量子科学应用第1篇

关键词：地方应用型高校；种子科学与工程专业；实践教学；质量保障与监控；教学效果

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）22-0117-03

应用型本科教育作为一种新的教育现象和教育类型在我国是20世纪90年代末随着科技进步、经济的快速发展和产业不断升级对知识与技能兼备的高层次应用型人才需求背景下产生的[1]。在我国，应用型大学是相对于研究型大学和教学研究大学而言的，它是按照我国目前大学培养的特点，在我国经济建设现代化和高等教育大众化推动下产生的一种新型的本科教育[2]。目前，我国本科高校总数的1/3定位为应用型大学，由于这类高校大多设在地级市，所以又称为地方应用型本科高校[1]。安徽科技学院于2009年获批安徽省示范应用型本科高校建设单位，2014年获批安徽省地方应用型高水平大学建设单位，确定了“地方性、应用型、高水平”的办学定位。

1 地方应用型本科高实践教学存在问题

实践教学是高等教育教学体系的重要组成部分，是培养学生基本技能、实践能力、创新精神的有效途径[3]。服务地方经济社会发展、面向行业内部的实际需要是地方应用型本科高校的立足之本；培养学生的知识应用和实际操作能力是地方应用型本科高校人才培养的根本出发点；培养基础知识比高职高专生深厚、实践能力比传统本科生强的应用型人才是地方应用型本科高校人才培养的优势[3-4]。因此，实践教学在地方应用型本科高校人才培养过程中具有举足轻重的作用。目前许多地方应用型本科高校在实践教学方面仍存在诸多问题，如师资制度不健全、队伍力量不够、基地建设不完善、评价体系不科学、监控不到位等等[5]。具体表现为：多数教师缺乏实践经验，新教师多数是从高校到高校，缺乏实践经验，老教师不能及时掌握现代实用技术，因此学生的实践应用能力不能得到很好的提高；资金和场所不能保障实践教学的正常运行，学生不能及时对课堂理论知识进行实际操作和现场实践；实践教学体系的构建合理、教学计划的制定与执行、教学质量的评价执行不到位，实践教学教师也各自为战，无统一的标准，监控与管理较为混乱；实践教学环节的评价不科学，多数仍采用传统的“笔试”形式，不能真正放映学生的实践教学水平，极大地挫伤了学生进行实践学习的主动性。

2 种子专业实践教学体系的构建与优化

为适应地方应用型本科高校建设的需要，我校种子专业主动出击、全面调研、统筹规划，紧紧围绕地方应用型高水平种业人才的培养目标，科学构建了与理论教学体系相对独立又相互呼应、课内外相结合、校内外相结合、集中与分散相结合、实习与实训相结合的“三能合一、十六个环节”的实践教学体系。在学科基本素质的基础上突出了专业知识应用能力、创新创业能力和社会活动能力的培养，“三能合一、十六个环节”即专业课程实习、专业生产实践、专业综合技能训练、专业技能大赛、职业技能鉴定、企业实训、毕业实习，创新创业培训、创新创业论坛、大学生创新课题、创新创业大赛、校企合作创业课题，个性化拓展实习、暑期社会实践、大学生村官、暑期企业营销实战。构建的实践教学体系中规定课内实践教学不少于26周、课外不少于17周，在166个总学分的人才培养方案中，实践教学环节占3分，加上课内实验折合的学分，实践学分占总学分的39.6%。此外，根据种子专业特点，实行农忙学期制（6月下旬至9月底），安排学生进入企业进行岗位实战训练，在培养学生专业知识应用能力的同时，更突出学生社会活动综合能力的培养。

3 种子专业实践教学质量保障与监控体系的构建与实践

为确保实践教学体系的顺利执行，并取得实效，我校从实践教学规章制度、实践师资队伍、实践基地、实践教材、实践经费、实践教学质量评价及监控等方面构建了以系统论为支撑，办学理念先进、培养方案科学、组织机构健全、管理制度完善、条件保障得力、运行机制规范、效果评价科学合理的地方用型本科高校种子专业实践教学质量保障和监控体系。

3.1 制定规章制度，确保实践教学有章可循 要确保实践教学各环节按计划有条不紊地进行，制定相关的规章制度是非常有必要的，因为只有制度健全了，才能保证实践教学活动有章可循、监控有制度可依。为此，我校在学校层面制定了实验教学管理办法、实验教学与成绩考核评定、课程实习管理规定、实践教学工作的若干意见、毕业论文（设计）管理工作细则等实践教学相关制度。学院结合种子专业特点，对相关制度进行了补充和细化，从实践课程、实践师资、实践教材、实践基地、实践教学考核办法及质量评价与监控等方面对实践教学相关环节进行了细化和完善。

3.2 强化队伍建设，确保实践教学师资力量 地方应用型本科高校要求教师不仅要有扎实理论知识，更要有丰富的行业企业专业实践经验和应用能力，但目前许多应用型高校教师主要来自刚毕业的（硕士、博士）研究生，这些青年教师大部分是从学生直接过渡到老师，缺乏实践教学的能力和经验，从而导师应用型本科高校所要求的“双能型”教师缺乏。针对这种情况，我校主要通过“内培”与“外引”相结合的方式来提升实践教师的专业实践技能。“内培”主要有以下几种形式：一是对新进青年教师实行导师制，由实践经验丰富的老教师担任其导师，制定指导计划，通过指导，2a内获得“双能型”教师资格。二是选派中青年教师到专业对口的企业挂职锻炼或利用课余和假期担任大学生假期社会实践的专业指导老师，以提高专业实践能力。三是鼓励和引导中青年教师参加行业、职业培训和相关资格考试，获取职业资格证书。四是鼓励教师积极参与产学研合作、项目申报、技术服务等，通过项目和实战提高教师专业实践能力。“外引”主要是通过弹性引进或聘请行业企业专家承担相关实践环节的指导教师，如种子生产、种子加工、种子营销等实践环节邀请种子企业技术人员或种子管理部门相关专家指导学生，以弥补校内实践教师的不足或实践经验的不足，从而提高实践教学效果。

3.3 加强基地建设，确保实践教学场所需求 实践教学场所一般包括专业实验室、校内实践基地（训练中心）和校外实习基地等。许多应用型本科高校的实践场所存在实验室利用效率不高、校内实践基地管理混乱、校外实习基地流于形式等问题。我校种子专业实践教学基地建设的具体做法是：一是加强实验室建设。通过国家综合改革试点专业、省级特色专业和省级卓越农艺师支撑计划等项目的建设改善实验室软硬设施，在原有遗传育种实验室和种子学实验室的基础上，筹建了分子育种室、种苗培育室（组织室）、创新实验室，并根据种业岗位群建立了种子检验室、种子加工室、种子发芽室等功能室，实验室面积超600m2以上，仪器设备价值1 000余万元，完全能满足种子专业实践和种子科技创新的室内要求。二是加强校内实践基地的建设和管理。利用省振兴计划和高水平大学创建专项资金加强校内实践基地的建设、规范管理，新建种质资源圃、种子生产试验田、微型种子仓库等，并推行校院二级管理，确保校内课程实习有保障。三是校企合作共建校外实习基地。与皖垦集团、安徽隆平等种业企业共同建立校外实习基地，选派专业教师到企业挂职，负责实习基地的建设与管理，聘请企业专家在种子生产、加工及销售等关键环节全程指导，从而确保校外实习见成效。

3.4 完善教材建设，确保实践教学地方特色 质量高、操作性强的实践教材是开展实践教学的有力保障。为了充分体现地方性、应用型和高水平的特点，学院组织种子专业课教师根据人才培养目标，深入行业、企业及生产一线进行专业调查，了解社会对现代种业人才的真正需求，结合专业人才培养目标，编写能体现地方特色、实用性强、系统规范的种子专业系列实践教材，如根据学校具体情况和安徽沿淮淮北种植业特点，编制地方性、操作性强的《种子生物学实验指导》《种子生产技术实验指导》《种子加工贮藏实验指导》《种子实践》和《种子实训》等实践教材。

3.5 多渠道筹集资金，确保实践教学经费 目前许多地方应用型本科高校由于实践经费得不到保障，使得实践教学停留于纸上，得不到很好的实施。我校主要采取以下措施保障充足的实践教学经费：一是学校每学期划拨实验室易耗品维持费，确保实验教学的正常开展。二是利用省级振兴计划、高水平大学创建等专项经费，确保实验室、校内实践基地硬件设施建设。三是利用国家综合改革试点专业、省级特色专业和省级卓越农艺师支撑计划等，通过项目驱动，确保专业综合技能训练、创新训练等正常运转。四是通过种业企业的横向合作经费，确保校外实习基地的建设。通过以上几种渠道，种子专业的实践教学经费充足，确保了实践教学扎实有效开展。

3.6 科学评价，确保实践教学质量 目前许多学校实践教学环节的评价仍采用传统的“笔试”形式或根据实践报告或实物进行评价，缺乏对过程的考核评，导致考核评价结果不能真正反映出实践过程，很难对教师的实践教学水平和学生的实践操作进行准确判断，不仅挫伤了学生实践学习的积极性、主动性，而且严重影响了实践教学的有效开展。我们根据学校和学院实际，构建了学生评价体系、教师评价体系以及企业、行业、学生家长、研究机构等利益相关方共同参与的第三方实践教学质量评价体系，通过以上3个层面的评价体系来衡量实践教学质量的好坏。学生评价体系主要以过程操作考核为主、结果（目标）考核为辅，旨在培养学生的实践技能，结果只作为评价的参考。教师评价体系主要依据实践教学计划的制定与执行、过程考核标准的制定及执行、专业技能大赛指导成绩等方面对实践课教师进行考核。利益相关方共同参与的第三方实践教学质量评价体系主要根据学生实习企业的评价、行业对实践内容及成效的评价、学生家长对学生掌握实践技能满意度以及被研究机构采用的评价指标等情况对实践教学进行评价。

3.7 全程监控，确保实践教W落到实处 一是实践教学计划的制定不能由任课教师说了算，要通过课程组、教研室和学院讨论后制定执行，避免了实践内容的重复性，保证实践内容的连贯性；二是学院督导组对实践教学过程的全程监督和指导，及时协调解决实践过程中出现的问题，保证实践教学顺利进行；三是学校督导组加强对实践教学的督导，杜绝师生散漫实践教学思想的产生。

4 种子专业实践教学成效显著

通过构建科学的实践教学体系及质量保障和监控体系，我校种子专业实践教学取得了明显成效。一是学生的实践技能显著提高。毕业生获得部级“作物种子繁育员”和“农业技术指导员”的比率达100%，部分学生获得了省级种子检验员资格证书。二是学生创新创业意识明显增强。通过构建“三个环节、三项课题、三大训练、多种大赛的专业实践创新体系”（即“学科带动―项目驱动―教师指导三个环节，大学生创新课题、企业创新课题、科技创新兴趣课题三项课题，暑期专业技能训练、学生综合训练田、企业专业实训三大训练，种子检验技能大赛、生物标本制作大赛、农科学子风采展之农科专业技能大赛、挑战杯创新创业技能大赛”等），并以“三进二促一创”（即“应用性研究进课堂、进教材和进学生毕业论文，科研促实践教学和创新创业的开展，通过科研创造良好的学习氛围和平台”）为途径，学生参与科技创新创业的积极性明显增强，学生的科技创新项目和毕业论文90%以上源于教师的科研课题或生产实践，近3a来，学生参与申报专利的达20余人次，学生参与发表的论文达20余篇。三是毕业生就业率明显提高。2012-2014届种子专业毕业生就业率分别为98.4%、98.6%和100%，学院多次获校就业先进集体称号，学校连续3a荣获“安徽省普通高校毕业生就业工作标兵单位”荣誉称号。四是企业和社会对毕业生的满意度大幅度提升。从毕业生跟踪调查情况来看，用人单位对种子专业毕业生的能力素质给予高度评价，一致认为“思想道德素质”过硬，90.1%的单位认为专业基础扎实；在实践能力、人际交往能力、创新意识和能力的评价中，选择“很强”、“强”的分别占到93.8%、95.1%和92.6%；毕业生能“完全适应”或“基本适应”工作岗位要求，58.0%的毕业生获得过销售冠军、优秀员工、工会活动积极分子、优秀新闻奖等单位、县级、省级奖励；在对毕业生工作满意度、人才培养质量满意度的调研结果中，超过98.5%的用人单位表示“很满意”或“满意”，毕业生技能符合工作岗位要求的达到74.1%以上，29.6%的单位指出，种子专业社会需求处于供不应求的状态，需加大学科专业建设力度。

参考文献

[1]陈小虎，吴中江，李建启.新建应用型本科院校的特征及发展思考[J].中国大学教学，2010（6）：4-6.

[2]王良莹.地方应用型本科高校内涵式发展的战略思考[J].河南科技学院学报，2014（10）：10-13.

[3]金晶，陈斌，臧靖.对地方应用型本科院校实践教学管理改革的探索[J].科教文汇，2012（12）：27-28.

[4]王丽霞.地方应用型本科高校人才培养模式存在的问题及路径探索[J].湖北函授大学学报，2014，27（17）：13-14.

[5]陈平.应用型本科实践教学质量监控问题分析[J].吉林省教育学院学报，2011，27（7）：28-31.

量子科学应用第2篇

本书从简要概述经典物理、统计物理与量子力学之间的明显不同开始，论证为什么量子力学的应用可以超出物理学的范围，并且定义了量子社会科学。指出所谓的量子社会科学并不是要用适用微观尺度的量子力学原理重新表述社会，而是尝试借助量子力学的一些形式理论和概念，研究社会科学中的一些问题，包括在心理学、经济学与金融学中量子概率效应的存在，提出并解答了一些基本问题。他们论证了社会科学体系中的信息处理在一定程度上可以利用量子力学的数学工具形式化的奇妙方法。本书建议了一种类-量子方法可以作为理解经济学与金融学中心对象决策问题的有效工具。两位作者还论证了概率相干性能够用来解释著名的Ellsberg决策佯谬中总概率规律的破坏，本书两位作者对这一新奇的研究领域做出了一些领先的贡献。

两位作者深知这样一本书所讨论的内容是与直觉相反的，他们要把解释亚原子行为发展起来的物理学理论用于解释我们日常生活世界。尽管我们掌握了很多亚原子世界的精确知识，但是从来没有关于这个世界的直接经验。把微观世界有效的理论用于宏观世界可信度如何？这样奇特的做法会不会令人担忧？感兴趣的读者都可能提出这类问题。两位作者的想法是，关于他们开创的这种做法的可行性，应该由读者在读过该书之后自己得到答案。

本书陈述的模型可以称之为类-量子的，他们与量子物理没有直接关系。作者强调指出，对于复杂的社会系统所做的信息处理可以通过量子力学的数学工具描述。正是在这个意义上，本书阐释了金融市场、行为经济学和决策问题。

把精确科学与社会科学联系起来不是件轻而易举的事。其中最为困难的问题是消除这样的一种误解，即似乎在物理学与社会系统模拟之间本来就应当存在一架桥梁。实际上，在一些特殊的社会系统中，所得结果的“物理等价物”几乎毫无意义。

全书内容分4个部分，共15章。第1部分 社会科学中的物理概念，含第1-3章：1.经典、统计和量子力学，三合一概览；2.经济物理学； 3.量子社会科学。第2部分 数学与物理的预备知识，含第4-6章： 4.矢量的微积分学及其他数学预备知识；5.量子力学基本要素；6.Bohm力学的基本要素。第3部分 心理学中量子概率效应：基本问题及其答案，含第7-9章：7.简略概述；8.心理学中的干涉效应——导论；9.决策的类量子模型。第四部分 经济学、金融学与脑科学中的其他量子概率效应，含第10-15章：10.危机中的金融学/经济学理论；11.金融与经济学中的Bohm力学；12.BohmVigter模型和路径模拟；13.对于经济学/金融学理论的其他一些应用；14.大脑的类-量子处理的神经心理学起源；15.结论。

本书是面向经济学和心理学以及物理学的研究人员的一部具有新颖、独特观点的专著，很具启发性和创新性，对于希望开拓新的研究领域，特别是交叉学科相关领域的研究生以及研究人员很有参考价值。作者概述了进入该领域所需的数学预备知识和量子力学的基本概念以及社会科学相关的基础知识，这对那些对这一问题感兴趣并打算阅读该书的读者很有益处。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

量子科学应用第3篇

1.材料应适宜。科学探究活动中，材料应投放充足，但并非越多越好。一次观看中班科学活动“瓶中吹气球”，第一次探索时教师提供大小不一的两种瓶子，让幼儿在瓶中吹气球，旨在感知瓶中气球能否吹起与瓶子的大小没关系；第二次探索时教师提供部分瓶身有孔且大小不一的瓶子，让幼儿发现能吹起气球的瓶子上都有孔（直径约3毫米）；第三次探索时，不仅增加了一套瓶子，还将所有曾经使用过的瓶子全部投放，让幼儿逐个尝试，旨在强化对“瓶中吹气球与瓶中空气压力”之间关系的感知。“瓶中吹气球”这个实验看似简单，但即便是让成人在瓶身上仅有3毫米孔的瓶中吹气球，也必须使出浑身的力气。所以在这个环节中，给幼儿提供人均5个瓶子的结果是，孩子们一个个吹得脸红脖子粗，有将近一半的孩子在尝试两个瓶子后就放弃了探索。而且，这一探索给孩子们最强烈的体验是“瓶中气球能否吹起与力气大小有关”，而并非教师所总结的“与有没有孔以及空气的力量有关”。因此，探究活动中提供给孩子的材料应适宜孩子操作、探索。

2.操作程序应规范。不管是实验过程的预设、材料的准备还是教师语言的引导，都应注意规范、科学。如在科学活动“神奇的碘酒”中，孩子们通过实验获得了碘酒遇淀粉变色的经验后，教师设置了“羊村遭遇假冒奶粉”的情境，旨在让孩子们利用碘酒检验出所提供的奶粉哪些是假冒的，哪些是合格的，并分别放置食品安全标志和非安全标志。操作时，教师引导孩子们在奶粉中倒进少许的碘酒，通过观察奶粉是否变色来进行辨认。试问：倒进碘酒的奶粉还有人敢食用吗？将这样的奶粉放进贴有食品安全标志的区域是否合适呢？恰当的解决办法应该是：教师在给孩子们出示不同的奶粉时加上“样品”两字。虽然只是加了两个字，其意义却大不一样。

3.操作目的应明确。教师设计幼儿科学活动时，在总目标的指引下应对每一环节的价值、操作目的做到心中有数。如大班科学活动“有用的三脚架”，活动的目标为“探索用小棒撑起橡皮泥的方法，发现三脚架稳定的特性”。为达成这一目标，教师设计了两个环节：（1）尝试用小棒把橡皮泥稳稳地撑在桌上，（2）用最少的小棒撑起橡皮泥。环节（1）的操作目的是探索用小棒撑起橡皮泥的方法。所以第一次幼儿自由探索后，教师在组织幼儿交流各自经验的基础上，应有意识地引导幼儿分享同伴撑起橡皮泥的方法，因为能否撑起橡皮泥将直接影响到环节（2）的探索效果。如果教师对环节的操作目的不明确，就无法将探究活动向纵深推进，也容易使幼儿的思维陷入混乱状态。

量子科学应用第4篇

关键词：模糊综合评价法；层次分析法；因子分析法

中图分类号：G311

学科建设是衡量高校在新形势下是否具有综合竞争实力和办学适应能力的一个重要方面，高水平的学科有利于凝聚高级科技人才，学科水平是高校水平的重要体现，是高校科技创新的关键。

近年来随着我国高等教育的快速发展，国内普通高等学校数目也不断的增加。对于这些新建本科院校或者刚刚合并升本的地方院校来说，学科水平和办学实力均无法与国家重点高校相比。学科发展的无限性和办学资源的有限性决定了任何一所大学只能在某几个方向上或某几个领域中暂时处于领先地位，它不可能在某一个学科的全部方向都达到最高的水平，也不可能独自占领所有的学科领域。因此，学校的学科建设工作更应该集中有限的资源来重点建设好学科规划中的重点学科，发挥学校学科建设的合力，如何正确评价学科水平进而确立重点学科是学科建设的首要条件。

高等学校既需要加强科技创新进而创造高质量科研成果，更加需要确保科研成果能够及时应用到学科建设中，为人才培养和学科发展服务。因此，高校科研不再是单纯利用现有科技知识，更重要的是要创造知识，实现知识的生产和知识的增值，来提升学科层次。高校学科科研水平是高校学科水平的重要体现，科学、正确的评价学科的科研水平对高校学科评估起到指导性作用。

1 各种学科科研水平评价方法分析

目前学科科研水平评价方法主要有层次分析法，将模糊数学引入的模糊综合评价方法，基于因子分析评价方法等，以上的评价方法各有优缺点。

1.1 层次分析法

层次分析法，是将一个复杂的多目标决策问题当作一个系统，将系统目标分解为多个准则或多个目标，进而分解为多准则、多约束的若干个层次，通过定性标度模糊量化方法算出单层次排序（权重数）和总的排序，以作为多指标、多方案优化决策的系统方法。层次分析法是建立在科学的学科科研水平评价指标体系的基础上。层次分析法包括以下基本步骤：

（1）构建层次分析法的层次结构模型。

（2）构造两两比对的对比阵。

（3）计算分层次权向量并做一致检验。

（4）最后计算组合总权向量并做组合一致性检验。

将层次分析法应用于学科科研水平评价中，主观因素过重，评价的结果不够客观、科学。早期的学科科研水平评价方法多用层次分析法，随着分析方法的进步更多的客观分析方法被引入学科科研水平评价中。

1.2 模糊综合评价方法

根据模糊数学的隶属度理论，模糊综合评价方法把定性评价转化为定量评价，是一种基于模糊数学的综合评标方法。用模糊数学对受到多种因素制约的对象或事物做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。模糊综合评价的基本步骤是：

（1）设定评价因素集U：U={u1，u2，……un}，这里的评价因素un包括科研经费、获奖成果、论著、专利、研究项目等评价因素。

（2）设定评价集V：V={V1，V2……V5}，通常，设V1：优秀，V2：良好，V3：中等，V4：一般，V5：较差。

（3）根据学科实际情况由专家组成评判组，得到评价矩阵。

（4）确定权重集A。

（5）根据最大隶属度原则，获得学科科研水平为“优秀”、“良好”、“中等”、“一般”、“较差”五个层次中的一个。

模糊综合评价方法是主观和客观结合的评价方法，对于多所高校的不同学科之间如果差异不大，或者需要将学科水平严格打分排序的情况下，模糊综合评价方法并不是理想的评价方法。

1.3 因子分析法

因子分析最早由英国心理学家C.E.斯皮尔曼提出，是指从研究变量群中提取共性因子的统计技术。因子分析是指在许多变量中找出隐藏的具有代表性的因子并将相同本质的变量归入一个因子，不但可减少变量的数目，还可检验变量间关系的假设。因子分析所得的主因子为原始指标的线性组合，是采用少量的主因子代替多个原始指标。

采用因子分析进行学科科研水平评价之前，需要有科学的评价指标模型，根据评价指标对学科科研进行学科科研水平的因子分析，分析步骤如下：

（1）根据评价模型确定分析变量，收集数据资料。

（2）对收集的原始数据进行标准化处理。

（3）接下来计算出所选变量的相关系数阵。

（4）公共因子提取，计算初始载荷阵，对主成分分析方法而言，就是通过资料矩阵的相关系数矩阵计算出特征值和特征向量。

（5）因子旋转，通过坐标变换使用较少的公因子表达原始变量，使每个原始变量和尽可能少的公共因子之间有密切的关系。

（6）计算公共因子的得分情况。

（7）以提取的公共因子的方差贡献率作为权重，结合因子得分，建立学科科研水平综合评价模型，计算各样本的综合得分情况并进行排序比较，最终得出综合评价结果。

将因子分析是一种客观的分析方法，将因子分析应用于高校学科科研水平评价是一种科学的评价方法，尤其适用于相同或将近似的专业评价模型类似的学科科研水平评价，比如电子信息工程与电气技术或计算机专业等进行评价。但是将差异较大专业进行评价的时候，选取的模型不同，因子分析法不能根据具体情况区分应用。

2 结论

基于各种方法的缺陷与不足，一些学者又提出了改进的算法。如西安理工大学的曾绍智教授等，将一种基于层次分析和数据包络分析（DEA）的二次相对评价方法应用于“高校内部科研院所科研绩效”中，整个评价过程分两个阶段进行。另外，还有数学方法以及各种多元统计方法和计算机的应用，如主成分分析法、非线性综合评价模型的综合研究、因子分析法、集对分析以及判别分析和韦林分布、多知识库的计算机专家评价系统等等，在高校科研评价中都有所涉及。

参考文献：

[1]刘春霞.高校教师教学质量的综合评价[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2001，6：2481.

[2]刘坚，苏军.因子分析在综合素质评价中的应用[J].华东交通大学学报，2004，21（5）：145-149.

[3]翟亚军，王文利.河北省普通高等学校学科建设现状分析[J].河北大学学报，2006，3：85-921.

[4]肖鹏.层次分析法在科研专项绩效评价中的应用[J].科学管理研究，2008，4：38-41.

作者简介：柯洪娣（1977-），女，吉林长春人，吉林工商学院信息工程分院，副教授，博士，研究方向：智能仪器、智能控制、算法优化。

量子科学应用第5篇

关键词：X射线；半导体；原子能；激光；蓝光LED；科技创新；大学物理

1引言

物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3]，其内容广博、精深，研究方法多样、巧妙，被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现：其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成，同时，其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此，大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照教育部颁发的相关文件要求[4-5]，大学物理课程最低学时数为126学时，其中理科、师范类非物理专业不少于144学时；大学物理实验最低学时数为54学时，其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示，众多高校（尤其是新建本科院校）并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子，大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时，如今，大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时，远远低于教育部要求的最低标准（180学时）.试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理？怎么能够真正发挥出大学物理的作用？于是有的院、系要求只讲力学，有的要求只讲热学，有的则要求只讲电磁学，…面对这种情况，大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程报告论坛》上获悉，这不是个别学校的做法，在全国具有普遍性.殊不知，力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系，相互联系，缺一不可.这种以消减教学内容为代价，解决课时不足的做法，就如同削足适履，是对教育规律不尊重，是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课，只论及物理学是科技创新的源泉这一命题，以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.

2物理学是科技创新的源泉

且不说力学和热力学的发展，以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命，欧洲实现了机械化；且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展，以电动机为标志引发了第二次工业革命，欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国，使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用，从而得出结论：物理学是科技创新的源泉.1895年，威廉•伦琴（WilhelmR魻ntgen）发现X射线，这种射线在电场、磁场中不发生偏转，穿透能力很强，由于当时不知道它是什么，故取名X射线.直到1912年，劳厄（MaxvonLaue）用晶体中的点阵作为衍射光栅，确定它是一种光波，波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖，他发现的X射线开创了医学影像技术，利用X光机探测骨骼的病变，胸腔X光片诊断肺部病变，腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像，CT成像既可以提供二维（2D）横切面又可以提供三维（3D）立体表现图像，它可以清楚地展示被检测部位的内部结构，可以准确确定病变位置.当今，各医院都设置放射科，X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年，威廉•享利•布拉格（willianHenrgBragg）和威廉•劳仑斯•布拉格（WillianLawrenceBragg）提供布拉格方程[6，P140]2dsinα=kλ（k=1,2,3…）式中d为晶格常数，α为入射光与晶面夹角，λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构，创立了X射线晶体结构分析这一学科，布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今，X射线衍射仪不仅在物理学研究，而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用，所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪，它是研究物质结构的必备仪器.1907年，威廉•汤姆孙（W•Thomson）发现电子，电子质量me=9.11×10-31kg，电子荷电e=-1.602×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年，美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时，发现Ge晶体具有放大作用，发明了晶体三极管，很快取代电子管，随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年，美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年，英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，制成世界上第一个微处理器.80年代末，芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活，微电子技术称雄20世纪，进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看，发现电子厂比比皆是，这真是小小电子转动了整个地球啊！电子不仅具有荷电性，还具有荷磁性.

1925年，乌伦贝克—哥德斯密脱（Uhlenbeck-Goudsmit）提出自旋假说，每个电子都具有自旋角动量S軋，它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值，Sz=±h2；电子具有荷磁性，每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子）[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪，直到1988年阿贝尔•费尔（AlberFert）和彼得•格林贝格尔（PeterGrünberg）发现在Fe/Cr多层膜中，材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变，其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合，不加磁场时电阻率大，当外加磁场时，相邻铁磁层的磁矩方向排列一致，对电子的散射弱，电阻率小.利用磁性控制电子的输运，提出巨磁电阻效应（giantmagnetoresistance,GMR），磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率，ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注，1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理，研制出“新型读出磁头”，此前的磁头是用锰铁磁体，磁电阻MR只有1%-2%，而新型读出磁头的MR约50%，将磁盘记录密度提高了17倍，有利于器件小型化，利用新型读出磁头的MR才出现笔记本电脑、MP3等，GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年，Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%，称为庞磁电阻（Colossalmagnetoresistance,CMR），钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻，在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景，引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而，CMR效应还没有得到实际应用，原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场，问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年，爱因斯坦提出[13]：“就一个粒子来说，如果由于自身内部的过程使它的能量减小了，它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式E=m莓C2式中m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小，E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径：“用那些所含能量是高度可变的物体（比如用镭盐）来验证这个理论，不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论，1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争，1945年8月6日和9日，美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹，迫使日本接受《波茨坦公告》，于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用，1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年，美国有104座核电站，核电站发电量占本国发电总量的20%，法国有59台机组，占80%；日本有55座核电站，占30%.截至2015年4月，我国运行的核电站有23座，在建核电站有26座，产能为21.4千兆瓦，核电站发电量占我国发电总量不足3%，所以我国提出大力发展核电，制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用，一方面减少了化石能源的消耗，从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放，另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量，受控核聚变正在研究中，若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时，能源危机彻底解除.

20世纪最杰出的成果是计算机，物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来，经历了第一至第五代，计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步，依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路；主存储器用的是磁性材料，随着物理学的进步，磁性材料的性能越来越高，计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议（2015年10月21—25日）上获悉，中科院强磁场中心、中科院物理所等，正在对斯格明子（skyrmions）进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构，将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小，ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管，量子力学指导着研究电子器件大小的极限，光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.

1916年，爱因斯坦提出光受激辐射原理，时隔44年，哥伦比亚大学的希奥多•梅曼（TheodoreMaiman）于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好，相干性好，方向性好和亮度高等特点，在医疗、农业、通讯、金属微加工，军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述，只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等，激光加工技术具有突出特点：不接触加工工件，对工件无污染；光点小，能量集中；激光束容易聚焦、导向，便于自动化控制；安全可靠，不会对材料造成机械挤压或机械应力；切割面光滑、无毛刺；切割面细小，割缝一般在0.1-0.2mm；适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年，仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币，其中激光加工设备销售额达215亿人民币.

2014年，诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家，是因为他们发明了蓝色发光二极管（LED），帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于，在三基色红、绿、蓝中，红光LED和绿光LED早已发明，但制造蓝光LED长期以来是个难题，他们三人于20世纪90年明了蓝光LED，这样三基色LED全被找到了，制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低，耗能不到普通灯泡的1/20，全世界发的电40%用于照明，若把普通灯泡都换成LED灯，全世界每个节省的电能数字惊人！物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年，英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫（Kon-stantinNovoselov），因发明石墨烯材料，获得诺贝尔物理学奖.目前，集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，导电性也很好.因此，石墨烯被普遍认为会最终替代硅，从而引发电子工业革命[14].2012年，法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(DavidJ.win-land)，在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法，使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].

2013年，由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系，薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，电子自旋向上的在一个跑道上，自旋向下的在另一个跑道上，犹如在高速公路上，它们在各自的跑道上“一往无前”地前进，不产生电子相互碰撞，不会产生热能损耗.通过密度集成，将来计算机的体积也将大大缩小，千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此，这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明，都会开辟一块新天地，带来产业革命，推动社会进步，创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史，可以看出物理学是科技创新的源泉.

3结语

论述了X射线，电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用，自然得出结论，物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看，美国的著名大学非常注重大学物理，加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540，英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨，以他们的数学与应用数学为例，大一开设：力学与热学80学时，大学物理—基础实验54学时；大二开设：电磁学80学时，光学与原子物理80学时，大学物理—综合实验54学时；大三开设：理论力学60学时，大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天，高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.

参考文献：

〔1〕祝之光.物理学[M].北京：高等教育出版社，2012.1-10.

〔2〕马文蔚，周雨青.物理学教程[M].北京：高等教育出版社，2006.I-V1.

〔3〕倪致祥，朱永忠，袁广宇，黄时中，大学物理学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2005.前言.

〔4〕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.非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程，2006，16（5）

〔5〕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.非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求[J].物理与工程，2006,16（4）：1-3.

〔6〕姚启钧，光学教程[M].北京；高等教育出版社，2002.138-139.

〔7〕张怪慈.量子力学简明教授[M].北京：人民教育出版社，1979.182-183.

量子科学应用第6篇

关键词： 化学教学 相关学科思想 渗透

化学被科学家誉为“中心科学”，处在其上游的学科有数学、物理学，位于其下游的学科有生物学和医学，化学在中游起着承上启下的作用[1]。化学学科综合性、实践性强，在教学中，化学教师除了要善于应用本学科的专业知识开展教学外，还必须具备丰富的相关学科知识，而且能够根据教学内容灵活穿插使用相关学科知识，使相关学科思想渗透于化学学科教学实践中。这样开展的教学活动形式独特，理解化学原理的思维方式、掌握化学知识的角度和解题技巧的探讨都突破固有的模式。不同的学科知识横向有迁移，学生学习兴趣高，对知识的理解和掌握效果明显，学科思维素养更容易建立，提高了化学课堂教学的有效性。

笔者在多年的教学实践中，针对不同的教学内容，渗透相关学科的学科思想开展风格各异的教学活动，现在做一整理，借此与各位同仁探讨交流。

一、数学思想渗透于化学教学中

数学位于自然科学之首，是学习科学知识的必备工具，在化学教学中，尤其是在习题的教学过程中，如果灵活应用数学知识，把学生的数学思维及时迁移到化学题目中来，用数学思想构建化学科解题的学科素养，在实际教学中，就能收到非常明显的教学效果。

如学生刚上高一，化学必修一模块就涉及“物质的量”，这是一个很抽象的概念，这对于刚入高中的学生来说很难弄懂，接下来是相关的计算，涉及几个基本的公式：n===，学生在应用公式的时候经常搞错，在该用乘法时用了除法，而该用除法时用了乘法。在教学中除了让学生正确理解公式中概念的内涵外，还启发学生联想小学的公式：总量=数量×单位量，引导学生把新公式对号入座：n就是数量，N、m、V就是总量，而N、M、V就是单位量，这样就把高中抽象公式向小学形象公式靠拢，降低了认知的台阶，学生易于接受。在这一章还涉及混合物计算，这是高中化学计算常见的类型，此类题主要渗透了数学的方程思想，其解题过程可分为两个阶段，第一阶段利用化学知识找出题目中各物质或量的关系，第二阶段列出方程计算得出结果。最后，在教学中又和学生共同总结出解题口诀“设出摩尔，列出方程组”，记忆和理解效果更佳。在混合物计算教学中难免涉及十字交叉法，十字交叉法是在化学中应用比较广泛的简化的计算方法，在解决某些二元混合体系所产生的具有线性平均意义的计算问题时，表现出了思路简单，运算简便等优点。学生对十字交叉法理解出现偏差，为什么交叉相减，再相比较，就能得到组分的比？这时可以设出两个未知数，但是只列出一个方程，通过数学推导，得出同样的结果，最后再指出十字交叉法就是简化方程的解法，也是加权平均值的简单解法。例如：在标准状况下，11.2LCO与CO的混合气体的质量为20.4g，求混合气体中CO与CO的体积之比为多少？解析：在标准状况下，11.2LCO与CO的混合气体的物质的量为0.5mol，混合气体的平均摩尔质量为20.4g/0.5mol=40.8g·mol

28 44 40.8 44-40.8=3.2 40.8-28=12.8

V（CO）/V（CO）=3.2/12.8=1/4，即混合气体中CO与CO的体积之比为1：4。解释十指交叉法时，我们可以设CO和CO的物质的量分别为xmol和ymol，根据质量守恒：28x+44y=40.8（x+y），整理得（40.8-28）x=（44-40.8）y，x：y=（44-40.8）：（40.8-28）=1：4，这样的推导解法跟十指交叉法是殊途同归的。通过推导，学生对十字交叉法会欣然接受并且能灵活运用。

又如选修四模块《化学反应原理》中有两个重要的知识点：盖斯定律和原电池，在教学时，指出应用盖斯定律解题就是做数学证明题，根据数学中的代数式相加减的原则，从已知的热化学方程式，通过代数运算处理，注意H也同样进行运算，得出目标方程式，也就证明成功；原电池教学中涉及已知原电池总反应和一个电极反应式，求另外一个电极反应式，也是代数式相减的思想，减完之后再把方程式中带负号的物质移到化学方程式对侧，得出正确的电极反应式。如果题目中给了正极和负极的电极反应式，通过相加也就自然得到原电池的总反应。

再如选修五模块《有机化学》，同分异构体是一个重要的知识点，烃分子的一卤取代物的个数，关键是找出等效氢的个数，这是就需要借助数学上的中心对称、轴对称的知识，先确定对称中心，然后找出等效碳原子，确定等效氢，这样可以使等效氢原子数确定得更准确。如：丙烷的一氯代物有几种？如图所示：HHH，先找出对称轴，对称轴上的碳原子是一种，另外2个端点碳原子位置对称，成为等效碳原子，是第二种碳原子，因此等效氢原子有2种，一氯代物有2种。烃分子的二卤取代物的个数，除了用碳原子之间两两连线的“连线法”确定之外，还可以利用排列组合的知识，用数学的方法将具体问题抽象化，可以简化解题过程，如：丙烷的二氯代物有几种？因为丙烷有2种碳原子，所以可以列式子：C×C=2×2=4，求得有4种二氯代物。有机物分子共线共面问题，由于涉及空间立体的知识，学生单纯从化学角度想象空间结构，认知难度很大。如果应用立体几何的知识，帮助学生借助数学思维思考化学问题，学生站在数学的台阶上接受化学知识就更为得心应手。例如：H-H=H--F分子中6个碳原子可以共面吗？首先根据双键的平面模型，确定一个前1-4号碳原子共面，再根据三键的直线模型确定后3-6号碳原子共线，然后根据几何学公理“一条直线上有2个点（3、4号碳原子）位于一个平面，那么这条直线（包含5、6号碳原子）就在这个平面上”，从而得出6个碳原子可以共面。通过严谨的数学推导得出的结论，教学说服力非常强大，学生对老师的教学和知识的认可度大大提高。求一系列有机物含碳量的最大（最小）值的题目时，先根据同系物的分子式的差别，利用等差数列求出通项公式，再代入极限公式求出结果。如：同系物C1H（萘）、CH（芘）、CH（苯并芘）……中，求碳的最大百分含量。解析：根据萘、芘、苯并芘的分子式发现碳原子数和氢原子数递增呈等差数列。碳原子数：公差为6，首项是10：a=a+（n-1）d=10+（n-1）×6=6n+4，同理可得氢原子数：a=2n+6，因此通式为CH，带入极限公式：ω（C）====97.3%

二、物理学思想渗透于化学教学中

“理化不分家”。物理和化学同样是两门重要的自然科学，学科之间总是存在内在联系，知识体系也是有相通的部分。如在选修四模块《化学反应原理》中的“化学反应速率和化学平衡”教学中，首先引导学生思考，物理上衡量运动快慢的物理量是速度和速率，前者是矢量，既有大小，又有方向，后者是只有大小的标量。再追问学生化学反应的快慢需要有方向吗？自然得出衡量化学反应快慢的物理量应该是只有正值的化学反应速率，而不是化学反应速度。再通过化学反应速率的计算公式v=c/t，联想物理学上的公式v=x/t（v表示平均速率，x表示位移，t表示时间），学生不难得出化学反应速率是一段反应时间内的平均速率，对于化学反应来说，平均速率更具有实际表达意义。物理上v-t图像，图线与时间轴围成的图形面积表示在该时间段的位移x，引导学生迁移到化学上v-t图像，图线与时间轴围成图形的面积表示在该时间段的物质的量浓度的变化量c。

例：在容积固定的4L密闭容器中，进行可逆反应：X（气）+2Y（气）？葑2Z（气）并达到平衡，在此过程中，以Y的浓度改变表示的反应速率υ（正）、υ（逆）与时间t的关系如右图，如图中阴影部分面积表示（ ）

A.X的浓度的减少 B.Y的物质的量的减少

C.Z的浓度的增加 D.X的物质的量的减少

解析：v（正）曲线下围成的图形的面积应该是Y物质浓度的减少值，v（逆）曲线下围成图形的面积应该是Y物质浓度的增加值，图中阴影部分即以上二者之差，也就是Y物质浓度的减少值的净值，因此B项正确。

学习化学平衡时，首先启发学生回忆物理上的不受外力的平衡态：匀速直线运动和静止。然后指出化学平衡不是静止的平衡，而是类似于物理上的匀速直线运动的动态平衡。物理知识进行思维迁移，有助于掌握化学新知。又如，平衡移动原理（勒夏特列原理）中的关键词“减弱改变”，学生很难理解实质，物理上的楞次定律中的关键词“阻碍变化”和“减弱改变”的概念内涵是完全相同的，具有异曲同工的迁移效果，在教学中及时抛出楞次定律中的“阻碍变化”，对“减弱改变”的理解也就毫无悬念。再如，电解池中阴阳离子的运动方向，完全是遵循带电粒子在电场中的运动规律的。物理上金属导体的导电是自由电子的定向移动的结果，对比到电解质溶液的导电，则是阴阳离子的定向运动形成的。在化学教学中有意识渗透物理学思想，学生会领悟到自然科学之间是相互交叉和渗透的，在学习知识的时候才能自觉关注学科之间的联系。

三、哲学思想渗透于化学教学中

哲学上的三个基本的规律：“对立统一规律”、“量变质变规律”、“否定之否定规律”。这三个规律是指导人们认识世界和改造世界的方法论。在化学教学的三维目标中，情感态度与价值观这一维目标也要求教师在教学中不但教授学生学科知识，而且注意培养学生学习知识的学科思维和认识问题的哲学思维。如在教学“氧化还原”时，氧化是失去电子，还原是得到电子，氧化剂氧化了还原剂，还原剂还原了氧化剂，氧化剂和还原剂行为是完全对立的，但是对立的行为统一在同一个氧化还原反应中，密不可分，氧化和还原“既对立，又统一”。氧化还原反应是“对立统一规律”一个很好的例证，在教学氧化还原反应时，要不失时机地培养学生的“对立统一”思想，而且在进行“氧化还原”的概念教学时，初中学习氧化还原反应只是停留于表面的“得氧失氧”，在高中教学中，先通过几个氧化还原反应方程式，总结出氧化还原反应的共同特征是“元素化合价升降”，最后再追溯到氧化还原反应内在本质为“电子转移”，为学生的学习搭建思维平台，通过支架式教学，学生的认知台阶逐渐上升。又如在教学“元素周期律”时，元素的性质随着原子序数的递增到一定的程度，性质就会发生周期性的变化，也就是元素之间不是孤立的，是存在着随着数量的变化而性质发生递变的内在规律——元素周期律。数量积累到一定程度，就会发生质的飞跃，完美地诠释了“量变质变规律”。再如，在进行必修一模块“元素化合物”教学时，对原来初中学习的燃烧概念做了“否定”，指出燃烧不一定要有氧气，只要是有发光发热现象的剧烈的氧化还原反应，就是燃烧。把对燃烧的判断从外在的反应现象和反应的内在实质这两个方面界定，这样修正补充后再重新定义概念，使知识更为科学完整。“否定”不是全盘抛弃，而是为了“肯定”，这也符合事物发展的规律：螺旋式上升，波浪式前进。通过化学概念的动态教学，学生真切地体会到知识乃至真理的生成，是一个不断补充修正的科学发展过程。

四、诗词美学思想渗透于化学教学中

科学是严谨的，也就难免枯燥，然而化学这门自然科学与生活密切相关，如果能够把教学与文学生活中的诗词联系起来，也就在严谨的科学中引入了美学，这样的教学体现了科学与人文内涵的统一，展现了化学教学的艺术美，给学生提供了主动探究知识的美的意境，开启了学生审美的想象和思维，也发挥了化学课程对培养学生人文精神的积极作用。如在教学碳酸盐性质时，明代诗人于谦的《石灰吟》：“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。”于谦不经意以自己诗人的视角，用凝练的语言描绘了石灰石分解生产石灰的过程。从科学的角度来解读这首诗，原料的存在，反应的条件，反应的产物一一从诗中体现出来。从艺术的角度来看，这首诗体现了诗人宁折不弯，为追求理想和真理可以献身的可贵品质。在学习中，学生不仅接收了科学知识，还被作者的高贵的人生信仰所打动，教师不仅传授知识，而且完成了育人责任。又如在教学硅酸盐时可选择杜甫诗云“大邑烧瓷轻且坚，扣如哀玉锦城传”，以及唐代陆龟蒙在《秘色瓷器》中的“九秋风露越窑过，夺得千峰翠色来”[2]，让学生在学习知识的同时，感受古代劳动人民的无穷智慧。在教学中引入诗词等文学元素，能够改变沉闷的课堂教学气氛，使课堂氛围变得活跃而富有文学气息，激发学生的学习兴趣，使学生在提高文学素养的同时提高了科学素养。

五、历史学思想渗透于化学教学中

法国著名科学家朗之万说：“在科学教育中，加入历史的观点是有百利而无一弊的。”化学与人文科学从来都是紧密联系的，许多伟大的科学成就都是科学家的科学素养和人文精神的结晶[3]。在教学中，教师应该不拘泥于教科书上的知识和结论，还应该关注知识和结论生成的过程和历史，了解科学家发现科学事实、形成化学概念、建立化学原理和理论的艰辛过程。化学发展史中蕴含的科学思想和科学方法，是难能可贵的课程资源。在教学设计中把握恰当的时机，引入相关的历史事件和历史人物，不仅有利于学科教学的开展，还能在教学中培养学生探索知识的科学品质和爱国奉献的人文精神。

如在教学化学必修二模块苯时，首先介绍了英国化学家法拉第发现了苯之后，后来日拉尔等人确定了苯的分子式为CH，随后在确定苯分子结构时，当时的科学家并没有意识到苯是环状结构，德国化学家凯库勒深入地研究了苯的性质，尝试反推结构，通过精心探索研究，最后提出了苯的结构模型——凯库勒式。据说环状结构的发现是从梦中获得的启发，凯库勒工作很晚就睡着了，在睡梦中出现了一条蛇，蜿蜒盘绕，突然蛇头衔住蛇尾，形成了一个环，凯库勒梦醒后恍然大悟，最后按照环状分子的思想确立了苯的真实结构。介绍完苯分子结构的探索史，学生的课堂气氛马上活跃起来，我又不失时机地抛出问题：做梦真的能解决科学问题吗？学生也就马上回到理性思维的层面，科学问题的解决是科学家成果积累到一定程度的必然结果。

又如在教学碳酸钠时，介绍碳酸钠的俗名有纯碱、口碱等。清末民初，工业所需的碳酸钠主要是从河北、内蒙古盐湖取得的天然碱，并以张家口、古北口为集散地销往全国，故称口碱。但是天然碱远远满足不了民族轻工业的发展需要，只能进口纯碱。而进口纯碱价格很高，且外国技术封锁，国内不能生产。我国近现代化学家侯德榜热爱祖国，献身科学，发明了联合制碱法，并且把制碱技术公布，打破了外国封锁，在国内生产纯碱，满足了民族工业发展的需要。通过这部分历史的介绍，学生深切地感受到：就要挨欺负，要想强国富民，离不开科学技术的掌握，只有努力学习，才能报效祖国。同时，科学家侯德榜的献身科学的伟大爱国精神，增强了学生的民族自尊心和自豪感，实现了对学生的爱国主义的思想教育。

参考文献：

[1]王换荣.化学教师教学风格的培养和形成[J].化学教育，2012，（1）：48-51.

量子科学应用第7篇

[关键词] 地方院校；量子力学；精品课程建设

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2014）01-0057-04

0 引言

我国本科高校按隶属对象不同，分为部委属和省属两大类别，省属高校又分为省属国家“211”重点高校、省部共建高校、地方性直属高校三类，本文“地方院校”指省属高校中的地方性直属本科高校，这些院校大多采取省市共建、以市为主的管理体制，多数建校时间短或由专科升格。

随着我国高等教育大众化进程的不断深入，生源质量降低，教学资源日趋紧张，高等院校的教学压力逐渐加大，引发了社会对高等教育质量的担忧。2003年4月《教育部关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》（教高[2003]1号），引起了全国范围内建设国家、省、校三级精品课程的热潮。量子力学精品课程也同其他课程一样，经历了精品课程建设的热潮，截至2013年9月，共有四校建成国家精品课程，分别是兰州大学（2004年）、复旦大学（2004年）、清华大学（2007年）、北京大学（2008年）；两校建成湖北省精品课程，分别是华中师范大学（2003年）和湖北大学（2003年）；两校建成湖北省地方院校校级精品课程，分别是黄冈师范学院（2007年）、湖北师范学院（2011年）。可见，量子力学国家精品课程全部由985重点大学建设，湖北省精品课程也由211重点大学和省属重点大学建设，地方院校只有两校建成校级精品课程，只占湖北省27所地方院校的7.4%，大多数地方院校并未开展量子力学精品课程建设，这与量子力学课程的重要地位极不相称。量子力学是近代物理学的两大支柱之一，也是现代工业技术的重要理论基础，其教学质量的重要性不言而喻，但量子力学又是一门高度抽象的理论物理课程，远离日常经验，教与学都有一定的难度。地方院校由于师资力量薄弱，学术资源匮乏，生源素质不理想，教学与科研脱节，导致这些院校的量子力学精品课程大多处于有心无力、举步维艰的状态。

地方院校占我国高校总数的90%左右，担负着服务地方社会经济建设、培养千百万专门人才的重任。地方院校是我国高等教育金字塔的塔基，塔基不稳，必然影响我国高等教育的健康发展，因此研究地方院校量子力学精品课程建设，提高人才培养质量是迫在眉睫的重要问题，令人惋惜的是这方面的研究成果太少，难以指导地方院校量子力学精品课程的建设。

1 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的内涵

精品课程的评价标准是“五个一流”，即一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理。精品课程建设研究大多围绕“五个一流”展开，但精品课程建设应该是分层次的，不同类型的高校应有不同的标准。每个学校都是在自己的层次上、自己的类型上来办出最高水平的课程，各个学校是不一样的，精品课定位不一样，寻找精品课群体也不一样[1]。地方高校应从自己的办学定位、培养规格和生源情况来考虑量子力学精品课程建设，基于地方院校视角来理解“五个一流”，扬长避短，不盲目攀比，也不妄自菲薄。

1.1 一流教师队伍

地方院校普遍存在教师整体水平不高的问题，教师的学历、职称、学术水平和重点大学相比有较大差距，教学任务重，技术应用能力不强。重点大学承担培养拔尖人才的任务，必然要求教师具有较高的学术水平和科研能力，地方院校承担培养千百万专门人才，即应用型技能型人才的任务，对教师的学术水平要求不是太高，但要求教师具有较强的技术应用能力。地方院校教师不宜与重点大学的教师比学术水平，但要关注学科前沿，尽快掌握与本学科相关的最新技术，提高重点大学教师并不擅长的技术应用能力，体现地方院校“双师”型师资的鲜明特色。

地方院校量子力学精品课程的一流教师队伍，就是要建设一支与应用型人才培养相适应的，具有一定的学术水平、较高的教学水平、较强的技术应用能力的“双师型”教师队伍。

1.2 一流教学内容

应用型人才培养的定位，决定了量子力学精品课程的教学内容有别于重点大学，教学内容的核心是量子力学的基本理论、基本知识、基本技能，不求教学内容的高度完整性，适当降低内容的深度和应用数学解题的难度，保持教学内容的前沿性和时代性，满足学生了解学科发展前沿及其技术应用的强烈愿望。前沿知识不仅可以开阔学生的眼界，而且能够潜移默化地影响学生未来的发展。

地方院校量子力学精品课程的一流教学内容可以理解为，量子力学基本理论、基本知识、基本技能等学科有效知识与专业发展密切相关的前沿知识及其技术应用的有机整合。有效知识，就是今后能对在该领域继续学习、继续研究、开辟新的领域、学习新的知识发挥作用的、最关键、最基础性的东西[1]。

1.3 一流教学方法

重点大学普遍重视讨论式、研究式教学方法，基于量子力学学科特点和地方院校学生水平，讨论式和研究式的教学方法要慎重使用，如果准备不充分，极有可能出现学生讨论时言之无物和研究时无从着手的难堪局面，反而挫伤学生的学习积极性。采用讨论式和研究式教学方法，一要内容难度适宜，二要前期准备充分，三要教师循循善诱。量子力学内容高度抽象，学生自学困难较大，因此对教学方法和手段的要求较高。无论选择什么样的教学方法，采用什么样的教学手段，都是为了学生能够更好地理解和掌握知识，都要适合学生的实际认知水平，不能为了讨论而讨论，为了研究而研究，应以实际教学效果来评价教学方法的优劣。

地方院校量子力学精品课程的一流教学方法，即以启发式讲授为主，结合课程内容适当采取讨论式和研究式教学，传统教学手段与多媒体技术手段有机结合，集多种方法与手段于一体的教学方法体系。

1.4 一流教材

量子力学教材的选用，国内一般主要选用曾谨言版（重点大学）和周世勋版（地方院校），另有苏汝铿版、张永德版、钱伯初版、关洪版等多种教材，也有多种国外优秀教材。鉴于量子力学的某些基本问题至今仍有争议，甚至国内权威教材中的部分内容仍受质疑，地方院校不宜盲目自编教材，避免对某些问题的不当阐述误导学生，宜选用国内经典的简明教材，辅以优秀教材作为参考书，以满足不同学生的学习要求，通过立体化、一体化教材建设，补充量子力学的最新进展和实际应用，更好地为地方院校培养应用型人才服务。

地方院校量子力学精品课程的一流教材，即在选用国内经典简明教材的基础上，选择国内外优秀教材作参考书，着力打造包括电子教案、PPT、习题答案、试题库、仿真实验、网络课堂等资源在内的立体化、一体化教材。

1.5 一流教学管理

精品课程需要通过科学的管理为其提供制度保证。科学的教学管理和规范的管理机制，是精品课程的重要条件。精品课程的教学管理既包括对课堂教学的组织、实践教学的安排、学习成绩的评定等教学环节的管理，还包括师资队伍的配备、课程建设过程的管理、教学保证条件的建设等[2]。

地方院校作为教学型大学，科研上处于劣势，教学管理上更应加强，应将一流教学管理作为量子力学精品课程的重要特色来建设。

地方院校量子力学精品课程的一流教学管理，即建立健全与应用型人才培养目标相适应的教学管理制度，包括编、备、教、辅、改、考各教学环节的管理制度，以及经费投入、师资配备、用人机制和激励机制、课程评价等教学质量保障制度，认真落实各项教学管理制度并切实做好教学质量监控，保证课程建设的可持续发展。

2 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的对策

2.1 建设一支与应用型人才培养适应的师资队伍

地方院校培养应用型人才的定位，客观上要求教师应具有教师和工程师（或技能师）的双重身份。量子力学精品课程的师资队伍建设，除引进高层次人才、抓好现有教师的转型提升、开展与课程相关的教研和科研等常规措施之外，尤其要重视师资队伍的技术水平和能力的培养，通过产学研用结合切实提高教师的技术操作能力、应用能力和转化能力。加强学校与科研机构、企业的合作，聘请经验丰富的科研人员和工程师作为兼职教师，提高教师队伍整体的科研水平和技术实力。

2.2 精选课程有效知识构建学科基础，实现理论 与应用、基础与前沿的完美结合

夯实基础、关注前沿、了解应用、激发兴趣是一流教学内容的必然要求。在教学内容的选择和安排上，要注意与知识的实际应用相联系，找准最佳结合点，融入学科前沿的理论知识和学科发展的最新成果。

量子力学的有效知识包括量子力学的发展历史、量子力学的五大公设、定态问题求解、表象变换理论、微扰理论、电子自旋等，有效知识构成课程的核心知识；学科前沿知识、量子力学在现代科技和其它学科中的应用等内容构成课程的补充知识；散射等相对困难的内容构成课程的知识。核心知识具有相对稳定性，要求熟练掌握；补充知识具有时代性，要求学生了解而不求掌握；知识具有可选性，建议有能力的学生选学。核心知识和补充知识属于第一层次的教学内容，面向全体学生；知识属第二层次的教学内容，面向部分学生。教学内容的分类既有利于实现教学的层次化，又有利于实现理论与应用、基础与前沿的有机结合。

2.3 构建教学理念先进、与学生水平相适应的教 学方法体系

以教师为主导，以学生为主体。变单一教学方式为多样化教学方式构成的有机体系，变以教为主为以学为主或学教并重，变传统课堂教学为传统课堂教学和网络课堂教学相结合。基于量子力学的抽象性，讲授仍是主要的教学方法，但应注重启发学生积极思考，采取课内、课外、网络等多种形式增强师生互动，结合适当的内容开展讨论和研究。

可以组织学生讨论如量子力学相关实验的解释、量子力学基本原理的各种理解、一维定态问题的求解方法等；也可讨论量子力学的某些新进展和新的技术应用，要求学生就“量子纠缠”、“EPR佯谬”、“量子计算机原理”等内容展开调研，撰写文献综述报告，将讨论和初步的研究结合起来，培养学生从事科学研究的基本素质；也可建议能力较强的学生对“密度矩阵表示量子态”、“路径积分量子化”、“自由粒子的狄拉克方程”等较新的内容进行一些初级的理论探讨，通过写小论文的方式总结研究结果等。

讨论和探究的关键在于培养学生的参与意识、问题意识和批判意识，不奢望毕其功于一役，长期坚持一定会有收获。

2.4 选择适宜的教材和教学参考书，建设立体化、 一体化教材

选择周世勋版《量子力学教程》作为教材，因为它比较简明，适合初学者和地方院校生源的实际水平；选择曾谨言版《量子力学教程》作为主要参考书，因为它是全国大多数高校指定的考研参考用书，要照顾部分考研学生的需要；还可选择其他国内外优秀教材作为参考书，以兼收并蓄、博采众长。

教材是教学内容的载体，一流教材必然要展现一流教学内容。立体化、一体化教材不是简单的教材和教参搬家，应将学科最新的研究成果、成功的教改经验和教师自己的教科研成果及时地反映出来。一流教材除电子教案、PPT、全程教学录像、习题解答、试题库、网络互动答疑、在线测试等内容外，还要自编学习辅导用书，内容大致可包括学习内容辅导、考研辅导、阅读材料三大部分。学习内容辅导应梳理各章知识点及联系、重点难点的学习经验，补充典型习题；考研辅导可提供各类院校近年来的量子力学考研试卷，分析考试内容涵盖的知识点和相关的考核要求；阅读材料可介绍量子力学的最新进展、与量子力学有关的各交叉学科、量子力学的发展历史以及逸闻趣事等。

2.5 抓紧抓实全方位全过程的教学管理

精品课程建设是一个综合系统工程，只有扎扎实实、认认真真、持之以恒地努力工作，才能把事情做好[3]。一流教学管理是精品课程建设的重要方面，建章立制是基础，教学各环节的过程管理是纵线，教学保障条件建设管理是横线，教学质量监控、反馈和改进是保障。教学管理不必标新立异，抓紧、抓实、抓细、抓出成效，就是教学管理的最大特色。

教学各环节的管理制度中，重点要改变学业成绩评价标准，变结果评价为过程评价，正确把握考试导向，降低期末考试比重，加大平时考核比重，将考勤、作业、提问、小论文、课程设计纳入平时考核。

教学质量保障制度的建设和落实要抓好以下几个方面：学校要加大对精品课程建设的经费投入；选择学术水平较高、教学效果得到师生公认的优秀教师担任课程负责人，组建由课程负责人负总责、主讲教师分工与合作的教学队伍；对参与精品课程建设的教师，在评优评先、晋升职称等方面优先考虑；抓实教学过程的质量监控，完善同行评教、学生评教、毕业生评教和评教意见的及时反馈及改进制度；抓住一切校内外的交流机会，博采众长，不断更新充实网上资源，确保精品课程建设的可持续发展。

3 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的初步成果

2011年起，荆楚理工学院应用物理学专业开设量子力学课程。三年来，量子力学教学团队坚持以建设校级精品课程为目标，始终追求精品境界，目前量子力学精品课程的基本资料已准备就绪，拟申报校级精品课程，并计划在校级精品课程基础上，力争申报省级及以上精品课程，最终转型升级成为精品资源共享课。

教学团队坚持教学和科研相结合，重视研究解决教学过程中存在的突出问题，以教科研水平的提高带动教学水平的提高。三年共主持完成湖北省教育科学“十一五”规划课题“理工类本科生物理学习障碍归因及对策研究”一项，此课题于2013年5月被湖北省教科规划办批准结题，鉴定结论为：课题研究整体设计规范，研究路线科学，课题组成员分工合理，研究成果丰富且有实效；正主持湖北省教育科学“十二五”规划课题一项：“地方院校应用物理学专业人才培养模式研究”。在学术研究方面，教学团队围绕量子纠缠态、量子点、反应微分截面等方向进行了比较深入地研究，取得了一些成果，近几年在国外英文期刊和国际学术会议上发表了6篇英文学术论文，其中4篇被EI收录，2篇被INSPECT收录，并在原子与分子物理学报、重庆大学学报、量子光学学报等中文核心期刊上发表了8篇学术论文。

科学研究提高了教师的学术水平，加深了对量子力学课程内容的深刻理解，促进了教学的深入浅出，实现了理论与应用、基础与前沿的有机结合，量子力学课程教学质量逐年稳步提高：三年来师生评教均分都在95分以上，教学效果得到师生认可；学生学习量子力学的积极性明显提高，学业成绩的统计结果表明，大部分学生较好地掌握了量子力学的基本理论、基本知识和基本技能，并对量子力学知识的有关应用和学科发展前沿产生了浓厚兴趣，越来越多的学生开始选择以量子力学的有关研究作为毕业论文选题，其中2009级两名学生的毕业论文荣获学校优秀毕业论文；不少学生考研时量子力学科目也取得了135分以上的较好成绩。荆楚理工学院量子力学精品课程建设取得的初步成效，从理论和实践两方面证明了建设具有地方院校特色的量子力学精品课程是可行的。

4 结束语

精品课程不应千课一面，不同类型的院校应该有不同类型的精品课程，量子力学精品课程建设也不应该成为重点大学的专利，地方院校完全可以根据自己的培养目标、培养规格、生源状况，正确地理解“一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理”，建设具有应用型人才培养特色的量子力学精品课程，在精品课程建设上实现与重点大学的错位发展。

参考文献

[1]袁德宁.精品课建设及课程支撑理念的转变[J].清华大学教育研究，2004，25（3）：53-57.

量子科学应用第8篇

以上所提到的这些矛盾和问题直接制约了应用型本科院校机电、信息类专业的电工电子实践教学质量乃至总体教学质量的提高，分析并解决这些矛盾（问题）刻不容缓。可拓学又称物元分析法，它利用形式化模型分析研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律，找出解决矛盾问题的方法。本研究以可拓学的理论为指导，探索应用型本科院校中电工电子课程实践教学的绩效评价体系的建立。采用定量与定性、理论和实际相结合的研究方法，运用可拓学中的相关网、共轭对、发散树、蕴含系等可拓方法，生成绩效评价的指标体系，以此指导教学工作，提高电工电子实践课程的教学质量。电工电子实践教学质量评价是一项复杂的工程，评价指标要将看似无法评价、衡量的评价目标进行合理分解，最终形成不同层次的指标体系，做到评价具备完整性、准确性、客观性、可比性。基于可拓学理论的研究方法，笔者提炼出电工电子实践教学绩效评价的多级指标：2个一级指标，5个二级指标，16个三级指标，每个三级指标再派生出若干个与之对应的四级评价指标，如表1所示［3－6］。设计的指标体系要体现以下几点要求：1）以学生能力的提升为根本，能力的提升是教学的基本特征，也是构建电工电子实践教学评价体系的基本原则。2）以学生就业为导向，即强调以社会需求为导向，电工电子实践教学的内容和深度与社会需求相适应，以学生就业和社会需要作为指导来确定课程实践教学的评价目标。3）以过程控制作为评价的重点，从计划制订、课程体系、课程内容到教学实施，整个教学过程考核中都是电工电子实践教学的质量评价的对象，这些环节环环相扣，只有把控每个环节，才能保证电工电子实践教学质量。4）评价体系要有整体性、系统性，能够全面反映电工电子技术实践教学的总体质量。5）评价体系既要标准统一、客观公正，又要有鼓励个性化发展的相关指标［7－8］，既要有可以横向比较的统一标准，又要顾及个性发展的指标。

2指标权重系数的确定

在所设计的应用型本科院校的电工电子实践教学质量评价体系中，各级指标权重系数的确定采用了美国兰德公司发明的德尔菲法作为专家咨询。咨询流程如图1所示［9－11］。

2.1专家资格认定德尔菲法对专家的身份确定有严格的要求，根据询问的电工电子实践教学质量评价的内容特点及要求，确定有咨询专家资格的包括：全国应用型本科院校具有高级专业技术职称并从事电工电子实践教学10年以上的教师，全国应用型本科院校从事电工电子技术实践教学管理的中、高层管理人员，各种类型企业有关电工电子技术的生产和技术开发负责人，各种类型企业负责招聘有关电工电子技术工作的人事经理，工龄5年以上的企业一线优秀相关电工电子技术工程师，从事第一线生产、经营、管理工作3～5年的应用型本科院校优秀毕业生。

2.2专家咨询过程设计专家咨询过程按照结果分为n轮，在第一轮的专家咨询中，选取具有3．1中规定专家资格的咨询专家50名，要求每名咨询专家独立为各级评价指标确定系数。各级指标系数用百分数表示，由上一级派生出的各个派生指标的系数总和为100％。第一轮向每位专家发出系数表格一份，要求按照各自的经验独立填写各级指标系数。回收到各专家的填写结果后，对各专家填写确定的权重系数进行统计，统计方法采用去掉最大最小值后取平均的方法。通过计算得到初步的权重系数。第二轮的专家咨询，同样选取第一轮的50名专家，向每位专家发函，并附上上一轮所有专家的各系数分布，以及最终系数的确定算法。要求为评价体系及系数合理性打分，并提供更改意见，为下一轮系数修改提供依据。

2.3权重系数的确定重复进行第二轮专家咨询过程，直到各专家对评价系统打分的平均分趋于稳定的最高分，所对应的系数就是得到的各个指标最终的权重系数。

2.4指标及权重系数的修正根据试点执行的结果，在保持主要指标和系数稳定的前提下，每年可以允许10％以内的指标或者系数修正，修正流程参照3．2中的专家咨询流程。

3结语

量子科学应用第9篇

关键词 纳米科技;纳米地球化学;纳米矿物学;纳米矿床学

中图分类号TB383 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)31-0083-02

1 概述

纳米科学技术(nano scale science and technology)作为新兴的学科[1],在人类社会进入世纪之交的关键转变年代,在世界范围兴起,发展迅速,前景诱人,国际竞争已经开始。人类对自然世界的认识始于宏观物体,又逐渐认识到原子,分子等微观粒子,然而对纳米微粒却缺乏深入的研究[2]。原子是自然界的基本组成单元,原子的不同排列方式使自然界物种丰富多样化。1959年,著名的物理学家诺贝尔物理学奖得主查德・费曼说:“如果有一天可以按人的意志安排一个原子,将会产生怎样的奇迹。”纳米科技则使人们能够直接利用原子、分子制备出包含原子的纳米微粒,并把它作为基本构成单元,适当排列成一维的量子线,二维的量子面,三维的纳米固体。纳米材料有一般固体都不具备的优良特性,所以有着广阔的应用前景。钱学森指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。” [3]

1.1 基本概念

纳米(Nanometer)又称毫微米,是一种长度单位。1纳米等于10-9m(十亿分之一米)。上田良二教授于1984年从测试的角度给纳米微粒下了一个定义:用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米微粒[4]。纳米技术是1974年在东京由日本精密工程学会(JSPE)和国际生产工程研究学会(CIRP)联合主持的会议上由日本东京科学大学机械工程教授谷口纪男提出的[5]。纳米科技(Nanost)是一门在0.1nm~100nm范围内对物质和生命进行研究应用的科学。这是一种介观区域(宏观和微观之间的连接区域)进行开发研究的新技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到分子和原子。纳米科技涉及到物理学、数学、化学、生物学、机械学、信息科学、材料科学、微电子学等众多学科以及计算机技术,电真空技术,扫描隧道显微镜及加工技术,等离子体技术和核分析等各种技术领域,是一门综合性的新兴科学技术。

1.2 纳米科技的发展历史

纳米科技是20世纪科技领域重要突破它的发展经历了孕育萌芽阶段,探索研究阶段和应用开发阶段3个时期。

1)孕育萌芽阶段。费曼设想在原子和分子水平上操纵和控制物质。1860年,胶体化学诞生之日,对粒径约(1~100)nm的胶体粒子开始研究,但由于受研究手段限制,发展缓慢;

2)探索研究阶段。30年后,1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开,同年《纳米生物学》和《纳米科技》专业刊物相继问世。这标志着一门崭新的科学技术-纳米科学技术,在经过30年的曲折道路,终于诞生了。费曼的美妙设想成为现实了[6];

(3)应用阶段。1993年,开始进入蓬勃的发展时期,20世纪末获得许多成果,达到预期目标可能还要经历10~20年的努力。

1.3 纳米固体的基本特征

纳米固体的重要特征,决定了纳米科技具有划时代意义。这些特性有如下4个方面[6] :

1)表面与界面效应。纳米微粒尺寸小,表面积大,所以位于表面的原子比例相对增多。尺寸与表面原子数的关系见表1。当物质粒径小于10nm,将迅速增加表面原子的比例,当粒径降到1nm时,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于表面原子数增多,使得这些原子易与其它原子相结合而稳定,具有很高化学活性,表面吸附能力强,扩散系数增大,塑性和韧性都大大提高;

表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系

2)小尺寸效应。当纳米微粒的尺寸与光波的波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,电,光,磁,声,热力学等特征均会出现小尺寸效应;

3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要的意义;

4)量子尺寸效应。量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级变为离散能级的现象。而当颗粒中所含原子数随着尺寸减小而降低时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级。当能级间距大于静磁能,磁能,热能,静电能,超导态或光子能量的凝聚能时,就导致纳米微粒磁,热,声,光,电以及超导电性与宏观特征显著不同,称为“量子尺寸效应”。例如导电的金属在超细微粒时可以是绝缘的。

表面界面效应,小尺寸效应,宏观量子隧道效应和量子尺寸效应是纳米微粒与纳米固体的基本特征,它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多不同的物化性质。

2 纳米科学研究的分析手段

具有原子分辨率的扫描隧道显微镜(STM),高分辨透射电镜(HRTEM),和原子力显微镜(AFM)等手段[7-9]能直接观察出纳米固体,纳米微粒,和纳米结构特征。

1)扫描隧道显微镜(STM)

扫描隧道显微镜(STM)具有原子级的空间分辨率。主要描绘表面三维的原子结构图。主要用于导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究 ,如金属硫化物研究。

2)高分辩透射电镜(HRTEM)

高分辩透射电镜(HRTEM)空间分辨率可达0.1nm～0.2nm。主要用于各种矿物纳米级的成分,形貌,结构的综合研究。如金属硫化物,硅酸盐矿物,矿物中的出溶物以及胶体矿物研究。

3)原子力显微镜(AFM)

以扫描隧道显微镜(STM)为基础发展起来的原子力显微镜(AFM)

能探测针尖和样品之间的相互作用力,达到纳米级的空间分辨率。为了获得绝缘材料原子图像,又出现了原子力显微镜。AFM主要是用于非导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究。如硅酸盐矿物,胶体矿物等研究。在纳米材料方面主要是观察纳米材料物质等在矿物物质表面的吸附和沉积,以及天然纳米微粒形状。

3 纳米科技理论在地学上的应用

纳米科技与地学的结合形成了以下3种学科纳米地球化学,纳米矿床学和纳米矿物学。

3.1纳米地球化学

纳米地球化学就是研究地球中纳米微粒分布,分配,集中,分散,迁移规律,以及由纳米微粒的分布及组合特征反映断裂活动,探测石油,天然气,金属矿床等。纳米物质使元素具有新的地球化学活性和新的成岩成矿模式:传统观念认为,温度越高,化学活性越大,元素的迁移能力越强,反之活性就越小,越不容易迁移。为此,作为化学性质很不活泼的金,在较低温度下,理应活性很小,溶解度偏低,很难迁移成矿。事实上却与纳米金的地球化学行为相矛盾。但如果从纳米科技理论的角度考虑,就不难理解了。纳米科技理论认为,当物质的粒度达到纳米级时,由于颗粒极其细小,表面积很大,例如SiO2,其粒径从36nm减少到7nm时,其比表面积由75增加到360m2/g[10]。巨大的表面积使大量的原子处在表面,使元素的化学反应速度和扩散速度增加很多,吸附能力增强,熔点变低,物化性质发生改变。成岩成矿温度低,因而使元素具有低温活性。粒度越小,活性越大。这使纳米级的物质具有成分相同的可见颗粒所没有的特性。产生新的地球化学活性和新的成岩成矿模式。对稀有元素,活性性质不活泼的元素,分散元素和在水中溶解度极低的元素,在低温条件下成岩成矿作用有了不同的解释思路。

3.2 纳米矿床学

相同成分的纳米微粒不同的物化性特性已使地质学家对矿床学理论中有关矿质运移,富集过程有了新的认识。传统理论认为,矿物质的运移以温差,压力差或浓度差为前提条件,而对矿物质的运移和富集又限定其必须有一定的矿化剂为载体,而未意识到同种物质如果其粒度不同则其物化性质的差别非常巨大。传统成矿理论一直认为金矿的形成是由于其离子与一定络合剂结合,在一定的温度条件下迁移到一定部位,经过各种化学反应生成自然金而聚集成矿。纳米科学技术理论认为:源岩中的原子态金只要达到纳米级,其本身首先就由于极大的自扩散系数和吸附性而扩散,迁移合富集成矿。目前为止,地学界一直对砂金为何能在低温条件下甚至使常温态下能够形成“狗头金”的事实没有定论,现在看来,很有可能是纳米级的金自身扩散,迁移,吸附的结果。这种聚集成矿作用,在内生金属成矿作用过程中可能也同样起着不可低估的作用[11]。

3.3 纳米矿物学

目前,由于科技的限制,人类对矿物学的认识,往往注重宏观矿物单体,聚合体的形态及有关特性,注重微观矿物成分及原子排列的情况,而对纳米矿物微粒,纳米矿物结构缺乏深入细致的研究。在传统矿物学研究中,把矿物看成理想的晶体点阵,但在纳米矿物学中则着重研究纳米矿物微粒和矿物结构特征以及与此有关的岩石学,矿床学,构造地质学,地球化学等地质学科。

所谓的纳米矿物就是指晶体粒度细小至纳米量级的矿物颗粒。往往是以集合体形式结合一起[12]。彭同红、万朴等人运用扫描电镜发现以下几种非金属矿晶体,具有纳米尺寸的结构:

1)沸石, 其内通道直径为13nm~113nm;

2)条纹长石、月光石、日光石,其晶间距为2nm;

3)膨润土、高岭土、海泡石,其层间距离为2nm等;

4)鳞片石墨经高温膨化后形成蠕虫石墨,形成网状结构,其孔径直径为10 nm~100nm[13]。

目前,已发现的纳米矿物资源主要分布在大洋底部及陆地。例如:海洋中的“黑烟囱”和陆地上的纳米矿物有氧化物和硅酸盐等。但受限于开采技术,目前仅其中层状结构的黏土矿物并已初步进行开发利用。纳米物质的巨大的比表面积、特殊的界面效应、临界尺寸效应及高能量状态赋其不同于普通物质的特性。例如, 普通金的沸点为2 966℃,而纳米相金则在700℃~800℃条件下熔解、气化[12]。其它纳米相金属也具有此特性。因而纳米级矿物开发利用有着广阔的应用前景。

4 结论

纳米科技的研究是国际当前的研究热点,它使人类在改造自然方面进入了一个新层次,即从微米级层次深入到纳米级层次。也使地质学科学家的认识改造自然界进入一个新层次。HRTEM,STM,AFM等测试方法的在纳米矿物学中的研究运用,一些新概念、新理论、新方法随之孕育而生,使21世纪矿物学的研究将上一个新台阶,这将促进地质科学飞速发展。

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