能量量子化教学设计

能量量子化教学设计（精选9篇）

能量量子化教学设计 篇1

班

姓名

第十七章

波粒二象性

§17.1

能量量子化

【学习目标】

1．知道什么是黑体与黑体辐射。

2．了解“紫外灾难”。

3．知道什么叫能量子及其含意。

【重点和难点】

1．重点：黑体辐射的实验规律

能量量子化

2．难点：黑体辐射的理解

【新课教学】

1．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的________有关，所以叫做热辐射。

2．如果某种物体能够________入射的各种波长的电磁波而不发生________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关。

3．普朗克假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________。当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位________地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做________，ε＝________，ν是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗克常量。其值为h＝________

J·s。

4．黑体与黑体辐射

(1)热辐射

①定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。

②热辐射的特点

物体在任何温度下都会发射电磁波，热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当物体温度较低时(如室温)，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域)，不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大。

(2)黑体

①定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

②黑体辐射的特性：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。

5．黑体辐射的实验规律

(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。

(2)随着温度的升高

①各种波长的辐射强度都有增加；

②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，黑　体

一般物体

热辐射特点

辐射电磁波的强度按波长(或频率)的分布只与黑体的温度有关

辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关

吸收及反射特点

完全吸收各种入射电磁波，不反射

既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关

【课堂例题】

【例1】：黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知

（）

A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

【例2】：关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是

（）

A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε

B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍

C．能量子与电磁波的频率成正比

D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的【例3】：红光和紫光相比

（）

A．红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大

B．红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大

C．红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小

D．红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小

【例4】：光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400—700

nm、400

nm、700

nm电磁辐射的能量子的值各是多少？

【课后反馈】

1．关于对黑体的认识，下列说法正确的是

（）

A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关

C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关

D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸

收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体

2．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是

（）

A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波

B．温度越高，物体辐射的电磁波越强

C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关

D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色

3．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是

（）

A．红光

B．橙光

C．黄光

D．绿光

4．某种光的光子能量为E，这种光在某一种介质中传播时的波长为λ，则这种介质的折射率为()

A．

B．

C．

D．

5．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为

（）

A．

B．

C．

D．

6．2006诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是()

A．微波是指波长在10－3

m到10

m之间的电磁波

B．微波和声波一样都只能在介质中传播

C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射

D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说

7．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约为37

℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλm＝2.90×10－3

m·K。

(1)

老鼠发出最强的热辐射的波长为

()

A．7.8×10－5

m

B．9.4×10－6

m

C．1.16×10－4

m

D．9.7×10－8

m

(2)

老鼠发出的最强的热辐射属于

()

A．可见光波段

B．紫外波段

C．红外波段

D．X射线波段

8．二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×10－3—1.6×10－3

m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是________，“温室效应”使大气全年的平均温度升高，空气温度升高，从微观上看就是空气中分子的________。(已知普朗克常量h＝6.6×10－34

J·s，真空中的光速c＝3.0×108

m/s。结果取两位数字)

9．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2

400

J、波长λ为0.35

μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(取两位有效数字)。

10．氦—氖激光器发出波长为633

nm的激光，当激光器的输出功率为1

能量量子化教学设计 篇2

一、光电效应中的能量关系

1. 光子能量

爱因斯坦的光子说认为:光是一份一份地不连续传播的, 每一份叫做一个光子, 光子的能量跟它频率成正比, 即E=hν.

例1某激光器发光功率为P, 当激光束射到折射率为n的介质中时, 波长为λ, 光束直径为d, 由于反射, 其能量减少了10%, 那么介质中光经过的路径上单位时间单位面积中通过的光子个数为多少?

小结:围绕光的辐射模型求光子数是本章的一种典型计算题, 求解光子数问题的关键有两点:一是该光子的能量, 二是在题目强调的特定条件下的辐射光的总能量E, 则光子数 .

2. 光电子最大初动能

发生光电效应时, 电子克服金属原子核的束缚逸出时, 具有的动能大小不同.金属表面上的电子吸收光子后逸出时动能的最大值称为最大初动能, 即Ek=hν-w.

例2如图1所示, 阴极K用极限波长λ0=0.66μm的金属铯制成, 用波长λ=0.55μm的绿光照射阴极K, 调整两个极板电压, 当A板电压比阴极高出2.5V时, 光电流达到饱和, 电流表示数为0.64μA, 求:

(1) 每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能.

(2) 如果把照射阴极绿光的强度增大到原来的2倍, 每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能.

(2) 如果照射光的频率不变, 光强加倍, 根据光电效应实验规律, 阴极每秒钟发射的光电子数N=2n=8.0×1012 (个) , 光电子最大初动能与光强无关, 仍为9.5×1020J.

小结:发生光电效应时, 只有直接从金属表面直接飞出的光电子才具有最大初动能, 对于确定的金属, 逸出功是一定的, 故光电子的最大初动能只随入射光的频率的增大而增大, 而不会随同入射光的强度变化而改变.

二、能级跃迁中的能量关系

跃迁是玻尔对原子模型的三个量子化理论之一:原子从一种定态跃迁到另一种定态时, 它辐射或吸收一定频率的光子, 光子的能量由这两个定态的能量差决定, 即hν=Em-En.

例3氢原子处于基态时, 原子能量为E1=-13.6 e V, 问 (1) 一群氢原子在n=4的定态时, 可放出几种频率的光?最小频率为多少? (2) 若要使处于基态的氢原子电离, 至少要用多大频率的电磁波照射此原子?

《高分子化学》课程教学探讨 篇3

关键词： 高分子化学 教学内容 教学方法

《高分子化学》课程是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等知识的一门综合性学科[1]，并且此课程是大部分材料类专业或高分子材料专业、复合材料专业及相关专业的必修课程，因此对这门课程的掌握程度，对后续很多课程的学习有很大影响，从而教师和学生一般比较重视这门课程的教学方式及学习。而在这门课程教授中，首先教师们要分清主次，如潘祖仁先生编写的《高分子化学》材料中，自由基聚合、阴离子聚合及阳离子聚合等都是极其重要的内容，不但要重点讲解，而且要确保全部学生都能理解吸收。其次，教师们在教授过程中要掌握一定的技巧和方式，下面会详细介绍。

一、教学内容

据大多数学生反映《高分子化学》这门课程很难学习，因为这门课内容较多且比较分散，而且涉及的聚合反应类型之间关联程度不大，因此对课程重点和系统性不容易把握住。教师授课时要运用一定的技巧，如对于比较难的问题要讲透彻，不能让学生处于懵懂状态；而对于阳离子聚合、配位聚合、聚合物的化学反应等可为学生做较简单介绍，将节省下来的时间为学生讲解难点和重点；而为了使学生更好地掌握本门课程的精髓，教师授课时要避免将教材内容“填鸭式”灌输给学生，应有针对性、侧重地讲解，少讲精讲，主要讲解以下内容：

1.高分子的概述。

对于一门课程的学习首先要了解此课程的基本概念，在《高分子化学》这门课程开始进入正式内容教授前，向学生介绍高分子的概述是很必要的事。为了让学生更好地了解自己即将学习的课程，需要介绍高分子的基本概念、高分子的发展历史、高分子的现状及分类和代表产品，通过介绍使学生对高分子有详细认知，并调动他们学习高分子的热情，积极认真地探索和学习相关知识，为以后投身于高分子行业打下牢固的基础。

2.聚合反应。

《高分子化学》这门课程涉及的聚合反应众多，如自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等，而对于这些聚合反应的教授可按照以下三步来。

首先，需要对各种聚合方法的基本概念和聚合机理进行详细介绍，使学生对各种聚合反应有个大致了解，聚合机理要重点讲解及掌握，如自由基聚合为用自由基引发，使链增长（链生长）自由基不断增长的聚合反应。

其次，对各个聚合反应中涉及的基元反应进行讲解及特点概括，如自由基聚合的基元反应的特点是：慢引发、快增长、速终止、可转移。这些特点的概括使学生对各个聚合反应更好地记忆。

最后，介绍各个聚合反应具有的微观动力学方程，以自由基聚合为例[2]。

每个聚合反应均按照这三步讲授，使学生学起来条理明晰，不至于晕头转向。

二、教学方法

学生对课程的掌握程度与自己的学习态度有关，与老师的教学方法也有关。下面介绍一些教学方法及教学方面的建议：

1.多媒体和板书结合教学。

近年来多媒体教学已成为教学的一种重要方式，为教学带来了很大方便，如生动展示各种反应模型，特别是一些三维立体模型[3]。然而据统计，大部分学生不喜欢多媒体教学，以为老师使用制作好的PPT进行讲解时，节奏很快，对那些没有提前预习的学生来说，很难跟上老师的节奏。另一方面多媒体教学使老师与学生间缺乏交流，从而教学质量下降。最后PPT设计不合理，照搬课本上的文字，缺乏趣味。因此老师在授课过程中应该进行适量的板书教学，如讲授聚合机理时，利用板书教学，能清楚地描绘出反应过程、电子转移过程、化学键的破坏及产生过程，学生比较容易接受。

2.突出重点。

如上所述，教师授课时要有针对性、侧重点讲解，少讲精讲，这样不但学生的学习压力降低，而且老师可以利用节省下来的时间为学生介绍一些相关课外知识，开阔其眼界。

3.理论联系实际，知识与实践统一。

为了使学生更好地掌握这门课程，老师授课的同时应该开设相应实验课，将理论在实践中运用，并且在实践中更好地掌握理论。我校在确立高分子化学作为高分子材料专业主干课程的同时配套了高分子化学实验、高分子生产实习及高分子科学实践等教学环节。

三、结论

随着科技发展及对高分子的研究越来越深入，使得其科技含量越来越高，并且越来越广泛地运用于各个领域，为高分子专业学生提供了良好的机会。学生应该积极学习高分子及相关知识，为以后就业及工作打下基础。教师应积极改进教学方法，寻找比较合适学生的方法，通过教学研究，不仅学生受益，而且教师本人的学术水平、教学水平得到提高，何乐而不为呢？

参考文献：

[1]陈雪萍，李伯耿.高分子通报，2008（6）：60-63.

[2]潘祖仁.高分子化学（第四版）.北京：化学工业出版社，2007，序.

量子力学模块化教学 篇4

在教学中我们发现，除了量子力学基本分析方法之外，是一些基本理论模型，如一维无限深势阱、势垒贯穿理论等对于核工程类专业学生后续学科的理论学习有很好的指导作用，在教学中我们加深对这些方面的讲解，力图通过本课程为学生以后的学习打下坚实基础。

量子力学是一门基础理论。

如何使其更好的为核类学生服务是我们一直关注的问题，在教学实践的基础上结合量子力学理论体系结构的特点，我们提出模块化改革教学的理论，以解决各专业对量子力学学习要求的不一致，将量子力学分为波函数及薛定谔方程模块、量子力学量模块、表象变换模块、微扰论及粒子自旋模块、散射理论模块等五个模块。

对不同的核类专业，教学内容有不同的模块结构和相应的课时分配计划。

对于核物理专业，其对量子力学理论知识要求较高，在教学实践工作中必须强调课程知识体系的全面性和深入性，加大对理论基础的讲解力度，让其掌握利用量子力学理论去分析和解决常见的微观现象。

我们较系统地讲解这五大模块，引导学生利用已学量子力学知识去解决一些核物理问题。

对于核类其他专业，如核工程与核技术、核科学与核技术、核反应堆工程等专业，其对量子力学基础知识要求较低，在教学过程中保证教学内容的连续性和体系的完整性的同时，选择其中的波函数及薛定谔方程模块、量子力学量模块和微扰论模块重点来讲解，表象及表象变换略去不讲，对于散射模块，也只做简单的介绍。

3 结束语

在日常教学中，我们运用模块化的思想，给核类专业的学生讲授量子力学，取到了良好的成绩。

我们注重总结并收集反馈意见，研究调整模块结构及其课时分配计划，在模块化教学的框架下适当修改完善，已取得一定成效。

参考文献：

[1]周世勋.量子力学教程(第二版)[M].北京：高等教育出版社，.

[2]褚圣麟.原子物理学[M].北京：高等教育出版社，.

本科生量子力学教学改革 篇5

本文从现阶段研究生授课模式存在的问题出发，探讨了高校研究生高等量子力学教学的必要性，在教学过程中引入研究性教学模式，提高教学质量，使学生在掌握量子力学基本原理的基础上，综合素质能力、科研创新能力得到极大的提高。

关键词 量子力学 教学改革 创新能力 研究性教学

Abstract Postgraduate both the learning process to deepen the knowledge of the process is scientific ability， knowledge of scientific basis. From Graduate Teaching Mode existing problems， discusses the necessity of quantum mechanics graduate students in higher education， research teaching model introduced in the teaching process， improve the quality of teaching so that students master the basic principles of quantum mechanics， based on general ability， innovation ability has been greatly improved.

Key words Quantum Mechanics; teaching reform; innovative ability; research teaching

自上个世纪80年初期恢复研究生教育，我国的研究生教育进入了蓬勃发展的时期。

①随着我国高等教育的发展，研究生教育规模的也迅速扩大，研究生教育质量已成为一个全社会关注的焦点问题。

我国研究生的素质关系到国家的未来发展，研究生教育是为国家培养现代化建设、发展科技培养高水平、高层次人才;研究生教育是我国站上世界知识经济高点的重要支持;同时也是高校实现由教学型向研究型转变的重要基础。

研究生教育不同于本科生教育，研究生教育不仅包含课程教学，同时包含了社会实践、学位论文等诸多环节。

②然而作为科研能力、自主创新能力发展的基础――课程教学不仅要传授知识，更重要的是要指导研究生思考，是提高研究生培养质量的根本。

研究生教学质量是整个研究生教育的一个重要部分，如何合理利用现有教学资源条件，使得研究生教学质量能够稳步提高，则成为研究生管理的首要解决问题之一。

自上个世纪80年代以来，高等教育改革逐渐兴起，其主要目标就是培养创新型人才，教育界越来越多地关注教学方法创新研究。

首先，研究性教学，是一种能有效引导学生主动探究、培养学生创新能力的教学方式，引起全世界各地的教育及其相关部门的关注。

目前，教育部实施研究生科研创新项目研究计划， 现在全国已有100多所大学参加这项计划。

其次，在过去的几十年中，国内外在总结以前高等教育成果与不足的基础上，以培养创新型人才为教育主要目标，对原有的传统高等教育模式进行了改革。

自从20世纪50年代美国施瓦布教授首先提出学生的学习过程和科学家的研究过程是一致的以来，研究性学习引起了人们的广泛关注，提出了各种相关的理论。

③④⑤ 然而，现在国内的高校课堂教学大部分都是基于传统教学模式：教师教学――课堂讲授为主的教学模式。

而研究性学习，则主要是以研究问题为基础、由学生主动提出问题、并设计解决方案、解决问题，并在这一过程中获得知识、培养相应的能力，基于此中方式来展开教学与研究的教学模式在国内现有的教学理念与教学资源条件下，应用并不广泛。

尤其是在相对较为抽象难懂的理工类课程如量子力学课程教学中应用更是甚少。

⑥研究生教育主要是培养学生的科研能力与素养，首先要在“研究”的培养上下功夫，而研究生课程教学正好提供了这一平台。

在本文中主要以高等量子力学课程教学为主要研究内容，探讨如何进行课堂教学改革。

自1978年国内恢复研究生招生制度以来，高等量子力学就被列为物理系各专业研究生必修的学位课程之一，同时高等量子力学也是报考博士研究生的考试科目之一，在原来本科阶段“量子力学”的基础上进行深化和拓展，主要是提供学生在后学研究工作中要用的一些知识和方法。

量子理论已经成为解决物理学、生命科学、信息科学和材料科学等理论问题的关键。

量子力学作为一门微观物理课程，与经典物理学相比，有一个很明显的差异：其中很多理论很难与日常生活和经验对应，涉及的理论、概念非常抽象，同时涉及非常多的数学知识，如(线性代数、Hilbert 空间、群论、数学物理方法和复变函数等)，内容繁多，知识结构广泛，使得学生理解起来有非常大的困难，同时容易诱使学生陷入复杂繁琐的计算，而失去对量子力学学习的兴趣。

目前，从我校物理系硕士研究生的实际情况来看，学生的量子力学知识水平参差不齐，有的学生以前没有学习过量子力学，有的学生学量子力学学时非常短，同时每个研究方向对量子力学的需求也不尽相同。

因此，量子力学成为教师公认难教的课程、学生公认难学的课程。

高等量子力学的教学效果将直接影响学生以后的科学研究创新能力与论文水平。

为了培养研究生日后的科研能力，我们主要从教学内容和教学方法上进行了改革探讨。

在教学内容上，结合本校教学时限(48学时)和本校学生的特点、学生的研究方向，主要目标是将量子力学的知识应用到其它领域，避免冗长的理论计算，激发学生的创新热情。

重点学习量子力学的形式理论、微扰理论、对称性和守恒定律、量子散射理论等。

能量量子化教学设计 篇6

摘要：电子科学与技术是光电信息产业的支柱和基础，量子力学作为电子科学与技术专业最重要的必修课，其体现出的研究和对待新事物的思想和方法，对培养学生的探索精神和创新意识具有十分重要的启迪作用。论文围绕“科研融入教学、教学提升科研”的理念，提出拓展和更新量子力学理论课的教学内容，科研是充实教学内容、提高教学质量的源泉。同时，教师在提升教学效果的同时需要不断充实提升自己的科研水平，形成科研教学双促进，从而推动人才的培养和教学水平的提高。

关键词：电子科学与技术；量子力学；理论教学；科研实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0229-02

现代信息技术即将步入光子学新阶段，光子作为信息和能量的载体，迅速推动建立了一个前所未有的现代光电子交叉学科和信息产业。电子科学与技术是光电信息产业的支柱和基础，是多学科相互渗透而形成的交叉学科。量子力学在近代物理中的地位如此之重，但在实际教学中学生普遍感到量子力学理论性太强，公式众多，逻辑推理严密，太过抽象，难以理解，特别是跟实际生活联系不紧密，从而导致缺乏学习兴趣。作者在多年量子力学专业课程教学过程中，总结教学心得，提出了“科研与教学互进互促”的教学理念，建立了教学内容与科研课题相结合的量子力学专业课程教学模式。

一、介绍量子力学理论在现代科学技术中的实际应用，调动学生学习量子力学的热情

兴趣是学习一切知识的源动力，在绪论讲述中通过大量多媒体资源向学生们展示现代科技革命与量子力学息息相关，量子力学渗透到现代科技的方方面面，从电脑、手机到航天、核能，从科幻电影到工业4.0，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。同时针对学生们的喜好，科普《星际穿越》、《生活大爆炸》、《源代码》等热门影视中黑洞、虫洞、平行宇宙等量子物理的基本思想，以激发学生对量子论的求知欲，并向他们介绍一些关于量子力学的科普书籍，如曹天元的《上帝执骰子吗――量子力学史话》、霍金的《大设计》以及罗杰的《神奇的粒子世界》，并引用《上帝执骰子吗》中优美的开场向学生引出量子力学这一神秘和优美的故事，用生动有趣的方式讲述量子力学的发展史话，穿插每一个具有革命性大事记形成和建立的历史背景，相关科学家的简史和名人逸事，如德布罗意如何从一个纨绔子弟成长为诺贝尔奖获得者；牛顿和胡克还有其他科学家之间关于理论归属问题的争执；一个早期不受大家认可的爱因斯坦；二战期间参与研制原子弹，二战结束后大力促进核能和平利用的“哥本哈根学派”代表人物玻尔；以严谨、博学而著称，同时又以尖刻和爱挑刺而闻名的天才少年泡利；在建筑领域同样杰出的胡尔；爱打赌的霍金；等等。这些偶像级的人物在物理发展中就像一个个明星，你方唱罢我登场，一起连接起物理发展的恢弘历史，循序渐进地消除学生对量子力学的恐惧感，并且对于培养他们的科研品质有很大启迪。

量子理论的出现彻底地改变了世界的科技面貌，引发了许多的技术革命。用多媒体将最新的科技知识和高新技术全面融入到教学课程中，可以形象直观地表述量子力学与科学前沿的紧密联系，扩充学生们的知识和视野。如讲述电子自旋有两个取向这部分内容时，正好与计算机存储中二进制0和1相对应，这也正是量子计算机的基本原理，并展开介绍量子信息、量子通讯、量子计算机的基础理论均是遵从量子力学变量的分立特性叠加原理和量子相干原理。机械硬盘的原理是巨磁电阻效应，其本质是电子自旋相交的量子现象，医院里最先进的诊断技术――核磁共振，就是核自旋效应的典型应用。CPU逻辑单元CMOS中的核心部件――场效应晶体管，是量子力学在固体中的应用；集成电路生产用到的光刻机――其光源激光，航天领域对于GPS的系统误差校准以及尤其重要的卫星钟，也是量子力学的应用。没有量子力学，就没有以半导体占主导地位的现代化工业。让学生们切身感受到量子力学已经渗透到我们生活的方方面面，其影响巨大是以往所不能想象的。

二、根据电子科学与技术专业，优化教学内容和方法

教师在教学过程中，一方面给学生讲授了教材上的基本内容，另一方面通过PPT和视频的方式将国内外研究动态和研究成果固化到教学中来，以保证教学内容总是站在专业学科前沿。通过这种融入方式，形成理论水平高、实用性强、特色鲜明的课堂教学，理论联系实际，扩大学生的知识面，从而提高学生的学习兴趣和主动性。例如讲述微观粒子波动性中波长公式λ=h/时，通过比较电子和经典粒子的波长，说明为什么在日常生活中难以观测到粒子的波动性，并拓展引入透射电子显微镜的工作原理，当加速电压达到200kV时，电子的波长达到在0.1纳米量级，和原子的大小相比，由于透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，通过分析电子束的成像可以得到颗粒形貌、大小、位错、缺陷、成分和相组成等微观特性，进而介绍电子显微镜的结构、成像原理及电子衍射原理，加深学生对微观粒子波粒二象性的理解和掌握。同时，还鼓励学生自己动手制作相关动画，提升他们的动手能力和参与性，并通过保龄球视频类比描述双缝衍射实验，形象直观。

讲述一维薛定谔方程求解例题――一维势垒贯穿时，引入隧穿效应概念，并且引用一张经典的狮子“穿墙”追到墙对面高枕无忧人的配图，这在经典物理中完全不可能想象，形象的例子可以更好地理解量子遂穿效应，并且强调了量子论与经典物理的不同之处，进而向学生介绍隧穿效应在现代科学技术中的实际应用――扫描隧道显微镜，用视频和多媒体向学生们展示扫描隧道显微镜的工作原理及分辨率的影响因素，并与课本上遂穿透射系数公式相互验证，并给大家介绍用扫描隧道显微镜的最新研究进展以及自己科研工作中的相关实验结果。

通过让学生们接触这些仪器的工作原理，等同于提前接触了科研工作，对研究工作有了切身体会和形象了解，同时对课程的理论知识有了现实认识。教学中不断渗透专业前沿科学知识，不仅可以使量子力学富有生命力和时代感，而且培养了学生的科学素质，让学习目标更明确，这些都对学生今后的工作和考研打下了一定的实践基础。另一方面，活跃课堂教学气氛和建立讨论环节在教学中是十分必要的。课堂教学一定不能让教师唱独角戏，要充分引导和鼓励学生提出问题、分析问题和解决问题，这样有助于激发学生的思维能力，形成新的思维方式。同时要让学生占主导地位，将学习的决定权从教师转移给学生，可以鼓励学生分享量子力学理论在现代技术中的应用实例，通过查阅资料，动手制作多媒体的过程，充分发挥学生的学习自主能动性，以及增强学生探索性学习的能力和搜集信息的能力。

三、科研融入教学，教学提升科研

在课堂上，要想真正提高学生的学习积极性，加深对量子力学理论的认识，教师只讲授课本上的知识体系是远远不够的，特别是新知识日新月异，这些均需要授课教师不断吸取养分和了解本专业的前沿科学动态和研究进展，不断加强自身的科研水平，让教学和科研相辅相成，相互促进。

围绕“科研融入教学、教学提升科研”的理念，拓展和更新量子力学理论课的教学内容，在实施过程中，紧跟学科前沿发展，将自身的科研经历和成果，以及量子力学理论相关的学科前沿实例灵活融入教学内容的各个环节，形成水平高、前沿性强、内容丰富的课堂教学内容，这将会大大提高学生的学习兴趣。比如讲述海森伯测不准关系Δx・Δp≥？捩/2时，引入衍射极限这一物理问题，衍射极限本质上来源于量子力学中的测不准关系限制，是量子特性的一种宏观体现。

由于衍射极限限制了器件最小特征尺寸和加工分辨率，必须突破光学衍射极限才能进一步发展纳米光学和光子学，表面等离子体激元是目前解决这一瓶颈的唯一方案。进而系统地介绍表面等离子激元的基本原理，及其在光探测器、传感器、发光二极管及太阳能电池方面的应用。讲述电子自旋这一章节时，向同学们介绍材料界的新宠――电阻率超低、电子迁移速度极快，可以有效传导电子自旋的石墨烯，该材料卓越的性能令科学界普遍期待它能引领新一轮的电子元器件革命。引入科技巨头IBM公司制作的《一个男孩和他的原子》的微电影视频形象讲述自旋电子施法大数据存储，电子自旋的自由度得以被操控。当自旋电子学施展“魔法”，存储介质的体积将变得越来越小，而存储的容量却越来越大，甚至无限延展，真正一粒沙中存储一个世界。这种通过实实在在的研究案例让学生们清楚研究方法，加深对新知识点的理解，让枯燥的公式转换成形象的材料和器件，教学效果生动而富有启发性。

科研是充实教学内容、提高教学质量的源泉，同时也是培养创新性人才的必然需求。同时，教师在提升教学效果的同时，需要不断充实提升自己的科研水平，形成科研教学双促进，从而推动创新人才的培养和教学水平的提高。

参考文献：

能量量子化教学设计 篇7

关键词:有机高分子化学 教学改革 探究

中图分类号:O63-4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0162-02

尽管天然的或人工合成的有机高分子物质广泛存在于我们的日常生活中,如橡胶、塑料、化学纤维等,但要使学生从微观角度来认识高分子物质的形成与结构特性却有一定难度,而且其结构复杂、体系庞大、数量多,反应类型也多,记忆量大,使得一些学生在学习有机高分子化学时,积极性不高,兴趣不大。如何最大限度的提高学生们的学习热情和提高教学质量,是我们不断探究的难题。如果继续沿用传统的有机高子化学教学体系,很难适应21世纪新型人才培养的要求。所以,有机高分子化学课堂教学改革势在必行。本文从有机高分子化学内容的特点出发,以发展的观点分析有机高分子化学的概念,注重理论和实践的有机结合,帮助学生培养学习兴趣,不断优化有机高分子化学的教学方法和教学手段,不断激发学生学习有机高分子化学的激情,逐步提高解决实际问题的能力,切实提高教学质量和教学水平。

1 激情的开发和探索

教学是教与学,只有充分调动教学双方的激情,教学目的才能得以实现,教学效果才能显著提高。

1.1 培养有教学激情的教师

教师既是课堂教学的导演,也是演员之一。著名特级教师于漪说:“要把学生培育成人,须着力点燃学生心灵的火花,而要点燃学生心灵的火花,教师自己必须是一个火把,必须心中布满了炽热的阳光”。在课堂教学中,教师的人格魅力和富有激情的讲解,对学生的情绪感染与学习积极性的调动是任何先进手段所不能替代的。教学激情是教师在教学过程中受一定教学情境的激发,为了追求教学自由和实现教学理想而产生的昂扬亢奋的情绪状态,是教师热爱教学的情感与智慧完美结合后所呈现的一种教学艺术现象。激情根源于兴趣、深沉真挚的爱、强烈的责任感和好胜心,这是激情永不枯竭的源泉。教师讲课时,如能用一种精神百倍的状态、真挚的情感,通过不同的交流方式,把教学中的各个环节紧密有效地结合起来,完成教学的目标,就会使学生的智慧得到启迪,潜能得以挖掘[1]。

1.2 培养有学习激情的学生

任何课程的教育的最终目的都是使受教育者获得知识,并能够运用所学知识创造性地解决问题,创造社会财富。要实现此目的,最重要的是受教育者必须有学习激情,没有学习激情就不可能主动自觉地进行创造活动。在有机高分子化学教学中,除了应当注重其严谨性,同时还要把握教材内容和学生的心理特点,将化学史事适时融入教学中。用生动的事例强化情感教育,这样既可以提高学生的学习激情,又可以拓宽学生学习本部分知识的思路。在讲解蛋白质以前,为了避免枯燥无味,可以先向学生介绍蛋白质能美容的知识,如市场上出售的大宝SOD蜜中的SOD即超氧化物歧化酶,是一种源于生命体的活性物质,能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质,而超氧化物歧化酶就是一种特殊的蛋白质。待学生产生好奇心,有了学习激情后再讲解蛋白质的结构,变性作用的原因及引起变性作用的因素等。这些趣味性知识的简单介绍既可使学生体会到有机高分子化学无处不在,无所不用,又可以进一步激发学生投身于化学教育事业的热情和积极性。所以培养学生的学习激情是教育目的得以实现的有力保证,是培养学生解决生活中与化学有关的实际问题能力的精髓所在。

2 教学手段的改革

2.1 多媒体的合理使用

有机高分子化学理论性强,其中聚合反应机理是高分子化学课程的核心内容,涉及到大量的微观反应历程,这些内容十分抽象,难于理解。使用多媒体可以将枯燥乏味的理论知识直观和形象化,使学生更容易理解所学内容,同时加大信息量,减少板书量,在有限的时间内讲授更多的知识,能够充分调动学生的学习积极性和发挥学生的学习自主性及个性。在教学中,按照教学内容、教学情况灵活制作教学课件,可以对一些抽象难理解的教学内容进行直观处理或实物化,使学生能够加深理解,但多媒体课件制作时不能局限于PowerPoint幻灯片一种形式,应利用各种化学软件、网络资源和视频,生动展示各种反应模型,特别是一些三维立体模型[2],例如,对一些有机高分子材料的合成机理、合成设备和相关的用途制作成生动的图像或动画,数字和文字就会形象化,使课堂讲授更加生动直观。另外,有机高分子化学课堂教学是远离实践场地进行的,如果通过对某工厂的生产过程进行现场录像,制作成高分子材料课程的多媒体课件,在课堂上播放,就会让学生有亲临现场的感觉,这有助于他们加深知识的理解和应用。但值得注意的是:多媒体只是一种教学手段,只能作为教师的助手,大多数高分子化学基础知识还是以教师讲解、分析为宜,粉笔和黑板仍然是教师的主要教学工具。作为教师应当将多媒体技术与传统的教学手段完美结合,使他们相得益彰,从而发挥各自应有的价值。

2.2 互联网的合理利用

大学的任课教师与所教学生接触时间较少,一般教师上课结束后便离开教室,直到下一次上课才与学生再见面,其间很少有相互交流的机会。课后学生对于一些关键、难点问题自己不能理解或解决时,可能会影响他们的学习激情、兴趣甚至信心,特别相对于较难的有机高分子化学而言更是如此。所以教师如能在课下和他们做进一步的交流,对促进学生的学习积极性和提高教学效果是有极大帮助的。课后交流的有力辅助工具就是师生之间网络平台的搭建,网络已是现代人们生活中必不可少的了,教师可以通过各种网络工具的作用,达到师生互动的教学辅助模式,提高学生的自主学习能力及教学效率。通过在线交流、电子信箱和个人空间等网络板块,教师可以上传电子课件、课程相关文献资料等,学生可以下载课件资料、上交作业、提出问题等,这些有效地课外交流形式,既达到师生及学生之间相互交流和互动的学习目的,又可以调动学生学习的主动性与创造性[3]。

3 教学方法的改革

教学方法是教师为完成教学任务而采取的工作方法。它是教学过程中教师和学生活动的结合。采用适当有效的教学法不但可以切实提高教学质量,还可以培养学生积极主动解决问题的能力。

3.1 学生要“有备”而来

有机高分子化学这部分知识以无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等四大化学为基础,其知识点涉及到无机化学、有机化学、物理化学及数学,内容广博、知识点丰富,在讲授新知识之前,教师尽可能让同学将已学知识引伸到要学的新知识上来,把要学的新知识和已学过的旧知识串联起来,就使学习变得容易又轻松。这就要求学生要“有备”而来,即每一节课上课之前,学生都要进行认真预习,对已学过的知识要做到再现,教师以提问的方式就可以检验学生的预习情况,继而掌握学生现有知识基础的真实情况,再采用灵活恰当的教学方法实现知识的迁移,引导学生过渡到要学的新知识上,找出它们积极联系生产实践,激发学习兴趣,提高教学效率[4]。例如:在讲高分子化合物时,我们讲小分子与高分子的区别,就可以提问学生小分子的结构特征,如小分子的纯度、物性及分离等,在讲解高分子的概念后,对照小分子的性质,先判断高分子的性能,然后再纠正学生判断错误的原因,在这个过程中,学生对高分子的概念及性能就有了清晰的理解。

3.2 教师要与“前沿”接轨

教学过程中我们使用教材是基本不变的,教学内容也是固定的,但有机高分子发展迅速,研究内容是不断变化的。在课堂教学中,教师要利用各种媒介,查阅相关资料,掌握有机高分子化学研究前沿的概况,及时将教材中没有的却属于当前有机高分子前沿研究的热点内容,经常结合讲授的内容将国内外高分子工业的发展、科研的概况、新型高分子材料的研制及应用介绍给学生[5],这不仅扩大了学生的知识面,而且会提高学生学习的兴趣和积极性。例如:在讲授聚合反应时,介绍乙醛是一种活泼的有机物,在存储、罐装过程中会发生聚合反应,聚合反应是快速的放热反应,处理不当,会造成爆炸、中毒、冻伤等重大恶性事故。2002年,某石化公司发生一起乙醛聚合物引起火灾、爆炸的事故,虽未引起重大恶性事故,但给我们敲响了警钟。在讲授活性聚合时,介绍超临界CO2由于其所具有的独特性质,如无毒、不易燃、独特的溶解性、易改变的黏度、较低的粘度和较高的扩散性等,使其在聚合反应中成为传统有机溶剂的理想替代品;在讲授阴离子活性聚合时,介绍“自由基活性聚合”研究进展;在讲授“逐步聚合”时,介绍白色污染和可生物降解高分子的研究进展等。这样简单介绍后,在知识上学生感到收获较大,课堂气氛得到活跃[6],同时在思想上培养了学生热爱祖国、热爱科学、奋发向上、积极进取的精神。

3.3 给学生留有“自主”空间

科学教学的最好方法就是引导学生自己去发现、主动去探索,课堂教学就会化被动为主动,学习就会成为学生的一种内驱动力。教师在讲解教学内容的同时,要给学生留有“自主”空间,引导学生要勇于质疑,告诉他们:没有疑问的学生不是好学生。学生要学会质疑,教师就要给予解疑,在解疑的过程中,学生会积极的调动各种因素全身心的参与到过程中去,在这种锻炼过程中不断积累解决问题的经验和方法,最终提高能力。当学生由一个质疑者、探索者最终成为一个发现者和创造者时,其内心的愿望得到满足,会进发出更大的学习热情,从而产生持久的学习动力。教师在布置课后作业时,不是简单的留几道课后习题,而是针对重要的知识点设计出系列问题,给学生留有“自主”空间,要求学生课后调研,通过一种高分子材料的专题调研,培养学生的文獻阅读、思考、综合能力,自觉地接触材料科学前沿,扩大信息量,通过学习研究的过程促进学生们的专业学习和开阔视野。此外还要恰当地布置自学内容,要求学生通过自学,将书本上的内容研摩至懂,再经过归纳总结,写出读后感,使他们对所学的知识牢固掌握。这些方法的优化使用,会使学生自主学习、合作学习和探究学习的能力得到提高。

4 课堂教学与实验、实践相结合

有机高分子教学的目的是在思想上培养学生热爱祖国、热爱科学、奋发向上、积极进取的精神,在专业上培养学生牢固地掌握高分子化学的基础知识,学会分析问题的思路和方法,提高解决问题的能力。此目的的实现与实验教学和亲历实践是密不可分的。

4.1 课堂教学与实验相结合

有机高分子化学是一门以实验为基础的学科,为了使学生能够更好地掌握高分子化学课程,学生不仅要学好书本知识,还要亲自动手做一些实验,这不仅可以加深学生对所学知识的理解,还可以培养学生的动手能力,提高学生的实验技能。但学生所做实验教师要进行认真合理的优化整合,才能起到预期目的。例如:在讲授课程的聚合机理时,既要注重聚合类型和方法的全面性,又考虑到实用性和趣味性,就可增加酚醛树脂的合成实验,学生通过查资料,了解各种类型酚醛树脂的用途以及用法,并调节醛与苯酚的不同摩尔比,会得到了不同结构的酚醛树脂这样,既提高了学生的认知能力又激发了学生学习的兴趣。

4.2 课堂教学与实践相结合

自古以来,人类就与高分子的生产实践密切相关。纤维造纸、皮革鞣制、油漆应用等是天然高分子早期的化学加工。现代高分子化学理论研究有很多就源自高分子材料的生产实践,而从一个学科的发展来看,其最终目标就是指导生产实践、为人类设计出性能优越的材料,为人类造福。在进行高分子化学教学的同时,我们应注意积极联系生产实践,使学生在理论学习的同时能真实地了解到高分子材料与国计民生息息相关、了解高分子材料生产的部分细节。现代的有机高分子化学则是建立在以石油化工等基础上的合成化学,包括单体的设计与提纯、聚合物的设计、聚合反应历程的设计与检测等各方面。如可以在适当的时候联系去一些单体生产厂家、石化企业、聚合物改性生产厂家等单位,让学生进入生产车间对生产过程实地考察,从而激发学生对高分子化学理论的学习兴趣、培养培养学生热爱祖国、热爱科学、奋发向上、积极进取的精神[7]。使学生的学习从理性到感性、从理论到实践进行多方位的理解和贯通,达到了理论教学与科技实践的结合,提高了学生的整体素质。

总之,在有机高分子化学的教学中,要提高教学质量,教学改革势在必行。教师深入研究与探索,总结经验,探索培养具有创新意识和创造能力的应用型人才,努力提高课堂教学质量提高教学效果。

参考文献

[1] 许一婷,戴李宗.关于《高分子化学》课程教学的几点思考[J].广东化工,2008 (8):165～167.

[2] 李丽.多媒体在高分子教学中的应用[J].高分子通报,2006(2):64～69．

[3] 刘国勤,黄芳,刘天娥.《高分子材料》课程改革探讨[J].河南科技,2008(2):6～26.

[4] 王家喜.高分子化学教学改革初探[J].化学试剂,2009(4):307～309.

[5] 宗惠娟,潘才元,徐文英.“高分子化学”教学中的几点体会[J].高分子通报,1990(1):51～52.

[6] 邹汉涛,刘晓洪,黄年华,等.《高分子化学》教学方法的探讨[J].武汉科技学院学报,2009(3):58～60.

能量量子化教学设计 篇8

介观RLC电路的量子化及其在有限温度下的量子效应

利用正则化变换,给出了介观RLC电路体系的量子化方案.借助数值计算的方法,研究了体系热真空态的Wigner函数随温度变化的`规律,同时借助量子算符及其Weyl-Wigner对应研究了体系中电荷及自感磁通量在热真空态下的量子效应.结果表明,低温下热真空态的Wigner函数为一稳定的波包,随温度升高,波包逐渐扩散;体系中电荷及自感磁通量在热真空态下的的量子涨落除与电路参数相关外,还与温度及时间密切相关.

作 者：梁宝龙 李艳玲 孟祥国 王继锁 LIANG Bao-long LI Yan-ling MENG Xiang-guo WANG Ji-suo 作者单位：聊城大学物理科学与信息工程学院,山东,聊城,252059刊 名：量子电子学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS年，卷(期)：24(3)分类号：O431.2关键词：量子光学 介观RLC电路 Weyl-Wigner对应 量子涨落 Wigner函数

电能和能量教学设计 篇9

1、科学概念：

能量有电、热、声、光等多种形式，能量还储存在食物、燃料中。

电能可以转化成其他的形式的能量，其他不同形式的能量间也能转化。

2、过程与方法：

通过观察、小实验和阅读资料，研讨认识能量和能量转化。

分析常见能量转化的例子。

3、情感、态度、价值观：

产生研究能量的兴趣。

教学重点：

1、能量以不同的形式存在。

2、不同形式的能量是可以转化的。

教学难点：

分析能量转化

教学准备

1.学生准备：铁丝、提示学生课前搜集有关能量及能量转化的资料及事例，并对搜集到的资料进行整理、分类。

2.教师准备：课件、表格

教学活动过程

(一)导入

1、为什么打开开关就能让电脑运行起来呢?

2、电使电脑运行了,我们把通电后能工作的机器统称为“用电器”同学们的家里肯定有很多“用电器”吧?各种不同的用电器输入电后可以为我们做什么事呢?

3、生交流

4、出示各种电器的图片(电视机、电饭煲、洗衣机、空调、电熨斗、微波炉、电脑等)课件演示：

5、师小结：用电器有了电才可以工作，电的本领真是太大了，我们把电具有的这种能量叫做电能。今天我们就来探讨《电能和能量》

(二)电能和其他能量

1.电能是一种能量，除电能外，你还知道哪些能量吗?

2、学生说说知道的各种能量。

出示各种相关图片，这些不同的能量分别可以做什么工作?你能选择其中的一个举例说明一下吗?

3、不同的能量可以做各种的工作了，那我们人体也要工作、运动，我们的能量又来自于哪里呢?

4、出示人体运动的图片。食物里面储存着能量。

5、同学们让我们再来看左边这幅图，出示加油机图，哪里看到过这种机器?(加油站)它的任务是什么?

6、(出示煤炭图)汽油具有能量，那么煤炭呢?它可以做些什么工作呢?生交流

7、师小结：像煤炭、汽油这些物体通过燃烧发生化学变化，能让车子开动，能把水烧开，这种能量也称化学能。

(三)电能的转化

1、电能与其他能量之间有联系吗?电能-------转化成其他能?让我们以“电灯”为例来讨论一下吧。

2、师：电灯输入电能，输出时将其转化成了什么呢?

3、那么电输入到其他用电器的身体后，电能又能转化成什么能呢?请四人小组边交流边完成课本中的家用电器调查表(要求每个同学写出2个)

4、学生交流、填写。

5、交流调查表。师生共同补充。

课件出示：那么我们家庭以外的设备上的能量又是怎么转变的呢?

看课件(生日卡、电车、电影、电动门)

6、师小结：刚才我们通过讨论发现电能可以转化成其他能量。

7、经过用电器之后，电能可以被转变为风能、热能、光能……等等，这说明“用电器”其实就是“电能转化器”。

四、其他能量间的相互转换

1、电能可以转化成其他形式的能量，那么其他能量之间可以相互转化吗?让我们先用实验体验一下吧?

1、先用两手互相摩擦，有什么感觉?想一想：这是能转化为()能。

2、反复弯折铁丝，摸一摸，没有什么感觉?

3、师小结：这个实验将机械能转化成了热能。

4、你还能举出能量之间相互转换的例子吗?

6、学生交流

7、小结：原来不但电能能转化为其他形式的能量，其他形式的能量间也能相互转换。现在让我们轻松一下，来做个闯关游戏吧。

五：智慧大闯关

1、第一关：课件出示P62的两幅图，逐一讨论：你知道这幅图中的能量是怎么转换的吗?学生交流。第一幅交流完后：课件点击出示：化学能转化为光能和热能。

第二、三幅交流完后：课件点击出示：化学能转化为声能、热能和光能

2、这两关过完，还想试试吗?出示P62页的最后一幅图。

(1)这幅图有点难度了吧?先想想有哪些物体，这些不同的物体具有哪些能量，这些能量间又会怎样转换呢?

学生交流

(2)引导学生说出漫画中的能量转化

(3)同学们找找看，能量的源头在哪儿呢?(太阳)是的，各种能量最终来源于太阳。

3、同学们让我们想象一下：假如自然界没有能量，将会怎样?

4、师总结：原来任何物体的工作都需要能量。如果没有能量自然界就不会有运动和变化了，也就没有生命了。那么其他形式的能量可以转化成电能吗?也就是电能从哪里来?下节课我们就来探讨这个问题。

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