前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇量子力學(xué)知識(shí)總結(jié)范文，相信會(huì)為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

量子力學(xué)知識(shí)總結(jié)范文第1篇

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；現(xiàn)代物理；地方應(yīng)用型高校

筆者于1997年畢業(yè)于衡陽(yáng)師范高等?？茖W(xué)校物理教育專業(yè)，那時(shí)用的是?？茖W(xué)校自編的量子力學(xué)教材，內(nèi)容較簡(jiǎn)化，學(xué)習(xí)起來較吃力；2005年進(jìn)入湖南師大讀研后，又學(xué)習(xí)了高等量子力學(xué)，許多東西似懂非懂；2016年開始向本科生講授量子力學(xué)課程，也只有在這時(shí)候，才懂得了困惑自己多年的一些問題。從這個(gè)歷程中，可見學(xué)好量子力學(xué)這門課程是多么難。

一、教學(xué)指導(dǎo)思想

正因?yàn)檫@門課程很難學(xué)，所以不能期望太高，何況在生源較差的地方應(yīng)用型高校。與此同時(shí)，教師要以人才市場(chǎng)需求和學(xué)術(shù)發(fā)展為雙重依據(jù)，保持學(xué)科體系的完整性，把量子力學(xué)教好。對(duì)于若干個(gè)學(xué)生中的精英，要使其受到完整的課程體系訓(xùn)練，培養(yǎng)物理學(xué)科的領(lǐng)頭雁；而對(duì)于其他學(xué)生，則通過教學(xué)方式和考核方式的多樣性，讓其順利通過這些理論性較強(qiáng)的課程考核，培養(yǎng)物理文化的傳播者。

筆者采用的教學(xué)方式以傳統(tǒng)講授法為主，PPT用得很少。因?yàn)檫@門課程必須經(jīng)過數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，才能對(duì)量子世界有所理解。不要求學(xué)生步步推導(dǎo)，但教師至少要去一步一步地算，給學(xué)生留下深刻的印象，讓學(xué)生知道，做學(xué)問是老老實(shí)實(shí)地工作。每章結(jié)束后，設(shè)置一個(gè)小測(cè)試，題目來自上課時(shí)講的一些重點(diǎn)概念、符號(hào)、規(guī)律以及一些簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)。這樣可以保證學(xué)生能從書本里查找答案，掌握基本知識(shí)。

二、正確看待學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況

學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況也如所預(yù)料的一樣，認(rèn)真聽的只有幾個(gè)有考研意愿的人，其他人幾乎是以玩手機(jī)來消磨時(shí)間。小測(cè)試的時(shí)候，總有十多人先不做，坐等別人的答案。筆者認(rèn)為，教育不能指望人人都會(huì)成為精英，能成為“欲栽大樹柱長(zhǎng)天”的人只需幾個(gè)即可。同一個(gè)專業(yè)里，也需要各種層次的人才，如理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)操作、知識(shí)傳播、人際協(xié)調(diào)，等等。量子力學(xué)教師需要關(guān)注學(xué)生的聽課狀態(tài)，以人人能學(xué)會(huì)為原則（教育機(jī)會(huì)均等），隨時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)策略；同時(shí)也要牢記自己的使命，把量子力學(xué)的靈魂傳播到位，把它的科學(xué)精神傳播到位。

三、量子力學(xué)的魂與精神

量子力學(xué)的魂是：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不確定的，只能用概率波去描述；微觀粒子的運(yùn)動(dòng)能量不是連續(xù)的，而是離散的；測(cè)量微觀粒子的力學(xué)量時(shí)得不到確定值，只能得到系列的可能值及其出現(xiàn)的概率，但它們的統(tǒng)計(jì)值是確定的，即得到的宏觀量；量子力學(xué)里的微觀粒子不一定是電子質(zhì)子等實(shí)物粒子，還可能是經(jīng)過一次量子化和二次量子化后的某種運(yùn)動(dòng)單元，如電磁場(chǎng)光子、諧振子粒子。量子力學(xué)的精神是：科學(xué)研究是一件嚴(yán)肅的事情，必需老老實(shí)實(shí)地演算和推導(dǎo)，來不得半點(diǎn)投機(jī)取巧。

四、教學(xué)心得體會(huì)

1.量子力學(xué)的研究對(duì)象。量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，但是課本開始介紹的黑體輻射卻是能觀察到的宏觀現(xiàn)象，這該怎樣理解？一是將空窖里的輻射場(chǎng)當(dāng)成大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，它們服從Bose-Einstein分布l=ωl/（eβεl-1），只是它們不是有原子分子結(jié)構(gòu)的實(shí)物粒子罷了。二是認(rèn)為這些粒子的能量是量子化的εl=ω，不再是宏觀的連續(xù)能量了。這樣一來，物體的輻射就是發(fā)射和吸收微觀粒子的過程了。

2.二次量子化。把輻射場(chǎng)處理成能量量子化的大量微觀粒子，把原點(diǎn)附近做振動(dòng)的原子或分子處理成能量量子化的線性諧振子等就是一次量子化。最簡(jiǎn)單的二次量子化就是體現(xiàn)在對(duì)線性諧振子的處理上。線性諧振子的能級(jí)是分立的，En=ω（n+1/2），τΦ謀菊魈為Ψn。由于相鄰能級(jí)上的本征態(tài)具有遞推關(guān)系，即由Ψn可以推出Ψn-1或Ψn+1這時(shí)又把態(tài)Ψn看成是由n個(gè)粒子組成的系統(tǒng)，每個(gè)粒子具有能量E=ω，這樣一來，遞推關(guān)系里的算符就可以看成產(chǎn)生算符和湮滅算符了。

3.不確定性。這點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)有某種相似性。統(tǒng)計(jì)力學(xué)并不知道微觀粒子確定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以只好假定每種微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等，即等概率原理。這樣一來，就可以理解測(cè)量微觀粒子的力學(xué)量時(shí)，得不出確定值的原因，只能得出一系列的可能值以及這些可能值出現(xiàn)的概率。同樣，描述粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也只能用概率波來描述了。

量子力學(xué)知識(shí)總結(jié)范文第2篇

人們通常把愛因斯坦與玻爾之間關(guān)于如何理解量子力學(xué)的爭(zhēng)論，看成是繼地心說與日心說之后科學(xué)史上最重要的爭(zhēng)論之一。就像地心說與日心說之爭(zhēng)改變了人們關(guān)于世界的整個(gè)認(rèn)知圖景一樣，愛因斯坦與玻爾之間的爭(zhēng)論也蘊(yùn)含著值得深入探討的對(duì)理論意義與概念變化的全新理解以及關(guān)于世界的不同看法。有趣的是，他們倆人雖然都對(duì)量子力學(xué)的早期發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但是，愛因斯坦在最早基于普朗克的量子概念提出并運(yùn)用光量子概念成功地解釋了光電效應(yīng)，以及運(yùn)用能量量子化概念推導(dǎo)出固體比熱的量子論公式之后，卻從量子論的奠基者，變成了量子力學(xué)的最強(qiáng)烈的反對(duì)者，甚至是最尖銳的批評(píng)家。截然相反的是，玻爾在1913年同樣基于普朗克的量子概念提出了半經(jīng)典半量子的氫原子模型之后，卻成為量子力學(xué)的哥本哈根解釋的奠基人。愛因斯坦對(duì)量子力學(xué)的反對(duì)，不是質(zhì)疑其數(shù)學(xué)形式，而是對(duì)成為主流的量子力學(xué)的哥本哈根解釋深感不滿。這些不滿主要體現(xiàn)在愛因斯坦與玻爾就量子力學(xué)的基礎(chǔ)性問題展開的三次大論戰(zhàn)中。他們的第一次論戰(zhàn)是在1927年10月24日至29日在布魯塞爾召開的第五屆索爾未會(huì)議上進(jìn)行的。這次會(huì)議由洛倫茲主持，其目的是為討論量子論的意義提供一個(gè)最高級(jí)的論壇。在這次會(huì)議上，愛因斯坦第一次聽到了玻爾的互補(bǔ)性觀點(diǎn)，并試圖通過分析理想實(shí)驗(yàn)來駁倒玻爾—海森堡的解釋。這一次論戰(zhàn)以玻爾成功地捍衛(wèi)了互補(bǔ)性詮釋的邏輯無矛盾性而結(jié)束；第二次大論戰(zhàn)是于1930年10月20日至25日在布魯塞爾召開并由朗子萬主持的第六屆索爾未會(huì)議上進(jìn)行的。在這次會(huì)議上，關(guān)于量子力學(xué)的基礎(chǔ)問題仍然是許多與會(huì)代表所共同關(guān)心的主要論題。愛因斯坦繼續(xù)設(shè)計(jì)了一個(gè)“光子箱”的理想實(shí)驗(yàn)，試圖從相對(duì)論來玻爾的解釋。但是，在這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)中，愛因斯坦求助于自己創(chuàng)立的相對(duì)論來反駁海森堡提出的不確定關(guān)系，反倒被玻爾發(fā)現(xiàn)他的論證本身包含了駁倒自己推論的關(guān)鍵因素而放棄。

當(dāng)這兩個(gè)理想實(shí)驗(yàn)都被玻爾駁倒之后，愛因斯坦雖然不再懷疑不確定關(guān)系的有效性和量子理論的內(nèi)在自洽性。但是，他對(duì)整個(gè)理論的基礎(chǔ)是否堅(jiān)實(shí)仍然缺乏信任。1931年之后，愛因斯坦對(duì)量子力學(xué)的哥本哈根解釋的質(zhì)疑采取了新的態(tài)度：不是把理想實(shí)驗(yàn)用作正面攻擊海森堡的不確定關(guān)系的武器，而是試圖通過設(shè)計(jì)思想實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出一個(gè)邏輯悖論，以證明哥本哈根解釋把波函數(shù)理解成是描述單個(gè)系統(tǒng)行為的觀點(diǎn)是不完備的，而不再是證明邏輯上的不一致。在這樣的思想主導(dǎo)下，第三次論戰(zhàn)的焦點(diǎn)就集中于論證量子力學(xué)是不完備的觀點(diǎn)。1935年發(fā)表的EPR論證的文章正是在這種背景下撰寫的。從寫作風(fēng)格上來看，EPR論證既不是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，也不再是完全借助于思想實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行，而是把概念判據(jù)作為討論的邏輯前提。這樣，EPR論證就把討論量子力學(xué)是否完備的問題，轉(zhuǎn)化為討論量子力學(xué)能否滿足文章提供的概念判據(jù)的問題。由于這些概念判據(jù)事實(shí)上就是哲學(xué)假設(shè)，這就進(jìn)一步把是否滿足概念判據(jù)的問題，推向了潛在地接受什么樣的哲學(xué)假設(shè)的問題。例如，EPR論證在文章的一開始就開門見山地指出：“對(duì)于一種物理理論的任何嚴(yán)肅的考查，都必須考慮到那個(gè)獨(dú)立于任何理論之外的客觀實(shí)在同理論所使用的物理概念之間的區(qū)別。這些概念是用來對(duì)應(yīng)客觀實(shí)在的，我們利用它們來為自己描繪出實(shí)在的圖像。為了要判斷一種物理理論成功與否，我們不妨提出這樣兩個(gè)問題：（1）“這理論是正確的嗎？”（2）“這理論所作的描述是完備的嗎？”只有在對(duì)這兩個(gè)問題都具有肯定的答案時(shí)，這種理論的一些概念才可說是令人滿意的?！薄?〕從哲學(xué)意義上來看，這段開場(chǎng)白至少蘊(yùn)含了兩層意思，其一，物理學(xué)家之所以能夠運(yùn)用物理概念來描繪客觀實(shí)在，是因?yàn)槲锢砀拍钍菍?duì)客觀實(shí)在的表征，由這些表征描繪出的實(shí)在圖像，是可想象的。這是真理符合論的最基本的形式，也反映了經(jīng)典實(shí)在論思想的核心內(nèi)容；其二，如果一個(gè)理論是令人滿意的，當(dāng)且僅當(dāng)，這個(gè)理論既正確，又完備。那么，什么是正確的理論與完備的理論呢？EPR論證認(rèn)為，理論的正確性是由理論的結(jié)論同人的經(jīng)驗(yàn)的符合程度來判斷的。只有通過經(jīng)驗(yàn)，我們才能對(duì)實(shí)在作出一些推斷，而在物理學(xué)里，這些經(jīng)驗(yàn)是采取實(shí)驗(yàn)和量度的形式的。〔4〕也就是說，理論正確與否是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來判定的，正確的理論就是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合的理論。但文章接著申明說，就量子力學(xué)的情況而言，只討論完備性問題。言外之意是，量子力學(xué)是正確的，即與實(shí)驗(yàn)相符合，但不一定是完備的。為了討論完備性問題，文章首先不加證論地給出了物理理論的完備性條件：如果一個(gè)物理理論是完備的，那么，物理實(shí)在的每一元素都必須在這個(gè)物理理論中有它的對(duì)應(yīng)量。物理實(shí)在的元素必須通過實(shí)驗(yàn)和量度來得到，而不能由先驗(yàn)的哲學(xué)思考來確定。基于這種考慮，他們又進(jìn)一步提供了關(guān)于物理實(shí)在的判據(jù)：“要是對(duì)于一個(gè)體系沒有任何干擾，我們能夠確定地預(yù)測(cè)（即幾率等于1）一個(gè)物理量的值，那末對(duì)應(yīng)于這一物理量，必定存在著一個(gè)物理實(shí)在的元素?！?/p>

文章認(rèn)為，這個(gè)實(shí)在性判據(jù)盡管不可能包括所有認(rèn)識(shí)物理實(shí)在的可能方法，但只要具備了所要求的條件，就至少向我們提供了這樣的一種方法。只要不把這個(gè)判據(jù)看成是實(shí)在的必要條件，而只看成是一個(gè)充足條件，那末這個(gè)判據(jù)同經(jīng)典實(shí)在觀和量子力學(xué)的實(shí)在觀都是符合的。綜合起來，這兩個(gè)判據(jù)的意思是說，如果一個(gè)物理量能夠?qū)?yīng)于一個(gè)物理實(shí)在的元素，那么，這個(gè)物理量就是實(shí)在的；如果一個(gè)物理理論的每一個(gè)物理量都能夠?qū)?yīng)于物理實(shí)在的一個(gè)元素，那么，這個(gè)物理學(xué)理論就是完備的。然而，根據(jù)現(xiàn)有的量子力學(xué)的基本假設(shè)，當(dāng)兩個(gè)物理量（比如，位置X與動(dòng)量P）是不可對(duì)易的量（即，XP≠PX）時(shí)，我們就不可能同時(shí)準(zhǔn)確地得到它們的值，即得到其中一個(gè)物理量的準(zhǔn)確值，就會(huì)排除得到另一個(gè)物理量的準(zhǔn)確值的可能，因?yàn)閷?duì)后一個(gè)物理量的測(cè)量，會(huì)改變體系的狀態(tài)，破壞前者的值。這是海森堡的不確定關(guān)系所要求的。于是，他們得出了兩種選擇：要么，（1）由波動(dòng)函數(shù)所提供的關(guān)于實(shí)在的量子力學(xué)的描述是不完備的；要么，（2）當(dāng)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)物理量的算符不可對(duì)易時(shí)，這兩個(gè)物理量就不能同時(shí)是實(shí)在的。他們?cè)谶M(jìn)行了這樣的概念闡述之后，接著設(shè)想了曾經(jīng)相互作用過的兩個(gè)系統(tǒng)分開之后的量子力學(xué)描述，然后，根據(jù)他們給定的判據(jù)，得出量子力學(xué)是不完備的結(jié)論。EPR論證發(fā)表不久，薛定諤在運(yùn)用數(shù)學(xué)觀點(diǎn)分折了EPR論證之后，以著名的“薛定諤貓”的理想實(shí)驗(yàn)為例，提出了一個(gè)不同于EPR論證，但卻支持EPR論證觀點(diǎn)的新的論證進(jìn)路。出乎意料的是，愛因斯坦卻在1936年6月19日寫給薛定諤的一封信中透露說，EPR論文是經(jīng)過他們?nèi)齻€(gè)人的共同討論之后，由于語(yǔ)言問題，由波多爾斯基執(zhí)筆完成的，他本人對(duì)EPR的論證沒有充分表達(dá)出他自己的真實(shí)觀點(diǎn)表示不滿。從愛因斯坦在1948年撰寫的“量子力學(xué)與實(shí)在”一文來看，愛因斯坦對(duì)量子力學(xué)的不完備性的論證主要集中于量子理論的概率特征與非定域性問題。他認(rèn)為，物理對(duì)象在時(shí)空中是獨(dú)立存在的，如果不做出這種區(qū)分，就不可能建立與檢驗(yàn)物理學(xué)定律。因此，量子力學(xué)“很可能成為以后一種理論的一部分，就像幾何光學(xué)現(xiàn)在合并在波動(dòng)光學(xué)里面一樣：相互關(guān)系仍然保持著，但其基礎(chǔ)將被一個(gè)包羅得更廣泛的基礎(chǔ)所加深或代替?！憋@然，愛因斯坦后來對(duì)量子力學(xué)的不完備性問題的論證比EPR論證更具體、更明確。EPR論證中的思想實(shí)驗(yàn)只是隱含了對(duì)非定域性的質(zhì)疑，但沒有明朗化。但就論證問題的哲學(xué)前提而言，愛因斯坦與EPR論證基本上沒有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。因此，本文下面只是從哲學(xué)意義上把EPR論證看成是基于經(jīng)典物理學(xué)的概念體系來理解量子力學(xué)的一個(gè)例證來討論，而不準(zhǔn)備專門闡述愛因斯坦本人的觀點(diǎn)。

二、玻爾的反駁與量子整體性

玻爾在EPR論證發(fā)表后不久很快就以與EPR論文同樣的題目也在《物理學(xué)評(píng)論》雜志上發(fā)表了反駁EPR論證的文章。玻爾在這篇文章中重申并升華了他的互補(bǔ)觀念。玻爾認(rèn)為，EPR論證的實(shí)在性判據(jù)中所講的“不受任何方式干擾系統(tǒng)”的說法包含著一種本質(zhì)上的含混不清，是建立在經(jīng)典測(cè)量觀基礎(chǔ)上的一種理想的說法。因?yàn)樵诮?jīng)典測(cè)量中，被測(cè)量的對(duì)象與測(cè)量?jī)x器之間的相互作用通常可以被忽略不計(jì)，測(cè)量結(jié)果或現(xiàn)象被無歧義地認(rèn)為反映了對(duì)象的某一特性。但是，在量子測(cè)量系統(tǒng)中，不僅曾經(jīng)相互作用過的兩個(gè)粒子，在空間上彼此分離開之后，仍然必須被看成是一個(gè)整體，而且，被測(cè)量的量子系統(tǒng)與測(cè)量?jī)x器之間存在著不可避免的相互作用，這種相互作用將會(huì)在根本意義上影響量子對(duì)象的行為表現(xiàn)，成為獲得測(cè)量結(jié)果或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的一個(gè)基本條件，從而使人們不可能像經(jīng)典測(cè)量那樣獨(dú)立于測(cè)量手段來談?wù)撛蝇F(xiàn)象。玻爾把量子現(xiàn)象對(duì)測(cè)量設(shè)置的這種依賴性稱為量子整體性（whole-ness）。

在玻爾看來，為了明確描述被測(cè)量的對(duì)象與測(cè)量?jī)x器之間的相互作用，希望把對(duì)象與儀器分離開來的任何企圖，都會(huì)違反這種基本的整體性。這樣，在量子測(cè)量中，量子對(duì)象的行為失去了經(jīng)典對(duì)象具有的那種自主性，即量子測(cè)量過程中所觀察到的量子對(duì)象的行為表現(xiàn)，既屬于量子對(duì)象，也屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)置，是兩者相互作用的結(jié)果。因此，在量子測(cè)量中，“觀察”的可能性問題變成了一個(gè)突出的認(rèn)識(shí)論問題：我們不僅不能離開觀察條件來談?wù)摿孔蝇F(xiàn)象，而且，試圖明確地區(qū)分對(duì)象的自主行為以及對(duì)象與測(cè)量?jī)x器之間的相互作用，不再是一件可能的事情。玻爾指出，“確實(shí)，在每一種實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，區(qū)分物理系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器與研究客體的必要性，成為在對(duì)物理現(xiàn)象的經(jīng)典描述與量子力學(xué)的描述之間的原則性區(qū)別?！薄?〕海森堡也曾指出，“在原子物理學(xué)中，不可能再有像經(jīng)典物理學(xué)意義下的那種感知的客觀化可能性。放棄這種客觀化可能性的邏輯前提，是由于我們斷定，在觀察原子現(xiàn)象的時(shí)候，不應(yīng)該忽略觀察行動(dòng)所給予被觀察體系的那種干擾。對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钪信c之打交道的那些重大物體來說，觀察它們時(shí)所必然與之相連的很小一點(diǎn)干擾，自然起不了重要作用?！?/p>

另一方面，作用量子的發(fā)現(xiàn)，揭示了量子世界的不連續(xù)性。這種不連續(xù)性觀念的確立，又相應(yīng)地導(dǎo)致了一系列值得思考的根本問題。首先，就經(jīng)典概念的運(yùn)用而言，一旦我們所使用的每一個(gè)概念或詞語(yǔ)，不再以連續(xù)性的觀念為基礎(chǔ)，它們就會(huì)成為意義不明確的概念或詞語(yǔ)。如果我們希望仍然使用這些概念來描述量子現(xiàn)象，那么，我們所付出的代價(jià)是，限制這些概念的使用范圍和精確度。對(duì)于完備地反映微觀物理實(shí)在的特性而言，描述現(xiàn)象所使用的經(jīng)典概念是既相互排斥又相互補(bǔ)充的。這是玻爾的互補(bǔ)性觀念的精神所在。有鑒于此，玻爾認(rèn)為，EPR論證根本不會(huì)影響量子力學(xué)描述的可靠性，反而是揭示了按照經(jīng)典物理學(xué)中傳統(tǒng)的自然哲學(xué)觀點(diǎn)或經(jīng)典實(shí)在論來闡述量子測(cè)量現(xiàn)象時(shí)存在的本質(zhì)上的不適用性。他指出：“在所有考慮的這些現(xiàn)象中，我們所處理的不是那種以任意挑選物理實(shí)在的各種不同要素而同時(shí)犧牲其他要素為其特征的一種不完備的描述，而是那種對(duì)于本質(zhì)上不同的一些實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟的合理區(qū)分；……事實(shí)上，在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中對(duì)于物理實(shí)在描述的這一個(gè)或那一個(gè)方面的放棄（這些方面的結(jié)合是經(jīng)典物理學(xué)方法的特征，因而在此意義上它們可以被看作是彼此互補(bǔ)的），本質(zhì)上取決于量子論領(lǐng)域中精確控制客體對(duì)測(cè)量?jī)x器反作用的不可能性；這種反作用也就是指位置測(cè)量時(shí)的動(dòng)量傳遞，以及動(dòng)量測(cè)量時(shí)的位移。正是在這后一點(diǎn)上，量子力學(xué)和普通統(tǒng)計(jì)力學(xué)之間的任何對(duì)比都是在本質(zhì)上不妥當(dāng)?shù)摹还苓@種對(duì)比對(duì)于理論的形式表示可能多么有用。事實(shí)上，在適于用來研究真正的量子現(xiàn)象的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，我們不但必將涉及對(duì)于某些物理量的值的無知，而且還必將涉及無歧義地定義這些量的不可能性?！逼浯?，就量子描述的可能性而言，玻爾認(rèn)為，我們“位于”世界之中，不可能再像在經(jīng)典物理學(xué)中那樣扮演“上帝之眼”的角色，站在世界之外或從“外部”來描述世界，不可能獲得作為一個(gè)整體的世界的知識(shí)。玻爾把這種描述的可能性與心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)中對(duì)自我認(rèn)識(shí)的可能性進(jìn)行了類比。在心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)中，知覺主體本身是進(jìn)行自我意識(shí)的一部分這一事實(shí)，限制了對(duì)自我認(rèn)識(shí)的純客觀描述的可能性。用玻爾形象化的比喻來說，在生活的舞臺(tái)上，我們既是演員，又是觀眾。因此，量子描述的客觀性位于理想化的純客觀描述與純主觀描述之間的某個(gè)地方。

為此，玻爾認(rèn)為，物理學(xué)的任務(wù)不是發(fā)現(xiàn)自然界究竟是怎樣的，而是提供對(duì)自然界的描述。海森堡也曾指出，在原子物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，“我們又尖銳地碰到了一個(gè)最基本的真理，即在科學(xué)方面我們不是在同自然本身而是在同自然科學(xué)打交道?！睈垡蛩固箘t堅(jiān)持認(rèn)為，在科學(xué)中，我們應(yīng)當(dāng)關(guān)心自然界在干什么，物理學(xué)家的工作不是告訴人們關(guān)于自然界能說些什么。愛因斯坦的觀點(diǎn)是EPR論證所蘊(yùn)含的。這兩種理論觀之間的分歧，事實(shí)上，不僅是有沒有必要考慮和闡述包括概念、儀器等認(rèn)知中介的作用的分歧，而且是能否把量子力學(xué)納入到經(jīng)典科學(xué)的思維方式當(dāng)中的分歧。EPR論證以經(jīng)典科學(xué)的方法論與認(rèn)識(shí)論為前提，認(rèn)為正確的科學(xué)理論理應(yīng)是對(duì)自然界的正確反映，認(rèn)知中介對(duì)測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響；而玻爾與海森堡則以接受量子測(cè)量帶來的認(rèn)識(shí)論教益為前提，認(rèn)為量子力學(xué)已經(jīng)失去了經(jīng)典科學(xué)具有的那種概念與物理實(shí)在之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，認(rèn)知中介的設(shè)定成為人類認(rèn)識(shí)微觀世界的基本前提。第三，就主體與客體的關(guān)系問題而言，EPR論證認(rèn)為，認(rèn)知主體與客體之間存在著明確的分界線。這意味著，所有的主體都能對(duì)客體進(jìn)行同樣的描述，并且他們描述現(xiàn)象所用的概念與語(yǔ)言是無歧義的。無歧義意味著對(duì)概念或語(yǔ)言的意義的理解是一致的。而對(duì)于量子測(cè)量而言，對(duì)客體的描述包含了主體遵守的作為世界組成部分的描述條件的說明，從而顯現(xiàn)了一種新的主客體關(guān)系。為此，我們可以把主體與客體之間的關(guān)系劃分為三類：其一，能夠在主體與客體之間劃出分界線，所有的主體對(duì)客體的描述都是相同的，EPR論證屬于此類；其二，能夠在主體與客體之間劃出分界線，但主體對(duì)客體的描述是因人而異的，人們對(duì)藝術(shù)品的欣賞屬于此類；其三，不可能在主體與客體之間劃出分界線，主體對(duì)客體的描述包括了對(duì)測(cè)量條件的描述在內(nèi)，玻爾對(duì)EPR論證的反駁屬于此類。顯然，EPR論證隱含的主客體關(guān)系與玻爾所理解的量子測(cè)量中的主客體關(guān)系之間存在著實(shí)質(zhì)性的差別。EPR論證是沿襲了經(jīng)典實(shí)在論的觀點(diǎn)，而玻爾的觀點(diǎn)代表了他基于量子力學(xué)的形式體系總結(jié)出來的某種新的認(rèn)識(shí)。在這里，就像不能用歐幾里得幾何的時(shí)空觀來反對(duì)非歐幾何的時(shí)空觀一樣，我們也不能用經(jīng)典意義上的理論觀反對(duì)量子意義上的理論觀。因此，可以說，物理學(xué)家關(guān)于如何理解量子力學(xué)問題的爭(zhēng)論，在很大程度上，蘊(yùn)含了他們關(guān)于科學(xué)研究的哲學(xué)假設(shè)之間的爭(zhēng)論。

三、實(shí)驗(yàn)的形而上學(xué)

EPR論證不僅引發(fā)了量子物理學(xué)家關(guān)于物理學(xué)基礎(chǔ)理論問題的哲學(xué)討論，而且還創(chuàng)立了“實(shí)驗(yàn)的形而上學(xué)”，提供了物理學(xué)家如何基于形而上學(xué)的觀念之爭(zhēng)，最終探索出通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其結(jié)論的一個(gè)典型案例。這一過程與尋找量子論的隱變量解釋的努力聯(lián)系在一起。量子力學(xué)的隱變量解釋的最早方案是德布羅意在1927年提出的“導(dǎo)波”理論。1932年，馮•諾意曼在他的《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》一書中曾根據(jù)量子力學(xué)的概念體系提出了四個(gè)假設(shè)，并且證明，隱變量理論和他的第四個(gè)假設(shè)（即，可加性假設(shè)）相矛盾，認(rèn)為通過設(shè)計(jì)隱變量的觀念來把量子理論置于決定論體系之中的任何企圖都注定是失敗的。馮•諾意曼的這一工作在為量子論的隱變量解釋判了死刑的同時(shí)，也極大地支持了量子力學(xué)的哥本哈根解釋。有意思的是，曾是量子力學(xué)的哥本哈根解釋的支持者與傳播者的玻姆，在1951年基于量子力學(xué)的哥本哈根精神出版了至今仍然有影響的《量子理論》一書，并在書的結(jié)尾，以EPR論證為基礎(chǔ)，提出了“量子理論同隱變量不相容的一個(gè)證明”之后，從1952年開始反而致力于從邏輯上為量子力學(xué)提供一種隱變量解釋的研究。

玻姆闡述隱變量理論的目標(biāo)可以大致概括為兩個(gè)方面，一是試圖用能夠直覺想象的概念為量子概率和量子測(cè)量提供一種可理解的說明，證明為量子論提供一個(gè)決定論的基礎(chǔ)是可行的；二是希望從邏輯上表明，隱變量理論是有可能的，“不論這種理論是多么抽象和‘玄學(xué)’?！辈Ｄ返淖非箫@然是一種信念的支撐，而不是事實(shí)之使然。在這種信念的引導(dǎo)下，玻姆在1952年連續(xù)發(fā)表了兩篇闡述隱變量理論的文章，在這些文章中，他用經(jīng)典方式定義波函數(shù)，假定微觀粒子像經(jīng)典粒子一樣總是具有精確的位置和精確的動(dòng)量，闡述了一種可能的量子論的隱變量解釋，最后，用一個(gè)粒子的兩個(gè)自旋分量代替EPR論證中的坐標(biāo)與動(dòng)量，討論了EPR論證的思想實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用量子場(chǎng)與量子勢(shì)概念解釋了測(cè)量一個(gè)粒子的位置影響第二個(gè)粒子的動(dòng)量的原因。

貝爾在讀了玻姆的文章之后，認(rèn)為有必要重新系統(tǒng)地研究量子力學(xué)的基本問題。貝爾試圖解決的矛盾是：如果馮•諾意曼的證明成立，那么，怎么會(huì)有可能建立一個(gè)邏輯上無矛盾的隱變量理論呢？為了搞明白問題，貝爾首先重新剖析了馮•諾意曼的關(guān)于隱變量的不可能性的證明和EPR論證中設(shè)想的思想實(shí)驗(yàn)，然后，抓住了隱變量理論的共同本質(zhì)，于1964年發(fā)表了“關(guān)于EPR悖論”的文章。在這篇文章中，貝爾引述了用自旋函數(shù)來表述EPR論證的玻姆說法，或者說，從EPR—玻姆的思想實(shí)驗(yàn)出發(fā)，以轉(zhuǎn)動(dòng)不變的獨(dú)立波函數(shù)描述組合系統(tǒng)的態(tài)，推導(dǎo)出一個(gè)不同于量子力學(xué)預(yù)言的、符合定域隱變量理論的關(guān)于自旋相關(guān)度的不等式，通常稱為貝爾不等式或貝爾定理，然后，用歸謬法了量子力學(xué)的預(yù)言和貝爾不等式相符的可能性，說明任何定域的隱變量理論，不論它的變數(shù)的本性是什么，都在某些參數(shù)上同量子力學(xué)相矛盾。貝爾還假設(shè)，如果所進(jìn)行的兩個(gè)測(cè)量在空間上彼此相距甚遠(yuǎn)，那么，沿著一個(gè)磁場(chǎng)方向的測(cè)量，將不會(huì)影響到另一個(gè)測(cè)量結(jié)果。貝爾把這個(gè)假設(shè)稱為“定域性假設(shè)”。從這個(gè)假設(shè)出發(fā)，貝爾指出，如果我們可以從第一個(gè)測(cè)量結(jié)果預(yù)言第二個(gè)測(cè)量結(jié)果，測(cè)量可以沿著任何一個(gè)坐標(biāo)軸來進(jìn)行，那么，測(cè)量的結(jié)果一定是已經(jīng)預(yù)先確定了的。但是，由于波函數(shù)不對(duì)這種預(yù)先確定的量提供任何描述，所以，這種預(yù)定的結(jié)果一定是通過決定論的隱變量來獲得的。貝爾后來申明說，他在“關(guān)于EPR悖論”一文中假設(shè)的是定域性，而不是決定論，決定論是一種推斷，不是一個(gè)假設(shè)，或者說，貝爾的這篇文章是從定域性推論出決定論，而不是開始于決定論的隱變量。從邏輯前提上來看，貝爾的假設(shè)更接近于愛因斯坦的假設(shè)，他們都把“定域性條件”看成是比“決定論前提”更基本的概念。因此，貝爾的工作比馮•諾意曼和玻姆的工作更進(jìn)一步地推進(jìn)了關(guān)于量子力學(xué)的根本特征的理解。貝爾的這篇文章具有劃時(shí)代的意義。它不僅成為20世紀(jì)下半葉物理學(xué)與哲學(xué)研究中引用率最高的文獻(xiàn)之一，而且為進(jìn)一步設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)來澄清量子力學(xué)的內(nèi)在本性邁出了決定性的一步。粒子物理學(xué)家斯塔普（HenryStapp）甚至把貝爾定理的提出說成是“意義最深遠(yuǎn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！?/p>

同EPR論證一樣，貝爾的這一發(fā)現(xiàn)也不是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來的，而是基于哲學(xué)信念的邏輯推理的結(jié)果。此后，量子物理學(xué)界進(jìn)一步推廣貝爾定理的理論研究與具體實(shí)驗(yàn)方案的探索工作并行不悖地開展起來。而這些工作都與EPR論證相關(guān)。就實(shí)驗(yàn)進(jìn)展而言，物理學(xué)界承認(rèn)，阿斯佩克特等人于1982年關(guān)于“實(shí)現(xiàn)EPR-玻姆思想實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，支持了量子力學(xué)，針對(duì)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，貝爾指出：“依我看，首先，人們必定說，這些結(jié)果是所預(yù)料到的。因?yàn)樗鼈兣c量子力學(xué)預(yù)示相一致。量子力學(xué)畢竟是科學(xué)的一個(gè)極有成就的科學(xué)分支，很難相信它可能是錯(cuò)誤的。盡管如此，人們還是認(rèn)為，我也認(rèn)為值得做這種非常具體的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)把量子力學(xué)最奇特的一個(gè)特征分離了出來。原先，我們只是信賴于旁證。量子力學(xué)從沒有錯(cuò)過。但現(xiàn)在我們知道了，即使在這些非?？量痰臈l件下，它也不會(huì)錯(cuò)的?！?/p>

雖然EPR論證的初衷是希望證明量子力學(xué)是不完備的，還沒有提出量子測(cè)量的非定域性概念，但是，物理學(xué)家則通常運(yùn)用EPR思想實(shí)驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)來討論非定域性問題。經(jīng)過40多年的發(fā)展，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果使EPR論證失去了對(duì)量子力學(xué)的挑戰(zhàn)性。一方面，這些實(shí)驗(yàn)證實(shí)了非定域性是所有量子論的一個(gè)基本屬性，要求把在同一個(gè)物理過程中生成的兩個(gè)相關(guān)粒子永遠(yuǎn)當(dāng)作一個(gè)整體來對(duì)待，不能分解為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，其中，一個(gè)粒子發(fā)生任何變化，另一個(gè)粒子必定同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的變化，這種相互影響與它們的空間距離無關(guān)；另一方面，這些實(shí)驗(yàn)也表明了EPR論證提供的哲學(xué)假設(shè)不再是判斷量子力學(xué)是否完備的有效前提，而是反過來提醒我們需要重新思考玻爾在反駁EPR論證的觀點(diǎn)中所蘊(yùn)含的哲學(xué)啟迪?？偠灾珽PR論證盡管是基于哲學(xué)假設(shè)，運(yùn)用思想實(shí)驗(yàn)，來駁斥量子力學(xué)的完備性，但在客觀上，物理學(xué)家圍繞這一論證的討論，最終在思想實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上出乎意料地發(fā)展出可以具體操作的實(shí)驗(yàn)方案，并且獲得了有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這一段歷史發(fā)展不僅證明，無論在哲學(xué)假設(shè)的問題上，還是在物理概念的意義理解的問題上，量子力學(xué)都不是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，是一個(gè)蘊(yùn)含有新的哲學(xué)假設(shè)的理論。正是在這種意義上，物理學(xué)家玻恩得出了“理論物理學(xué)是真正的哲學(xué)”的斷言。

四、認(rèn)識(shí)論的思維方式

如前所述，EPR論證—玻姆—貝爾這條發(fā)展主線是把對(duì)物理學(xué)問題鑲嵌在哲學(xué)信念中進(jìn)行思考的。這一歷史片斷揭示出，基于哲學(xué)信念的邏輯推理在物理學(xué)的理論研究與實(shí)驗(yàn)研究中起到了積極的認(rèn)知作用。一方面，在這些探索方式中，不論是EPR論證的真理符合論假設(shè)，玻姆的決定論假設(shè)，還是貝爾的定域性假設(shè)，它們的初衷都是希望能夠把量子力學(xué)納入到經(jīng)典物理學(xué)的概念框架或哲學(xué)信念之中。另一方面，檢驗(yàn)貝爾不等式的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)量子力學(xué)的支持和對(duì)貝爾不等式的違背意味著，我們不應(yīng)該依舊固守經(jīng)典物理學(xué)的哲學(xué)假設(shè)來質(zhì)疑量子力學(xué)，而是應(yīng)該顛倒過來，積極主動(dòng)地揭示量子力學(xué)蘊(yùn)含的哲學(xué)思想，以進(jìn)一步明確經(jīng)典物理學(xué)的哲學(xué)假設(shè)的適用范圍。

但是，這種視域的逆轉(zhuǎn)不是簡(jiǎn)單地倡導(dǎo)用量子力學(xué)的哲學(xué)假設(shè)取代經(jīng)典物理學(xué)的哲學(xué)假設(shè)，也不是武斷地主張用玻爾的理論觀替代EPR論證所蘊(yùn)含的理論觀，而是提倡擺脫習(xí)以為常的自然哲學(xué)的思維方式，確立認(rèn)識(shí)論的思維方式。自然哲學(xué)的思維方式是一種本體論化的思維方式。這種思維方式是從古希臘延續(xù)下來的，追求概念與實(shí)在之間的直接的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，忽視或缺乏對(duì)認(rèn)知過程中不可避免的認(rèn)知中介和理論框架的考慮。從起源上來講，這種無視認(rèn)知中介的本體論化的思維方式，源于常識(shí)，是對(duì)常識(shí)的一種延伸外推與精致化。近代自然科學(xué)的發(fā)展進(jìn)一步強(qiáng)化與鞏固了這種思維方式。EPR論證也是基于這種思維方式使經(jīng)典科學(xué)蘊(yùn)含的哲學(xué)假設(shè)以具體化的判據(jù)形式呈現(xiàn)出來。然而，與過去的物理學(xué)理論所不同的是。量子力學(xué)不再是關(guān)于可存在量（beable）的理論，而是關(guān)于可觀察量（observable）的理論，“是理論決定我們的觀察內(nèi)容”這一句話，既是愛因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論的感想，也為海森堡提出不確定關(guān)系提供了觀念啟迪。就理論形式而言，量子力學(xué)的理論描述用的是數(shù)學(xué)語(yǔ)言，而不是日常語(yǔ)言。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的微觀世界是一個(gè)多位空間的世界，而我們作為人類，很難直觀地想象這樣的世界，更不可能直接“進(jìn)入”這個(gè)世界來“觀看”一切。人類感知的這種局限性是原則性的，從而限制了我們對(duì)微觀世界的知識(shí)的全面獲得。用玻爾的話來說，我們對(duì)一個(gè)微觀對(duì)象的最大限度的知識(shí)不可能從單個(gè)實(shí)驗(yàn)中獲得，而只能從既相互排斥又相互補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)安排中獲得。用玻恩的話來說，在量子測(cè)量中，觀察與測(cè)量并不是指自然現(xiàn)象本身，而是一種投影。

量子力學(xué)知識(shí)總結(jié)范文第3篇

關(guān)鍵詞：微電子；半導(dǎo)體物理；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，副教授。（上海200090）

基金項(xiàng)目：本文系上海自然科學(xué)基金（編號(hào)：B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃地方院校能力建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：10110502200）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）13-0059-02

隨著半導(dǎo)體和集成電路的迅猛發(fā)展，微電子技術(shù)已經(jīng)滲透到電子信息學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，電子、通信、控制等諸多學(xué)科都融合了微電子科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。[1]作為微電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，半導(dǎo)體物理研究、半導(dǎo)體材料和器件的基本性能和內(nèi)在機(jī)理是研究集成電路工藝、設(shè)計(jì)及應(yīng)用的重要理論基礎(chǔ)；作為微電子學(xué)相關(guān)專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)，“半導(dǎo)體物理”的教學(xué)直接影響了后續(xù)專業(yè)理論及實(shí)踐的教學(xué)。目前，對(duì)以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的微電子類相關(guān)專業(yè)，如電子科學(xué)與技術(shù)、微電子、集成電路設(shè)計(jì)等，均強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力，注重學(xué)生的工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在課程設(shè)置及教學(xué)上輕視基礎(chǔ)理論課程。由于“半導(dǎo)體物理”的理論較為深?yuàn)W，知識(shí)點(diǎn)多，涉及范圍廣，理論推導(dǎo)復(fù)雜，學(xué)科性很強(qiáng)，對(duì)于學(xué)生的數(shù)學(xué)物理的基礎(chǔ)要求較高。對(duì)于沒有固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理等基礎(chǔ)知識(shí)背景的微電子學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，在半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)和理解上都存在一定的難度。因此需要針對(duì)目前教學(xué)過程中存在的問題與不足，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，探索形象化教學(xué)手段，結(jié)合科技發(fā)展熱點(diǎn)問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高半導(dǎo)體物理課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、循序漸進(jìn)，有增有減，構(gòu)建合理的教學(xué)內(nèi)容

目前，國(guó)內(nèi)微電子專業(yè)大部分選用了電子工業(yè)出版社劉恩科等編寫的《半導(dǎo)體物理學(xué)》，[2]教材知識(shí)內(nèi)容體系完善，涉及內(nèi)容范圍廣、知識(shí)點(diǎn)多、理論推導(dǎo)復(fù)雜、學(xué)科交叉性強(qiáng)。該教材的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有扎實(shí)的固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理以及數(shù)學(xué)物理方法等多門前置學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)。但是在以培養(yǎng)工程技術(shù)人員為目標(biāo)的微電子學(xué)類專業(yè)中，國(guó)內(nèi)大部分高校均未開設(shè)量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)及固體物理學(xué)等相應(yīng)的前置課程。學(xué)生缺少相應(yīng)固體物理、統(tǒng)計(jì)物理與量子力學(xué)等背景知識(shí)，沒有掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)感到頭緒繁多，難以理解，容易產(chǎn)生畏學(xué)和厭學(xué)情緒。

在課程教學(xué)中教師必須根據(jù)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)，把握好課程的內(nèi)容安排，抓住重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)原有的教材進(jìn)行補(bǔ)充更新，注意將部分量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、固體物理學(xué)等相關(guān)知識(shí)融合貫穿在教學(xué)中，避免學(xué)生在認(rèn)識(shí)上產(chǎn)生跳躍。例如在講解導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)容前，可以增加2-3個(gè)學(xué)時(shí)的量子力學(xué)和固體物理學(xué)中基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生在課程開展前熟悉晶體的結(jié)構(gòu)，了解晶格、晶胞、晶向、晶面、晶格常數(shù)等基本概念，掌握晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的求法，了解微觀粒子的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在講解半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)前，增加兩個(gè)學(xué)時(shí)量子力學(xué)知識(shí)，使學(xué)生了解粒子的波粒二象性，掌握晶體中薛定諤方程及其求解的基本方法。在進(jìn)行一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)時(shí)，隨時(shí)復(fù)習(xí)或補(bǔ)充一些重要的高等數(shù)學(xué)定理及公式，如泰勒級(jí)數(shù)展開等。這些都是學(xué)習(xí)“半導(dǎo)體物理學(xué)”必備的知識(shí)，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對(duì)半導(dǎo)體課程知識(shí)進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)和掌握。

另一方面，對(duì)于微電子學(xué)專業(yè)來講，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，“半導(dǎo)體物理”課程中的部分教學(xué)內(nèi)容對(duì)于工科本科學(xué)生來說過于艱深，因此在滿足本學(xué)科知識(shí)的連貫性、系統(tǒng)性與后續(xù)專業(yè)課需要的前提下，大量刪減了涉及艱深物理理論及復(fù)雜數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的內(nèi)容，如在講述載流子在電場(chǎng)中的加速以及散射時(shí)，可忽略載流子熱運(yùn)動(dòng)速度的區(qū)別及各向異性散射效應(yīng)，即玻耳茲曼方程的引入，推導(dǎo)及應(yīng)用可省略不講。

二、豐富教學(xué)手段，施行多樣化教學(xué)方法，使教學(xué)形象化

半導(dǎo)體物理的特點(diǎn)是概念多、理論多、物理模型抽象，不易理解，如非平衡載流子的一維飄移和擴(kuò)散，載流子的各種復(fù)合機(jī)理，金屬和半導(dǎo)體接觸的能帶圖等。這些物理概念和理論模型單一從課本上學(xué)習(xí)，學(xué)生會(huì)感覺內(nèi)容枯燥，缺少直觀性和形象性，學(xué)習(xí)起來比較困難。為了讓學(xué)生能較好地掌握這些模型和理論，需要采用多樣化的教學(xué)方法，充分利用PPT、Flash等多媒體軟件、實(shí)物模型、生產(chǎn)錄像等多種信息化教學(xué)手段，模擬微觀過程，使教學(xué)信息具體化，邏輯思維形象化，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性和主動(dòng)性。同時(shí)，教師除開展啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性外，[3，4]還可以應(yīng)用類比方法幫助他們理解物理概念或模型。如講半導(dǎo)體材料中的缺陷及躍遷機(jī)制時(shí)，為了幫助學(xué)生理解，可以做一個(gè)類比：將階梯教師里單位面積的座位數(shù)比做晶格各能級(jí)上的電子能態(tài)密度，把學(xué)生當(dāng)作電子，一個(gè)學(xué)生坐在某一排的某個(gè)座位上，即認(rèn)為這個(gè)電子被晶格束縛。當(dāng)有外來學(xué)生進(jìn)入教室，在教室過道上走動(dòng)時(shí)，可類比為間隙式缺陷；而當(dāng)外來學(xué)生取代現(xiàn)有學(xué)生的座位時(shí)，可類比為填隙式缺陷等等。通過類比，學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)部的點(diǎn)缺陷的概念的理解就清楚形象多了。

三、結(jié)合微電子行業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生興趣

微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是固體物理與半導(dǎo)體物理不斷發(fā)展和創(chuàng)新的過程，[5]1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明，都與一系列的固體物理、[6]半導(dǎo)體物理及材料科學(xué)的重大突破有關(guān)?？v觀微電子工業(yè)的發(fā)展，究竟是哪些半導(dǎo)體理論推動(dòng)了微電子技術(shù)的發(fā)展，哪些科學(xué)家推導(dǎo)并得出了這些理論？他們?cè)诶碚撏茖?dǎo)的同時(shí)遇到了哪些困難？這些理論規(guī)律又起源于哪些實(shí)驗(yàn)？到了21世紀(jì)，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域，[5，6]即以硅基CMOS電路為主流工藝，系統(tǒng)芯片SOC（System On A Chip）為發(fā)展重點(diǎn)，量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；[7]與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，如MEMS，DNA Chip等，也都于半導(dǎo)體科學(xué)相關(guān)。這些新的微電子發(fā)展趨勢(shì)主要涉及半導(dǎo)體物理中的哪些知識(shí)？涉及哪些領(lǐng)域等？

針對(duì)以上問題，教師在講授半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)上，對(duì)教材進(jìn)行補(bǔ)充更新。在保持基礎(chǔ)知識(shí)體系完整性的同時(shí)，避免面面俱到，刪減課本中一些不必要的內(nèi)容，大量加入近幾十年來發(fā)展成熟的新理論、新知識(shí)，突出研究熱點(diǎn)問題，力求做到基礎(chǔ)性和前瞻性的緊密結(jié)合，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)對(duì)微電子發(fā)展歷史中半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有一個(gè)清晰地認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生能從中掌握事物的本質(zhì)，促進(jìn)思維的發(fā)展，形成技能；同時(shí)注重與信息化技術(shù)相結(jié)合，將近幾年半導(dǎo)體技術(shù)的最新研究成果，如太陽(yáng)能電池等半導(dǎo)體光伏發(fā)電技術(shù)在國(guó)家綠色能源戰(zhàn)略上的地位，半導(dǎo)體光電探測(cè)器在國(guó)家航天戰(zhàn)略上的應(yīng)用等，使學(xué)生能及時(shí)掌握半導(dǎo)體技術(shù)前沿發(fā)展趨勢(shì)。將這些問題分成若干個(gè)相關(guān)的專題分派給學(xué)生，學(xué)生自行查閱和搜集資料，他們?cè)谡n堂上講述該專題，教師加以引導(dǎo)和幫助。這種方式不僅充分調(diào)動(dòng)課堂氣氛，加深他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)也讓學(xué)生學(xué)習(xí)了半導(dǎo)體物理課程在微電子專業(yè)中課程體系的作用，在科學(xué)意識(shí)上加深了半導(dǎo)體物理課程的重要性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和欲望。

同時(shí)，為幫助學(xué)生了解學(xué)術(shù)前沿，培養(yǎng)專業(yè)興趣，還可邀請(qǐng)校內(nèi)外的專家做講座，學(xué)生可以利用課余時(shí)間，根據(jù)自己的興趣選擇聽取，加深對(duì)半導(dǎo)體物理課程的了解，培養(yǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

四、總結(jié)

總之，“半導(dǎo)體物理學(xué)”是微電子技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。在“半導(dǎo)體物理”教學(xué)過程中，應(yīng)積極采用現(xiàn)代化教學(xué)手段提高學(xué)生積極性，在教學(xué)過程中合理安排教學(xué)內(nèi)容，與時(shí)俱進(jìn)引入科技熱點(diǎn)，削弱傳統(tǒng)的課本知識(shí)與市場(chǎng)需求的鴻溝，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的微電子人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]張興,黃如,劉曉彥.微電子學(xué)概論[M].北京:北京大學(xué)出版社,2000.

[2]劉恩科,朱秉升,羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社,

2008.

[3]陳國(guó)英.《半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)》課程教學(xué)的思考[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2007,(6):56-57.

[4]王印月,趙猛.改革半導(dǎo)體課程教學(xué)融入研究性學(xué)習(xí)思想[J].高等理科教育,2003,(1):69-71.

[5]王陽(yáng)元,張興.面向21世紀(jì)的微電子技術(shù)[J].世界科技研究與發(fā)展,

1999,(4):4-11.

量子力學(xué)知識(shí)總結(jié)范文第4篇

關(guān)鍵詞：固體物理學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0143-02

固體物理學(xué)是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及闡明其性能與用途的學(xué)科[1]。從學(xué)科結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上看，該課程內(nèi)容基于普通物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理等課程，主要講述晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)和能帶理論等方面知識(shí)。它既是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一，也是許多新學(xué)科的基礎(chǔ)。由該學(xué)科發(fā)展起來的基本概念、基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已向其他相鄰學(xué)科領(lǐng)域滲透，并促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展[2]。如：金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理、電介質(zhì)物理、表面物理、非晶態(tài)物理、材料科學(xué)等。幾十年來，以固體物理的理論為基礎(chǔ)，在半導(dǎo)體、磁學(xué)、激光、超導(dǎo)、納米材料等現(xiàn)代技術(shù)研究方面取得了重要突破。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固體物理課程的教學(xué)在新的歷史條件下已面臨前所未有的挑戰(zhàn)，碰到了許多難以回避的新問題、新情況。傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)內(nèi)容對(duì)固體物理前沿的新成果、新概念介紹得不夠，且傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，不利于學(xué)生解決問題的能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了適應(yīng)精英教育、構(gòu)建研究型大學(xué)人才培養(yǎng)的需要，固體物理學(xué)的教學(xué)改革十分必要。因此，筆者結(jié)合自己在學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)過程中的感想，針對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面作出如下探索。

1 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，學(xué)生既要學(xué)習(xí)原有的經(jīng)典知識(shí)，又要接受更多的課程和社會(huì)信息，如何在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這兩者的有效結(jié)合，是當(dāng)今各個(gè)階段的教育都面臨的一個(gè)重要問題。面對(duì)知識(shí)更新速度的加快，我們的教育目標(biāo)也應(yīng)該有所調(diào)整，即努力實(shí)現(xiàn)由“授之以魚”向“授之以漁”的轉(zhuǎn)變[3]。尤其是對(duì)于大學(xué)生，他們已經(jīng)接受了十多年傳統(tǒng)的學(xué)校教育，有了較多的知識(shí)積累，大學(xué)階段的教育一方面是教給他們以知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力，使他們掌握研究性學(xué)習(xí)的方法，以便走向社會(huì)后具備自我學(xué)習(xí)、獲取新知識(shí)和開展新工作的能力。明確了這樣的培養(yǎng)目標(biāo)之后，在教學(xué)過程中，就應(yīng)該有針對(duì)性的創(chuàng)造各種條件，讓學(xué)生自主參與到學(xué)習(xí)過程中來。例如，在講授布洛赫波的時(shí)候，先向?qū)W生強(qiáng)調(diào)晶體中電子波函數(shù)是按晶格周期調(diào)幅的平面波，接著啟發(fā)學(xué)生考慮自由電子波函數(shù)的形式（量子力學(xué)已經(jīng)講述過），經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生回想起自由電子的波函數(shù)是平面波的形式，之后再分析晶體中電子是受到晶格勢(shì)場(chǎng)的周期性調(diào)制，所以需在平面波的波函數(shù)前面加上一個(gè)調(diào)幅因子，最終形成了布洛赫波函數(shù)。經(jīng)過這樣一個(gè)過程，學(xué)生可以自主的回顧以前所學(xué)的知識(shí)，并將其和新內(nèi)容相聯(lián)系，有助于新舊知識(shí)的融合和貫通。與此同時(shí)，也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。

2 教學(xué)內(nèi)容的精選

固體物理內(nèi)容十分豐富，體系龐大，各部分有各自的特點(diǎn)。其中復(fù)雜抽象的概念體系、晶體結(jié)構(gòu)的描述、嚴(yán)密的理論推導(dǎo)等要求任課教師具有較好的數(shù)學(xué)和物理學(xué)修養(yǎng)，要熟悉固體物理學(xué)發(fā)展歷史和前沿研究的新動(dòng)態(tài)、新概念，且能夠?qū)ξ锢韴D像進(jìn)行透徹的講解；要求學(xué)生具有扎實(shí)的微積分、線性代數(shù)、群論等數(shù)學(xué)知識(shí)和量子力學(xué)、原子物理學(xué)、理論力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理知識(shí)。同時(shí)，固體物理學(xué)知識(shí)比較零散、概念多、模型多、原理和定律多，這對(duì)教師和學(xué)生都是一種挑戰(zhàn)。面對(duì)如此龐大的知識(shí)體系和豐富的內(nèi)容，在講授過程中如何組織授課思路和精選教學(xué)內(nèi)容，是教師要解決的一個(gè)問題。首先，理清固體物理的主線是非常重要的，即明確固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律及闡明其性能與用途的學(xué)科，是從微觀的角度來揭示固體的宏觀物理現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析教材，同時(shí)參考其他經(jīng)典教材，精選教學(xué)內(nèi)容，重在物理概念和模型，至于公式的推導(dǎo)和方程的求解等環(huán)節(jié)可適當(dāng)簡(jiǎn)化，留給學(xué)生課后自行解決。按照這樣的思路進(jìn)行下來，即使在有限的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生對(duì)物理概念、物理圖像的認(rèn)識(shí)也會(huì)比較清晰，有利于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握.

3 重視章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系

固體物理學(xué)雖然涉及內(nèi)容較多，但是認(rèn)真分析后，不難發(fā)現(xiàn)各章節(jié)之間銜接緊密。以胡安的《固體物理學(xué)》為例，本科階段的教學(xué)內(nèi)容主要是前四章：第一章主要講晶體的周期性結(jié)構(gòu)，那么這些結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)在機(jī)理是什么，就要考慮粒子間的相互作用，這樣就引出了第二章關(guān)于晶體結(jié)合的問題；同時(shí)，由晶體的結(jié)合類型和結(jié)合能，表明在不同的條件下，原子間會(huì)出現(xiàn)某種形式的引力和電子云的斥力，這些相反的作用力決定著平衡時(shí)原子間距，再考慮到絕熱近似，實(shí)際晶格則在平衡位置附近振動(dòng)，由此可引出第三章關(guān)于晶格動(dòng)力學(xué)和晶體熱學(xué)性質(zhì)的內(nèi)容；晶格動(dòng)力學(xué)主要是針對(duì)原子的水平上的內(nèi)容，而晶體中還包括電子，那么電子的狀態(tài)是怎樣的呢？這就引出了第四章能帶論.由此可見，在教學(xué)中，抓住知識(shí)體系的主線，突出概念和模型，便于學(xué)生識(shí)記、理解、掌握知識(shí)體系。

4 注入學(xué)科前沿知識(shí)

固體物理學(xué)是一門發(fā)展十分迅速的基礎(chǔ)科學(xué)，與當(dāng)今最活躍的凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連，也在其他多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得以應(yīng)用，因此面對(duì)不斷涌現(xiàn)的新的現(xiàn)象和新的科研成果，固體物理學(xué)的前沿動(dòng)態(tài)在教學(xué)中應(yīng)該有所反映[4]，這將有助于提高學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的積極性和明確努力方向，同時(shí)也使課堂教學(xué)增添活力.例如，在講授晶體的共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，筆者就聯(lián)系自己的科研實(shí)際，介紹了碳納米管和石墨中碳原子的成鍵形式的差異，說明了二者在物理性質(zhì)上的區(qū)別和聯(lián)系，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹了低維碳納米材料近年來的研究進(jìn)展。再如講授能帶理論的時(shí)候，筆者向?qū)W生介紹了石墨烯的能帶特征，說明了在低能極限下，石墨烯呈現(xiàn)出線性的能量色散關(guān)系，使得傳導(dǎo)電子可以看作是無質(zhì)量的Dirac費(fèi)米子，這種類似于光子的特性，使其可用于相對(duì)論量子力學(xué)的研究，同時(shí)表明其獨(dú)特的載流子特性和優(yōu)異的電學(xué)特性，這些都是近幾年凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)。所以，把科學(xué)前沿知識(shí)引入課堂，不僅可以讓學(xué)生強(qiáng)烈地感受到科學(xué)發(fā)展的脈搏和動(dòng)力，極大的拓展了學(xué)生的視野，還可以激發(fā)起學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科理論實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的勇氣和欲望。這與“著重于啟迪學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生智能，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，努力拓寬學(xué)生的知識(shí)面，為探索未知世界鋪路架橋”的世界一流大學(xué)培養(yǎng)人才模式是相呼應(yīng)的。

5 教學(xué)手段的優(yōu)化組合

固體物理課程中包括大量的立體圖像和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，還涉及晶格振動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高。傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的課堂教學(xué)手段就有一定的弊端， 因此可以將現(xiàn)代化的教學(xué)手段融入進(jìn)來[5]。例如，使用多媒體課件演示晶體結(jié)構(gòu)、倒格子、能帶、晶格振動(dòng)等模型，再結(jié)合自制教具，實(shí)現(xiàn)圖片、動(dòng)畫和實(shí)體模型相結(jié)合，使學(xué)生建立形象的空間模型概念，更直觀的理解教學(xué)內(nèi)容。所以，多媒體教學(xué)技術(shù)以其趣味性、形象性，可以增強(qiáng)教學(xué)的感染力，為固體物理教學(xué)注入了新的活力，從根本上改變了固體物理傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。但是，多媒體課件不完全適合固體物理學(xué)教學(xué)，應(yīng)根據(jù)具體內(nèi)容和教學(xué)反饋進(jìn)行取舍。例如，在講授倒點(diǎn)陣、布洛赫定理、聲子態(tài)密度等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容時(shí)，要配合節(jié)奏相對(duì)緩慢的板書，使學(xué)生理解知識(shí)要點(diǎn)，學(xué)會(huì)推理，從而有效的學(xué)習(xí)。

6 結(jié)語(yǔ)

上述教學(xué)改革方案是筆者在自己學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)的過程中總結(jié)出來的，可以概括為“抓主線，選內(nèi)容，重前沿，講方法”，目前在教學(xué)活動(dòng)中也一直在實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。但是，固體物理教學(xué)改革是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，課程改革的進(jìn)行涉及到諸多方面，需要廣大教育工作者不斷研究和探索，進(jìn)行多次“實(shí)踐―反思―總結(jié)”，方可真正跟上當(dāng)今科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的要求，培養(yǎng)出新世紀(jì)合格的高素質(zhì)和創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡安，章維益.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2010（29）.

[3] 華中，宋春玲，劉研.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（4）.

量子力學(xué)知識(shí)總結(jié)范文第5篇

關(guān)鍵詞：固體物理學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）29-0034-02

固體物理學(xué)是一門研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成的微觀粒子（原子、離子、電子等）間相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而闡明其性能與用途的學(xué)科。它是微電子技術(shù)、光電子學(xué)、材料學(xué)等技術(shù)和學(xué)科的基礎(chǔ)，同時(shí)，也在太陽(yáng)能光伏發(fā)電等新能源技術(shù)的革新發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。因此，在常州大學(xué)新能源材料專業(yè)中開設(shè)該課程，并將其作為該專業(yè)的主干課程之一，希望使本專業(yè)學(xué)生掌握一定的固體物理知識(shí)及其研究方法，從而有助于學(xué)生增強(qiáng)理學(xué)背景，擴(kuò)展視野，提高其解決問題的能力，而且為他們畢業(yè)后進(jìn)一步深造或就業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、新能源材料專業(yè)固體物理學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

新能源材料專業(yè)是常州大學(xué)近年來為培養(yǎng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的專業(yè)人才而設(shè)立的新專業(yè)。該專業(yè)處于起步階段，人才培養(yǎng)模式和課程體系的構(gòu)建亟需完善，而且材料類專業(yè)課程往往更偏重材料的工藝、性質(zhì)和性能，這些課程往往重工輕理，造成學(xué)生的理科背景不強(qiáng)。而固體物理學(xué)課程包含了很多晦澀難懂的專業(yè)定義、復(fù)雜的三維空間想象與變換和煩瑣的理論推導(dǎo)，需要以高等數(shù)學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理和量子力學(xué)等理論性很強(qiáng)的課程為基礎(chǔ)，因此客觀上造成本專業(yè)的學(xué)生并未做好學(xué)習(xí)固體物理學(xué)課程的準(zhǔn)備。舉例來說，這些學(xué)生的先修課程并不包含量子力學(xué)。此外，像高等數(shù)學(xué)這類課程，學(xué)生雖已經(jīng)學(xué)習(xí)過，但由于課時(shí)等原因，這類課程的學(xué)習(xí)程度沒有達(dá)到學(xué)習(xí)固體物理學(xué)課程的要求。由于上述原因，本專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的過程中感到相當(dāng)?shù)某粤?，特別是涉及到一些抽象的定義和復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，使部分學(xué)生產(chǎn)生了厭學(xué)的情緒。因此，為達(dá)成設(shè)立本課程的初衷，其課堂教學(xué)和考核的改革勢(shì)在必行。

二、教學(xué)內(nèi)容的改革

固體物理學(xué)課程的內(nèi)容博大精深，可人為劃分為固體物理基礎(chǔ)部分和固體物理專業(yè)部分。由于本專業(yè)的培養(yǎng)方案將本課程定性為專業(yè)基礎(chǔ)課程，并為其安排了56個(gè)學(xué)時(shí)，因此僅講授固體物理基礎(chǔ)部分，并對(duì)其有所取舍，充分考慮新能源材料專業(yè)側(cè)重太陽(yáng)能光伏發(fā)電和鋰離子電池儲(chǔ)能的特點(diǎn)。鑒于以上考慮，本課程的教材選用Kittel著，項(xiàng)金鐘和吳興惠翻譯的《固體物理導(dǎo)論》，講授該教材的前七章，側(cè)重材料的電學(xué)性能知識(shí)點(diǎn)的講授，減少力學(xué)和磁學(xué)等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的比重。例如在第三章晶體結(jié)合與彈性常量中，舍棄關(guān)于彈性常量的講解，回避復(fù)雜的角標(biāo)和矩陣方程，既可以減少學(xué)生的畏難情緒，又可將更多的精力放在第六章和第七章這些與材料電學(xué)性能相關(guān)的章節(jié)。此外，Kittel著《固體物理導(dǎo)論》這本教材比較注重物理結(jié)論，而在某些地方忽視了如何引出該結(jié)論的過程，如果只是照本宣科，必然會(huì)使學(xué)生對(duì)課程的內(nèi)容產(chǎn)生懷疑，最終導(dǎo)致他們失去學(xué)習(xí)的興趣。因此，在教授的過程中作者還取多家之長(zhǎng)，對(duì)該教材忽略的重要過程進(jìn)行補(bǔ)充，力爭(zhēng)講清每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的來龍去脈。比如，在第六章自由電子費(fèi)米氣中，《固體物理導(dǎo)論》該教材直接引出了一維情況下能級(jí)的表現(xiàn)形式，這種不通過薛定諤方程的方式使學(xué)生感覺知識(shí)點(diǎn)比較突兀，缺乏心理準(zhǔn)備。對(duì)此，我們?cè)谶@部分補(bǔ)充了薛定諤方程的知識(shí)，而后自然地引出教材內(nèi)容。通過這種做法不僅豐富了課堂教授的內(nèi)容，使知識(shí)體系更趨完善，更在潛移默化中將對(duì)待工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的做人道理傳遞給學(xué)生，起到了教書育人的目的。

三、教學(xué)方法的改革

正如前面所述，固體物理學(xué)課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，比較抽象難懂，而學(xué)生由于種種原因并未打下學(xué)習(xí)該課程的基礎(chǔ)。為了解決這一矛盾，作者首先將要用到的《量子力學(xué)》、《統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》和《高等數(shù)學(xué)》中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在課堂上穿插講解，為學(xué)生補(bǔ)缺補(bǔ)漏，解決先修課程不足的問題。其次，不拘泥、不追求煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和演算，采用定性解釋或數(shù)學(xué)推導(dǎo)與定性解釋相結(jié)合的辦法去解釋固體的性質(zhì)和結(jié)論。例如，在講解費(fèi)米-狄拉克分布時(shí)，如果從數(shù)學(xué)推導(dǎo)上去解釋這一結(jié)論會(huì)十分煩瑣，我們采用生活中汽車長(zhǎng)隊(duì)等紅燈的例子去類比解釋：將一輛輛汽車類比為固體中的電子，將紅燈前的斑馬線類比為固體中的費(fèi)米能級(jí)，將紅燈時(shí)沒有汽車越過斑馬線類比為0K下固體中所有電子排布在費(fèi)米能級(jí)之下，將綠燈時(shí)首先是靠近斑馬線的汽車通過斑馬線類比為0K以上原費(fèi)米能級(jí)附近的電子首先激發(fā)到高能級(jí)。這樣就很容易讓學(xué)生理解這一重要的結(jié)論，并且有助于樹立學(xué)好這門課程的信心。此外，在講解第六章自由電子費(fèi)米氣的過程中，首先給學(xué)生補(bǔ)充薛定諤方程的知識(shí)點(diǎn)，但由于他們沒有學(xué)過《量子力學(xué)》課程，對(duì)薛定諤方程的講解采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)與定性解釋相結(jié)合的辦法：從能量守恒角度并引入幾個(gè)重要的假設(shè)就能簡(jiǎn)單的導(dǎo)出薛定諤方程，使他們很快的掌握必要的先修知識(shí)。采用這樣一些方法，可將一些較復(fù)雜、抽象的知識(shí)點(diǎn)以較為生動(dòng)的形式傳授給學(xué)生，改變了他們對(duì)這門課程看法。

四、課程考核方式的改革

學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定是教學(xué)過程的主要環(huán)節(jié)之一。目前常用的考核方式有閉卷和開卷兩種形式，前一種形式主要考查課本內(nèi)容，容易造成學(xué)生考前突擊，死記硬背；后一種形式考查內(nèi)容靈活，但學(xué)生往往對(duì)考試復(fù)習(xí)無從下手，一些學(xué)生甚至存在投機(jī)取巧的僥幸心理，放棄對(duì)所學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)。結(jié)合固體物理學(xué)課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容靈活但又有大量基本結(jié)論和公式需要記憶的特點(diǎn)，作者采取半開卷的考試形式，即統(tǒng)一向?qū)W生發(fā)放一張A4大小的紙，學(xué)生在復(fù)習(xí)過程中可將他們認(rèn)為重要的知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)在這張紙上，而考試時(shí)可查閱這張紙上的內(nèi)容。采用這種方法，避免了學(xué)生在復(fù)習(xí)過程中將大量精力放在結(jié)論和公式的記憶上，有助于督促學(xué)生對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行思考，從而提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

總之，在新能源材料專業(yè)固體物理學(xué)課程教學(xué)過程中，要堅(jiān)持以學(xué)生為本，以學(xué)生為主體，在充分認(rèn)識(shí)本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，不斷改革，勇于實(shí)踐，不斷充實(shí)和完善自己，最終做到因材施教。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮端.固體物理學(xué)大辭典[M].北京：高等教育出版社，1995.

[2]韋丹.固體物理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3]文尚勝.材料學(xué)專業(yè)“固體物理”課程教學(xué)改革初探[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010，（10）：44-46.

[4]華中，劉惠蓮，孫亞娟，孟祥東.固體物理課程建設(shè)的實(shí)踐[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（01）：44-45.

[5]惠群，程南璞，陳志謙.材料學(xué)專業(yè)固體物理課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（36）：167-171.

[6]梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2010，（29）：43-45.