趣的現象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現象。一般磁阻是物質的電阻率在磁場中會發生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數千倍的變化。超巨磁現象中令人吃驚的是，在很強的磁場中某些絕緣體會突變為導體，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導材料超導性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實現應用的主要障礙是強磁場和低溫的要求，預計下世紀初在這方面會有很大的進展，并會有誘人的應用前景。

可以預計，新材料的發展是21世紀凝聚態物理學研究重要的發展方向之一。新材料的發展趨勢是：復合化、功能特殊化、性能極限化和結構微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為下世紀重要的新材料。材料專家預計，21世紀新材料品種可能突破100萬種。

等離子體物理與核聚變

海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫，氧化氘就是重水，每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來，那么它所產生的能量足以提供人類使用數百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來釋放能量，這個過程稱為熱核反應，也叫核聚變。

核聚變反應的溫度大約需要幾億度，在這樣高的溫度上，氘氚混合燃料形成高溫等離子體態，所以等離子體物理是核聚變反應的理論基礎。1986年美國普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績，他們在TFTR實驗裝置上進行的超起動放電達到20千電子伏，遠遠超過了“點火”要求。1991年11月在英國卡拉姆的JET實驗裝置上首次成功地進行了氘氚等離子體聚變試驗。在圓形圈內，2億度的溫度下，氘氚氣體相遇爆炸成功，產生了200千瓦的能量，雖然只維持了1.3秒，但這為人類探索新能源——核聚變能的實現邁進了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應距實際應用還有相當大的距離，技術上尚有許多難題需要解決，如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度？高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸，否則等離子體要降溫，容器也會被燒環，這就是如何約束問題。21世紀初有可能在該領域的研究工作中有所突破。

納米技術向我們走來

所謂納米技術就是在10[-9]米（即十億分之一米）水平上，研究應用原子和分子現象及其結構信息的技術。納米技術的發展使人們有可能在原子分子量級上對物質進行加工，制造出各種東西，使人類開始進入一個可以在納米尺度范圍，人為設計、加工和制造新材料、新器件的時代。粗略的分，納米技術可分為納米物理、納米化學、納米生物、納米電子、納米材料、納米機械和加工等幾方面。

納米材料具有常規材料所不具備的反常特性，如它的硬度、強度，韌性和導電性等都非常高，被譽為“21世紀最有前途的材料”。美國一研究機構認為：任何經營材料的企業，如果現在還不采取措施研究納米材料的開發，今后勢必會處于競爭的劣勢。

納米電子是納米技術與電子學的交叉形成的一門新技術。它是以研究納米級芯片、器件、超高密度信息存儲為主要內容的一門新技術。例如，目前超高密度信息存儲的最高存儲密度為10[12]畢特／平方厘米，其信息儲存量為常規光盤的10[6]倍。

納米機械和加工，也稱為分子機器，它可以不用部件制造幾乎無任何縫隙的物體，它每秒能完成幾十億次操作，可以做人類想做的任何事情，可以制造出人類想得到的任何產品。目前采用分子機器加工已研制出世界上最小的（米粒大小）蒸汽機、微型汽車、微型發電機、微型馬達、微型機器人和微型手術刀。微型機器人可進入血管清理血管壁上的沉積脂肪，殺死癌細胞，修復損壞的組織和基因。微型手術刀只有一根頭發絲的百分之一大小，可以不用開胸破腹就能完成手術。21世紀的生物分子機器將會出現可放在人腦中的納米計算機，實現人機對話，并且有自身復制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實現物種再構。

“無限大”和“無限小”系統物理學

“無限大”和“無限小”系統物理學是當今物理學發展的一個非常活躍的領域。天體物理和宇宙物理學就屬于“無限大”系統物理學的范疇，它從早期對太陽系的研究，逐步發展到銀河系，直到對整個宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀后半葉自然科學中四大成就之一是當之無愧的。利用該模型已經成功地解釋宇宙觀測的最新結果。如宇宙膨脹，宇宙年齡下限，宇宙物質的層次結構，宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結果。可以說具有暴脹機制的熱大爆炸宇宙模型已為現代宇宙學奠定了一定的基礎。但是到目前為止，關于宇宙的起源問題仍沒有得到解決，暴脹宇宙論也并非十全十美，事實上想一次就能得到一個十分完善的宇宙理論是很困難的，這還有待于進一步的努力和探索。

“無限大”系統物理學還有兩個比較重要的問題是“類星體”和“暗物質”。“類星體”是1961年發現的，一個類星體發出的光相當于幾千個星云，而每個星云相當于1萬億個太陽所發出的光，所以對類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末，科學家們發現一個編號為3C271的類星體，一天之內它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世紀去解決。“暗物質”是一種具有引力，看不見，什么光也不發射的物質。宇宙中百分之九十以上的物質是所謂的“暗物質”，這種“暗物質”到底是什么？我們至今仍不清楚，也有待于下世紀去解決。

原子核物理和粒子物理學則屬于“無限小”系統物理學的范疇，它從早期對原子和原子核的研究，逐步發展到對粒子的研究。粒子主要包括強子（中子、質子、超子、л介子、K介子等）、輕子（電子、μ子、τ輕子等）和媒介子（光子、膠子等）。強子是對參與強相互作用粒子的總稱，其數量幾乎占粒子種類的絕大部分；輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的，它們不參與強相互作用；而媒介子是傳遞相互作用的。目前，人們已經知道參與強相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的，但是至今不能把單個“夸克”分離出來，也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨立不出來呢？還有一個不能解釋的問題是“非對稱性”，目前我們已有的定理都是對稱的，可是世界是非對稱的，這是一個有待于解決的矛盾。尋找獨立的夸克和電弱統一理論預言的、導致對稱性自發破缺的H粒子、解釋“對稱”與“非對性”的矛盾，是21世紀粒子物理學研究的前沿課題之一。

從表面上看“無限大”系統物理學與“無限小”系統物理學似無必然的聯系。其實不然，宇宙和天體物理學家利用廣義相對論來描述引力和宇宙的“無限大”結構，即可觀察的宇宙范圍；而粒子物理學家則利用量子力學來處理一些“無限小”微觀區域的現象。其實宇宙系統與原子系統在某些方面有著驚人的相似性。預計21世紀“無限大”系統物理學將會與“無限小”系統物理學結合得更加緊密，即宏觀宇宙物理學和微觀粒子物理學整體聯系起來。熱大爆炸宇宙模型就是這種結合的典范，實際上該模型是在粒子物理學中弱電統一理論的基礎上建立起來的。可以預計，這種結合對科技發展和應用都會產生巨大的影響。

二、跨世紀科學技術的發展趨勢

科學技術能否取得重大突破的關鍵取決于基礎科學的發展。所以，首先必須重視基礎科學的研究，不能忽視更不能簡單地以當時基礎科學成果是否有用來衡量其價值。相對論和量子力學建立時好像與其他學科和日常生活無關，直到20世紀中期相對論和量子力學在許多科學領域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視。可以說，20世紀幾乎所有的重大科技突破，像原子能、半導體、激光、計算機等，都是因為有了相對論和量子力學才得以實現。可以說，沒有基礎科學就沒有科學技術、社會和人類的發展。

20世紀重大科技成果的成功經驗證明，不同學科間的互相交叉、配合和滲透是產生新的發明與發現，解釋新現象，取得科學突破的關鍵條件之一。例如，核物理與軍事技術的交叉產生了原子彈；半導體物理與計算技術的交叉產生了計算機。可以預計，21世紀待人類掌握核聚變能的那一天，一定是核物理、等離子體物理、凝聚態物理和激光技術等學科的交叉和配合的結果。這也是21世紀科學技術的發展趨勢之一。

篇10

關鍵詞：考試；應用試題；機考；公式

一、大學物理考試存在的問題

大學物理是高等學校理工科專業開設的一門基礎課程，該課程在培養理工科學生的科學素質和綜合能力方面起著其他學科不可替代的作用。

在理工科各專業中，學生普遍認為大學物理課程難學，這可以從大學物理學的考試成績中得到體現。我校電子工程學院2005級至2011級學生的大學物理課程學習成績的數據分布表明，大學物理課型Ⅰ（上冊）的不及格率一直居高不下，平均不及格率40%左右；而大學物理課型Ⅰ（下冊）的學習成績也不理想，時好時差，并不穩定。學生的學習成績為教學提供了反饋信息，迫切需要教師改進教學方式，激發學生學習興趣，以提高教學效果。

針對理工科專業的大學物理教學現狀，筆者曾在小范圍內展開問卷調查（針對理工科專業160名學生，就大學物理教師的教學內容、教學方法、考試方式等幾個層面開展調查），結果表明：傳統的考試模式帶來的問題最多，單一的閉卷考試導致“一卷定終身”。盡管傳統的考試模式具有比較客觀、公正等優點，但普遍存在“重知識、輕能力，重記憶、輕創新”等現象，難以適應素質教育的需要。

二、大學物理考試改革的三個方面

目前，大學物理課程組全體教師積極投身于大學物理考試改革之中，花費大量的時間和精力考慮如何選擇考試內容和考核方式。結合大學物理課程教學，筆者從培養綜合素質和創新能力的指導思想出發，探索出以下三個方面：

1.考試內容向應用能力集中。大學物理課程是在中學所學物理知識基礎上的進一步深入和延展，其特點是用高等數學的知識解決各個領域的實際應用問題。考試時要針對不同專業擬在考題中加大專業性實際應用試題，例如，在給化工學院講授“近代物理的量子力學隧道效應”時，可結合美國和德國科學家在《科學》雜志上的撰文：研究發現量子力學隧道效應可影響化學反應結果。他們在實驗中發現并首次證明，一種名為“隧道控制”的新機制或許是化學反應中新的驅動力，它可讓化學反應偏離傳統方向，獲得新的反應結果。通過這個例子的講授，可激發化工學院學生學學物理的興趣。為實現考試內容向應用能力集中，擬分配一到兩名教師針對不同的專業需求整理專業應用試題，將教學和考核內容與專業教師的科研方向相結合，科研成果的“新”“爭議性”以及“創新性”更能激發學生的興趣，促使學生參與教學。當專業的科研成果與大學物理理論知識密切相關時，學生看到“經典內容”的現代性，能激發學學物理理論知識的興趣，產生內在的學習動力。

2.考試形式加入無紙化考試。在大范圍的基礎課教學中，無紙化考試已逐漸開展起來，大學物理課程平時機考的實施是理工科基礎課程探索考試方法改革的重要實踐。機考可以逐步加大平時考核比例，引導學生進行自主性學習和研究性學習，但是基于物理學的特點，全部教學內容實行機考是不合適的。我們擬將“一卷定終身”變為平時兩次機考+期末考試的考核方式，以正確引導學生注重學習過程中的知識積累和能力培養。為開展機考工作，需建立大學物理機考題庫，目前我們已著手自行編寫適合我校理工科考試水平的機考題目。為保證機考的公平性，教師根據考試內容涉及的知識點及其難易程度設計題庫。平時機考的增加勢必給教學生帶來考試壓力，為此我們打算編寫一個大學物理機考的輔導材料，要求學生根據課堂所學內容，結合輔導材料充分地備考。

3.考試試卷給出常用公式。大學物理包括了力學、熱學、電磁學、光學及近代物理等內容，涉及大量的定理、定義和公式。在教學要求上，主要是培養學生對具體問題能夠運用基本的物理學原理加以分析、討論，提出解決問題的途徑和方法，而只是最后的解題過程要使用相應的公式。在考試過程中，學生往往能正確地分析問題，但由于公式記不住或記不準確，容易造成解題錯誤，僅僅從這道題目來說，并不能真正反映出對知識的掌握程度。針對這種情況，筆者認為應該在考試的時候給出主要公式，將學生的注意力有意識地吸引到對問題的深入分析、理解及所學知識的實際應用上，使他們認識到大學物理在分析實際問題時的基礎作用。

對大學物理考試改革做這樣一些探索，最終的目的是使教育的中心由教師轉向學生，讓學生成為教學主體。這種多樣性考核的方式不僅影響到大學物理的學習，促進大學物理教學改革的深入，而且訓練了學生的發散性思維，培養了學生在將來的學習中產生新觀點、新思想的能力，造就了建設創新型國家所需要的創新型人才。

參考文獻：

[1]趙純.關于大學物理考試改革的探索——以華南理工大學為例[J].高等理科教育，2003，（S1）：137-138.