量子化学基本原理与应用篇1

【关键词】中学 化学教学 量子空间论

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）10-0154-01

（小叙）：课篇第一章节细读、研读、探透性知识点。

1.寻找研究方法 2.课题的研究内容

3.课题研究的一些成果 4.巩固建筑语录

【序言】

化学是在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构与变化规律的科学。化学不断地发展着，目前，人们发现和合成的物质已有几千万种，其中很多是自然界中原本不存在的；这极大地改善了人类的生存和发展条件，丰富了人们的生活。

例如：

1.纳米铜（1nm=10?9m ）具有超塑延展性，在室温下可拉长50多倍而不出现裂纹。

2.用隔水透气的高分子薄膜做的鸟笼。

3.单晶硅为信息技术和新能源开发提供了基础材料。

4.用玻璃钢制成的船体。

总之，作为实用的、富于创造性的中心学科，化学在能源、材料、医药、信息、环境和生命科学等研究领域以及工农业生产中发挥着其他学科所不能替代的重要潜质作用。近年来，“绿色化学”的提出，使更多的化学生产工艺和产品向着环境友好的方向发展，化学必将使世界变得更加绚丽光彩。

【寻找研究方法】

第一单元 走进化学世界；

1.物质的变化和性质

2.化学是一门以实验为基础的科学

3.走进化学实验室

第二、三单元 我们周围的空气与自然界的水；空气、氧气（氧气的制取）、水的组成、分子和原子、水的净化。“爱护水资源”。

第四、五单元 物质构成的奥妙、简单统计应用；原子的构成、元素、离子、化学式与化合价 ：

如何正确书写化学方程式”？利用化学方程式的简单计算？

第六、七单元 C与C的氧化物燃料及其利用；

分析：金刚石、石墨和C60 （1.CO2 的制取？ 2.CO2 与CO的区别、联系？）

应用：燃烧和灭火？燃料和热量？

环保问题：“燃料对环境的影响”

自留田地：“石油和煤的综合利用？”

第八、九单元 金属与溶液的问题；

熟记、认识：金属、金属材料、金属的化学性质；

金属资源的利用和保护、溶液的形成；

溶解度、溶质的质量分数。

第十、十一、十二单元 酸与碱 、盐与化肥 、“化学与生活”。

生活中常见的：1.酸与碱

2.酸与碱之间会发生什么反应

3.盐

4.化学肥料

人体：1.人类重要的营养物质

2.化学元素与人体健康

3.有机合成材料

学生自认化学常用仪器。学习“附录”相关记录 。

【课题的研究内容】

无机化学中量子（分子、原子）力学论

量子化学（Quantum chemistry）是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基础原理和方法研究化学问题的一门基础科学。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。

量子化学是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法，研究化学问题的一门基础科学。

1927年海特勒和伦敦用量子力学基础原理讨论氢分子结构问题，说明了两个氢原子能够结合成一个稳定的氢分子的原因，并且利用相当近似的计算方法，算出其结合能。由此，使人们认识到可以用量子力学原理讨论分子结构问题，从而逐渐形成了量子化学这一分支学科。

【课题研究的一些成果】

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构，设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥妙，进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

【巩固建筑语录】

化学中常见“离子反应”包括：“酸、碱、盐在水溶液中的电离”和“离子反应及其发生的条件”两部分。

无机化学中最关键的是要有实观性：基础高层次的“化学方程式”们。

其次，稀土元素中的各种化学量变、质变及各种物理、化学性反应。

再次，金属的利用、及高等积存用途。

还有，就是气体的大力层存在行式。如同：水、陆、空，人类的生活方式。

参考文献：

[1]初中九年级化学上、下册课本，人民出版社出版，2011年版。

[2]高中中一、中二、中三化学教参，人民出版社出版。

量子化学基本原理与应用篇2

中国最高科学技术奖被许多人誉为国家的“诺贝尔奖”。今年已经90岁高龄的徐光宪院士是我国稀土串级萃取理论的建立者，他荣幸成为摘取2008年度国家“诺贝尔奖”的优秀科学家之一，本文对他的人生经历作一初探。

艰难曲折的求学之路

1920年11月7日，徐光宪出生在浙江上虞。父亲徐宜况是当地一个有名的律师，母亲虽没上过学，但却很重视对子女的教育。她总认为：“家有粮田千顷，不如一技在身”，这话可以说影响了徐光宪一生。

但当徐光宪入校门不久，父亲因病去世，家庭失去了顶梁柱，家境便开始走下坡路。徐光宪在校学习勤奋，上初中时就获得浙江省数理化优胜奖，本可以朝考大学的方向奋斗，由于家境不佳，他便想学一门技术，早一点工作挣钱帮全家脱离困境。1936年初中毕业后，他考入浙江大学所属的杭州高级工业职业学校。抗战爆发杭州沦陷后，他于次年转学到宁波高级职业学校继续学习。1939年毕业后，他与7名同学前往云南参加“叙昆”(宜宾――昆明)铁路建设，不料领班中途携款逃走，也就断了大家去云南工作之路。

无奈，徐光宪只好前往上海，在上海当中学老师的哥哥帮他找到了一份当家庭教师的工作，暂时解决了生存问题。强烈的事业心和求知欲让徐光宪又做起了“大学梦”。他白天复习，晚上做家教，省吃俭用积攒学费，终于在半年时间内，就考上当时学费最便宜的上海交通大学化学系。经过刻苦攻读，1944年7月，他获得理学学士学位，两年后被交通大学化学系聘为助教。

为了继续深造，1948年1月，徐光宪惜别了新婚不久的妻子高小霞(同班同学)，只身远渡重洋来到美国，在华盛顿大学化工系研究院留学。这一年夏天，他又利用暑假到纽约哥伦比亚大学暑期试读班学习，由于他学习认真，基础又好，被该校破格录取为化学系研究生，攻读量子化学，一年后就获得该校硕士学位。1950年7月又被选为美国PhiLamda Upsilon荣誉化学会会员。1951年3月，他的博士论文《旋光的量子化学理论》通过论文答辩，获得哥伦比亚大学博士学位，并被选为美国SigmaXi荣誉科学会会员。这在当时美国一流水平的哥伦比亚大学，他的业绩也是属于一流的。

赤子情深报效祖国

徐光宪在美国学习期间，深受导师贝克曼教授的赏识。导师极力挽留他继续在美国进行科学研究，并推荐他去芝加哥大学莫利肯教授处做博士后。他的夫人高小霞此前也已来到美国纽约半工半读，当时只要再读一年就能获得博士学位，他去莫利肯教授处不但可获得很好的科研工作环境，而且也可为高小霞继续求学创造良好的条件。

1949年10月1日，中华人民共和国成立了!身在异国他乡的徐光宪为新中国的成立兴高采烈参加了留美学生组织的庆贺新中国的成立活动。然而，1950年6月，美国政府发动侵朝战争，战火烧到了中朝边界的鸭绿江边，对新中国的领土安全构成了严重威胁，一批中国留学生毅然准备回家卫国。徐光宪与妻子商量，故乡在杭州萧山的高小霞一脸深情地说：“你不要考虑我的学位问题，科学没有国界，但科学家有自己的祖国!”这句话坚定了徐光宪回来报效祖国的决心。当时美国政府想方设法极力阻挠留美中国学生返回新中国，美国国会也于1951年初通过有关禁令，要求全体中国留美学生加入美国籍，不准回国。禁令只要美国总统签署后即正式生效。在这种紧急情况下，徐光宪和妻子高小霞急中生智，假借华侨归国探亲的名义，于1951年4月15日悄悄乘上“戈登将军号”邮轮回到祖国的南大门广州，当看到鲜艳的五星红旗时，他俩激动得热泪盈眶。

到达首都后，徐光宪担任了北京大学副教授并兼任燕京大学副教授，一方面为新中国培养人才，另一方面从事化学科研工作。他的妻子也到北大化学系任教。受教育部委托，徐光宪教授和卢嘉锡、唐敖庆、吴征铠教授一起于1954年7月在北京举办“物质结构暑期进修班”，培养了我国第一批物质结构课的师资。1957年7月。他被任命为放射化学教研室主任，1958年9月被任命为新成立的原子能系副主任，兼核燃料化学教研室主任。同年12月应邀访问苏联，参加在杜布纳原子能研究所召开的国际核物理与放射化学学术会议，会后访问了莫斯科大学和列宁格勒大学。由于教科研成绩显著，1961年他被晋升为北京大学教授。

在十年动乱中，徐光宪教授受到迫害，被造反派污蔑为“美国特务”，关进“牛棚”交代“罪行”。1969年底还被迫离开北京大学到江西农场劳动，两年后才回到北京大学化学系恢复教学工作。作为一个共产党员，回校后他把个人受到的冤情抛到一边，很快投入到教学和科研工作中。

与稀土研究结下不解之缘

我国是稀土大国，有世界上最丰富的稀土资源，储量占世界的80％。但在20世纪70年代以前，我国的稀土原料大多出口，而稀土产品却大量从国外进口。1972年，北京大学化学系接到“分离镨钕”的紧急军工任务，徐光宪教授便成为这项重要任务的科研领军人物。

镨钕都是稀土元素，由于化学性质非常相似，17种稀土元素要提纯任何一种都十分不易，分离镨钕更是难上加难。为了攻克这一科学难关，徐光宪教授凭借自己的经验和学识，并参考了相关文献资料，放弃了当时国际上采用的“离子交换法”和“分级结晶法”，在简陋的实验室里，带领有关科研人员经过无数次的科学实验，大胆用“萃取法”成功分离出被稀土界称为“孪生兄弟”的镨钕元素。由于采用了独特的“推拉体系”，使镨钕的分离系数远远超过了国际同行的分离水平。1977年，徐光宪被任命为北大化学系无机化学教研室主任。

在出色的成绩面前，徐光宪教授并不停步，他的研究在步步深入，并将研究的重点放在稀土基础萃取理论研究课题上。在长期的科学研究和具体实验中，他对稀土化学健、配位化学和物质结构等基本规律有了更深刻的认识，并发现稀土溶剂萃取体系具有“恒定混合萃取比”的基本规律，建立起具有普适性的串级萃取理论。他根据假定推导出100多个工艺参数公式，广泛应用于我国稀土分离工业。

为使科研成果转化成生产力，在实际的工农业生产中得到 广泛运用，创造良好的经济效益，1974年9月徐光宪教授亲赴包头稀土三厂参加这一新工艺流程用于分离包头轻稀土的工业规模试验，并一举获得成功，从而在国际上首次实现了用推拉体系高效率萃取分离稀土的工业生产。在这些工作的基础上，他随后陆续提出了可广泛应用于稀土串级萃取分离流程优化工艺设计的设计原则和方法，极值公式，分馏萃取三出口工艺的设计原则和方法，建立了串级萃取动态过程的数学模型与计算程序，回流启动模式等。1976年他在上海跃龙化工厂举办了“全国串级萃取讲习班”，把这些成果向全国有关科研单位、高等院校和稀土工厂推广。这些原则和方法用于实际生产，大大简化了工艺参数设计的过程，减少了化工试验的消耗；特别是能适应原料和设备不同的工厂。因而能普遍使用。他和李标国、严纯华等人共同研究成功的“稀土萃取分离工艺的一步放大”技术，是在深入研究和揭示串级萃取过程基本规律的基础上，以计算机模拟代替传统的串级萃取小型试验，实现了不经过小试、扩试，一步放大到工业生产规模，大大缩短了新工艺设计到生产的周期，使我国稀土分离技术达到国际先进水平。几十年来，他和李标国等在全国各主要稀土生产厂，如上海跃龙化工厂、广州珠江冶炼厂、包头稀土厂等推广应用了这些研究成果，为生产成本大幅降低和大批稀土产品的开发生产作出了重要贡献。

教书育人桃李满天下

在北京大学执教的50多年中，徐光宪培育了一大批学生，为国家输送了一批又一批优秀人才，真可谓“桃李满天下”。

早在20世纪50年代初，徐光宪就在北京大学化学系讲授物理化学课，同时在燕京大学化学系为研究生开设量子化学课。院系调整后在北京大学开出《物质结构》新课程，并承担了1954年的物质结构暑期进修班的讲课。1957年国家要求北京大学迅速培养原子能科学技术方面的人材。徐光宪当时虽对原子能化学并不熟悉，但在被任命为这项工作的负责人之一以后，日夜备课，充分准备，两个月后就讲授了放射化学、原子核物理导论等课程。他很注重让青年教师、研究生及时掌握学科最新成就，站到学科发展最前沿。

到20世纪50年代末期，国际上配位场理论在无机化学中的应用迅速扩展，萃取化学研究刚刚开始，他及时在技术物理系给青年教师和研究生开设了配位场理论和萃取机理等课程。粉碎“四人帮”以后，国内恢复了对基础研究的重视。当时，量子化学经过十多年的迅速发展，在化学各分支学科得到广泛应用，并渗透到与化学相关的其他学科领域内，他抓住时机开设了量子化学、分子光谱、高等无机化学等课程，直到1986年他还亲临教学第一线。他讲课内容丰富，注意启发学生深入到物质变化的微观层次运用基本规律分析复杂纷繁的化学现象，以求深刻理解这些现象的微观本质及它们之间的内在联系，进而能预见一些新现象。

徐光宪在教研中，十分重视教材编写工作，他认为一本好的教材对学生的学习有很大帮助。20世纪50年代他根据自己在北京大学几年中使用的物质结构讲义，加以修改补充，精心整理，编写成《物质结构》一书，于1959年由高等教育出版社出版，并由高教部规定为全国统编教材。1965年，为了适应工科、师范类院校的教学需要，他又编写了一本《物质结构简明教程》。《物质结构》一书，内容丰富，安排得当，条理清楚，概念表述准确、深刻，有关化学键理论的两章写得尤为精采，因此深受教师和学生的欢迎，成为在全国使用多年的教材，曾先后5次再版，发行了10余万册，在物质结构课的教学中发挥了重要作用，1988年1月获得国家教委颁发的“高等学校优秀教材特等奖”。该书还在香港被翻印，受到港台读者的欢迎。20世纪80年代初，他根据物质结构学科发展的情况，在王祥云协助下对原书进行了修改补充，于1987年由高等教育出版社出了修订版，很受读者欢迎。1978年徐光宪在给研究生开设量子化学课时，针对化学系本科生数学、物理基础较薄弱的情况，和黎乐民等合作编写了一部研究生用的量子化学教材《量子化学基本原理和从头计算法》，分别于1980、1985、1989年由科学出版社出版。这部教材内容比较丰富，能较全面地反映出这一学科发展的现状，在基本原理的叙述和公式推导方面又相当详细，较易为数学、物理基础较薄弱的读者理解，因而得到读者的好评。此外，他还在《化学通报》等杂志上发表过不少教学经验交流或专题讲座性质的文章，也使很多教师和学生读后受益不浅。据不完全统计，几十年来，他共编著了物质结构、量子化学、稀土等方面的专著近20部，多达800多万字。

徐光宪的学生中，优秀人才脱颖而出。其中包括黎乐民、黄春辉等3名院士和3名长江学者特聘教授。北京大学著名教授季羡林教授称赞徐光宪是：“桃李满天下，师德传四方”。徐教授的学生严纯华则更贴切地评价老师：“科学家中有两种人，一种是‘工匠’，还有一种是‘大师’。前者的目光局限在具体的研究中，而后者则研究科学的哲学层面。徐先生则已经达到了后者的境界。”

量子化学基本原理与应用篇3

Derivation of The Laplace-Operator in Curvilinear Orthogonal Coordinates by Matrix Method

Shen-zhuang Lu

College of Chemistry Leshan Normal college

Abstract The Laplace operator is a second order differential operator often used in theoretical Chemistry applications. The Laplace-operator in curvilinear orthogonal coordinates is derivated by matrix method.

1. 引言

在量子化学中，根据体系得对称性，常采用不同的正交曲线坐标系，如对于原子体系时采用球坐标系，对于双原子分子体系时采用椭球坐标系。在解Schr？idinger方程时需要Laplace算符在相应坐标系得表达式。推导Laplace算符在正交曲线坐标系得表达式通常有三种方法：（1）利用散度的性质[1]；（2）利用外微分形式的方法[2]；（3）使用多元复合函数微分法则[3，4]。前两种方法推导比较简洁，各种正交曲线坐标系Laplace算符采用拉梅系数有统一的表达式，但这两种方法先要介绍散度或外微分形式的概念，学化学的人一般没有学习过这两个概念；第三种方法比较繁琐。本文提出了一种新的方法，利用Jacobi矩阵推导。

2. 正交曲线坐标系Laplace算符的矩阵表达式

3. 球坐标系中的应用

直角坐标系与球坐标系的变换关系为，

4. 结论

本文提出了用矩阵方法推导正交曲线坐标系中的Laplace算符，此方法虽然与使用多元复合函数微分法则推导的量没有减少，但思路清晰，使人能把主要精力放在系数处理上。

参考文献

1. 徐光宪，黎乐民，王德民 量子化学―基本原理和从头计算法（中册） 科学出版社 1999。

2. 郭城 基于外微分形式的一般坐标系下梯度、旋度、散度的统一推导 学园 2011，60-61。

3. 江俊勤 柱面坐标系和球面坐标系中的拉普拉斯算符 广东教育学院学报 2003 23（2） 32-34。

4. 姚久民，石凤良 球坐标系中拉普拉斯算符表达式的推导 唐山师范学院学报 2005 27（5） 67-71。

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量子化学基本原理与应用篇4

关键词：福井谦一；前线轨道；理论模型；轨道对称性守恒

文章编号：1005－6629(2012)1－0072－05　中图分类号：G633.8　文献标识码：B

20世纪30年代到50年代，现代化学界理论的两大流派(价键理论和分子轨道理论)取得了不同程度的进展。值得引起人们关注的是价键理论(或VB理论)和分子轨道理论(或MO理论)，两者的目标虽然是相同的，都是用量子力学原理来研究共价键的形成和特性、探索化学键的本质、寻求分子结构及其在反应过程中的变化规律。但是它们对问题的思考及处理方法却大相径庭。

VB理论是海特勒一伦敦用量子力学方法处理氢分子的成键与结构问题的推广。该理论的特色是将一对自旋相反的未成对电子形成共价键的观点(即电子配对)作为构造分子中电子波函数的依据，并充分考虑电子的不可分辨性和强调电子密度的概念。而MO理论不以电子配对作为构造分子中的电子运动状况和它在原子中的差异以及它们之间的联系，具体而言，它以轨道概念取代电子密度概念，关注当电子从原子轨道进入到分子轨道时所发生的质的变化。

虽然VB理论和MO理论几乎都在20世纪30年代前后创建，但VB理论先于MO理论发展起来，较早在化学家中得到普及。究其原因是VB理论的创立者们(鲍林、斯莱脱等)一开始就力图将量子力学原理和化学的经验紧密结合，用量子力学原理去阐述经典化学结构理论所无法说明的一些问题，并抽提出一系列化学新概念(如杂化、共振等)。而这些概念与习用的定域价键概念是一致的。因此，VB理论较容易被化学家们接受，也较早受重视并在有机电子学说中获得广泛运用。

从20世纪50年代开始，VB理论的地位逐渐被MO理论替代，其主要原因来自两个方面：一方面是VB理论对经典价键概念的明显继承，随着化学实践的发展，它越来越束缚化学自身的发展。另一方面是由马利肯(R.S.Mulliken)和洪特(F.Hund)在分子光谱实验基础上发展起来的MO理论能够解释VB理论不能解释的事实。虽然起步晚于VB理论，但后来居上，这主要得力于MO理论提出的新概念和它的理论计算，实现了计算机程序化，使它能跟化学经验更密切地结合起来，并在指导实验研究上发挥比VB理论更大的作用。

MO理论和VB理论这种地位更替，反映出了这样一股新潮流正在化学界掀起，那就是使化学由经验科学发展成为理论科学，尽可能减少化学的经验性，使它逐渐成为依靠理论也能研究的一门学问，使化学朝着非经验化的方向提升。20世纪50年代以来，以福井谦一、霍夫曼和伍德瓦特为代表的一批化学家，在这股新潮流的推动下，创造性地发展了鲍林的科学研究思想和方法，大力地推进了MO理论的深入。本文重点介绍福井谦一在这方面的突出贡献和他的引人入胜的化学求索之路。

1　大自然把福井引向化学王国

揭示化学反应的本质、搞清化学反应的机制、预测化学反应的结果――这是众多化学家们为之不息探求的夙愿。日本第一位诺贝尔化学奖获得者福井谦一(1918～1998)教授以他的前线轨道理论为探索实现这种夙愿作出了独创性的贡献。那么他是怎样走上这条化学求索之路的呢?说起来，人们也许不会相信，获得诺贝尔化学奖的福井谦一，在青少年时代并不对化学感兴趣。因为那时，在他的印象里，化学是一门要死记硬背的学科，而这种死板的学习方法是他所不喜欢的。福井至今还记得他第一次上化学课的情景。化学老师当时提了一个问题：“谁知道空气的成分?”

长期以来，人们一直认为化学是一门经验性知识，化学就是要求动手去做，必须通过实验才能获得结论。在青年学生中，往往以其对这种经验性的态度不同而分成两大类：因其“经验性”而喜欢化学的和因其“经验性”而不喜欢化学的。福井就是属于后一类。化学的这种经验性又是根源于化学这门学科的复杂、多样的特性，即“化学的复杂性”。这种特性若和其他学科(例如物理学)相比较，则是相当明显的。自然界里有百余种元素，它们各自结合，产生无数复杂的化合物，哪怕只变动一种元素中的一个电子，在化学上也会引伸出无穷的议论。总之，如果不分门别类地加以探讨，化学将失去其意义，这门学科也就不能成立。而“化学的经验性”正是来自这种化学的复杂性，这也是福井当时不喜欢化学的一个重要理由。然而，化学的魅力也恰恰在这里。

福井是如何感受到化学的魅力的呢?这要追溯到福井在少年时代向往大自然和投身大自然的经历。1916年，福井出生在日本奈良市押熊町的外祖母家。当时的押熊是一座人烟稀少的深山小村庄。尽管比较闭塞，但却是一派自然风光。少年时代的福井沉浸在这美好的大自然里，他在课余和假期里，不是钓鱼、摘野果，就是采集植物、矿石标本。后来又发展到爱好昆虫的收集，热衷于观察海洋生物等。大自然给了福井许多书本上得不到的知识，使他亲身体验并感受到了大自然的无比深奥、美丽和微妙，并从中享受到了无穷的情趣。正是它哺育和培养了福井的一种极好的科学素质一一科学直感，使他在后来的科学创造活动中得益匪浅。

2　预见性引导福井走上化学之路

对于福井来说，真正意识到并下决心选择化学作为自己人生奋斗目标的时刻，则是在他上大学之际。

1935～1937年，福井在大阪读完了高中。其间，他最为得意的功课是数学，成绩颇佳。在福井看来，数学的经验性少，逻辑性强，似乎不用花费太多的时间和精力就能取得好成绩。与此相反，化学的成绩则平平。福井从未想过上大学时会选择化学专业。

父亲一朋友喜多先生曾在东京帝国大学任副教授，后来赴京都帝大工业化学系任教授。他建议道：“要是喜欢数学，那就搞化学吧；无论如何要把福井送到我这里来。”喜多先生的意思很明确，是让福井到京都大学工学院的化学系学习。他的答话出人意料，因为那时人们大多认为，化学是门经验性很强的知识，所以往往是讨厌数学的人上大学才选择化学一一这被看作是一种常识。但喜多却说出了与常识相反的话，认为“只有喜欢数学的人才能搞好化学”。

喜多先生的话作出了对未来化学的一个敏锐的预言，使福井感受到当时化学界正在掀起的一股新潮流。这股新潮流就是：要把化学的复杂性，也就是被人们认为是最难于掌握的化学，变得易懂一些，尽可能减少它的经验性，使它逐渐成为依靠理论也能研究的一门学问。诚然，这些对刚进入大学踏上化学之路的福井来说，并不完全理解。但是，喜多先生那不同凡响的一席话，确实在福井的脑海里引起了强烈反响。福井从充满自信的喜多老师身上感受到了他所预见的未来化学，它犹如一种无形的力量吸引着年轻的福井，使他好奇地寻踪而去。他暗下决心：要追随这股新潮流，减少化学

的经验性，探索化学的复杂性，揭示化学的魅力所在。

3　广泛学习培养了福井的预见性

引导福井走上化学之路的最大因素是喜多先生的预见性。那么，怎样才能掌握这种预见性呢?福井认为，必须进行广泛学习，扩大知识视野，开扩知识领域，学习应以创新为目标并与思考相结合。对于具体学什么，福井以他的实践作出了回答：一是学历史爱文学，二是打基础抓应用。

福井从小就喜欢历史和国语。福井的父母亲对孩子的学习采取了一种彻底的不干涉主义。然而，只要觉得是对孩子的学习有好处的事情(不管孩子是喜欢学习文史哲，还是数理化)，便不声不响地做起来，并且做得恰到好处。尤其是福井的母亲更是默默地关怀着他，为他创造学习环境而又决不强迫他学习。正是在这种自由、宽松的气氛中，中学时代的福井学习兴趣盎然，学习的主动性得到了发挥，他在知识的海洋里尽，隋畅游，汲取着多方面的营养。

由此，福井产生这样一种想法：学历史，爱文学，即便对自然科学没有直接益处，也可以间接地促使人们去思索。这就是说，没有任何学习是无用的，但学到的东西日后是否能发挥作用则很难说。所以，需要广泛学习，学到的知识越多，能用上的机会也就越多。

要培养预见性，要做到有创造性，还必须重视基础知识的学习。福井对基础知识学习的重视，是他刚进入大学时，在喜多老师的谆谆教导下，福井拼命努力学习自认为是“基础”的知识，即物理学方面的基础科目。作为一个应用化学系的学生，却热衷于学习物理，看上去似乎不合常态，有点“不务正业”，但福井有他自己的看法和解释：为了顺应化学的新潮流，减少化学的经验性，需要产生一门新知识“数理化学”，即应该借助数学和物理的方法促进和发展理论化学的领域。基于这样的认识，福井一直把量子力学的学习作为“化学基础”来学习。

对于化学本科的学习，福井也把重点放在基础知识方面。他主张抛弃那种大量阅读资料，以炫耀才华的方式学习，而主张彻底吃透少而精的资料。要训练自己浏览庞大信息，从中选摘出重要的，并把它牢牢地印在自己头脑里的本领。在这里，关键是把知识真正学到手，而学到手的东西是不会没有用处的。

1941年3月，福井大学毕业，听从喜多先生的劝告，进入新成立的燃料化学系当研究生，导师是儿玉信朗教授。儿玉先生搞的是应用化学，但他和喜多先生一样，甚至更强调学生对基础知识的学习。福井由衷地感到，能在抱有这种观点的老师指导下，在自由气氛笼罩下学习，真是太幸运了。儿玉先生年轻时留学德国，带回不少量子力学、物理学等有关基础知识的原著，这对始终执著地学习物理的福井来说，是他一生中最值得庆幸的事之一。

4　化学创新之路的抉择

福井走上化学创新之路有其鲜明的独特性，其主要标志是他采取的四个决定性的选择，正是这些科学的抉择才使他最终取得成功。

4.1　课题的选择

福井志在理论性研究而不是应用性研究，但实际上把他领到化学反应理论上去的，却恰恰是最有应用性的研究。这就是他大学毕业时写的论文一一“石蜡的分析”以及毕业后在东京陆军研究所对燃料添加剂的研究。这些研究激发了他对碳氢化合物反应的兴趣，再加上他始终未中断过基础知识的学习。因此，从这时起，在内心深处，福井逐渐萌发了用理论去说明化学反应的念头。在福井看来，化学的奥秘全部蕴藏在那根小小的“链”样结构之中，而化学反应则是这类“链”样结构的重组。对于福井，无论从逻辑推理上说，还是从科学的直感上来看，从碳氢化合物化学反应入手，对其进行理论上的研究，都是一条探索化学复杂性、揭示化学反应奥秘和减少化学经验性的有效途径。1951年，福井最终作出了这个决定性的选择，并以此为课题去对化学反应进行理论性研究。

4.2　“前提”(或假说)的选择

课题的选择是福井走上化学创新之路的第一个决定性选择。在此之后，要进行的是“前提”的选择，也就是提出种种科学“假说”或“假设”去说明原有理论无法说明的新的实验结果。福井认为，科学工作者应把创新作为出发点去建立“前提”。只有这样才能从周围无限多地存在着的、假定的道路中选择一条路启程；这条路能指引你达到目的地，并使你掌握开启自然奥秘的钥匙。福井就是循着这样的思路去进行“前提”的选择。

他首先将原有的反应理论“有机电子学说”和有机化学方面的复杂化学反应实验进行比较，发现用有机电子学说无论如何也不能解释碳氢化合物中萘那样的芳香族化合物的化学反应。根据电子学说，分子中电子(带负电荷)大量聚集的场所，也就是电子密度最大的场所，最容易与携带正电荷的、具有吸引电子性质的亲电子试剂发生化学反应，相反携带负电荷的、具有给予电子性质的亲核试剂，最容易在电子密度小的地方发生化学反应。但令人奇怪的是，萘那样的芳香族碳氢化合物无论与吸引电子的试剂还是与给予电子的试剂，都能在同样的场所发生反应，这一点通过实验己得到证明。这个奇怪的现象深深地吸引了福井，为要解释该现象，他认为有必要在有机电子学说以外提出一个新的理论假设。

这个“假设”的中心思想，就是用量子力学中的“轨道”概念来解释化学反应的结构。所谓“轨道”，是为了尽量正确地表现出电子在原子、分子内进行非常复杂的运动状态的一个概念。福井认为，“轨道”概念要比“电子密度”概念更能获得详细的信息。因为所谓分子中的电荷概念是把轨道中电子的值集合起来得出的，而“轨道”则是把分子的“电子密度”分割开来后得出的概念。换句话说“轨道”就是为了分割“电子密度”而提出的概念。福井正是用这个“轨道”概念进一步去把化学反应理论的设想模型化，

4.3　合理模型的选择

提出一个合理的自然模型是福井的第三个决定性选择。在这里，福井是把自然科学的一种重要认识方法――模型法，灵活而又具体地运用到化学反应领域中去。他的目的起初是藉以解释有机电子学说无法说明的芳香族碳氢化合物的化学反应。福井指出，把它比作放在桶里的水较为恰当：大家知道，一桶水是一个整体，不倾斜时，水呈平面；如果倾斜桶，水就要渗溢出来。可见，在静止的情况下没有丝毫区别的水，在动态情况下就显示出上下的区别来了。这与完全不区别桶里上、下水的有机电子学说的模型大不相同。电子学说认为，分子中电子聚集的场所即电子密度大的地方参与化学反应；而福井的模型则认为，分子和分子把电子相互拉在一起，结果只有分子之间渗出的最外层电子(称“前沿电子”)左右着化学反应。分子中渗出电子的轨道(称“前线轨道”)跟原子与原子组成分子时参与结合的电子所在的轨道相似(即可以与价电子所在的轨道相类比)。所谓“渗出”，就是当分子和分子相互接近的时候，电子由一方向另一方的移动。如果一方的渗出大于另一方，就会发生电荷的移动；若双方的渗出均等，则不会发生电荷的移动。无论是否有电荷的移动，只要有渗出就有反应发生。与渗出有关的电子和轨道(系指“前沿

电子”和“前线轨道”)直接参与新结合的生成和旧结合的切断――这就是福井的理论模型的特点所在。它把化学反应看做发生在分子之间电子的渗出上，前线轨道活动的场所和发生反应的场所相一致。这样，“轨道”这个概念终于和化学反应紧密联系在一起了。

4.4　模型逻辑加工的选择

把“前线轨道”的概念引进化学反应，这是福井理论模型的独创性和真正的价值所在。对它作进一步的逻辑处理就诞生了能够阐明化学反应本质并广泛应用于化学反应的理论――前线轨道理论。福井对自己设计出来的模型进行逻辑处理是他走向化学创新之路的第四个决定性选择。这个选择的目的是对模型进行逻辑思维上的加工，用以完成从前提出发到达结果的顺序，即要选择一个最佳思考方法来得出最近似真实、最具有普遍性的结论。福井及其同事们为此作出了极其艰苦的努力(包括反复精选实验和大量理论计算)，终于在1952年，发表了宣告“前线轨道理论”诞生的首篇论文“芳香族碳氢化合物化学反应能力的分子轨道理论”。该论文刊登在美国物理学会的《化学物理杂志》上(第20卷，1952年4月号)。该理论的特征可表述为以下几点：

(1)运用了量子力学，具体地说是运用了分子轨道法来模拟分子中电子的状态；

(2)此分子轨道法称为“休克尔(Htichel)法”，用它查明了共轭化合物π电子的能量和分布情况，求得了表征电子状态的分子轨道；

(3)其结果，就有可能鉴别参与芳香族化合物双重结合的π电子几种轨道在反应中的不同作用；

(4)其中，对反应具有最重要作用的轨道因化学反应的形式而异，它们是：最高(能级)被占分子轨道(HOMO)，以及最低(能级)未被占用分子轨道(LUMO)。

(5)若以电子反应为研究对象，在HOMO的π电子分布广阔的地方，反应就容易发生。这种特定的电子命名为“前沿电子”，而其轨道则称为“前线轨道”。应区别看待电子在化学反应中的作用，并把对特定电子在化学反应中的重要作用的考虑放在主导地位。

福井的前线轨道理论经受住了实践的检验。继第一篇论文之后，福井的前线轨道理论在实践中进一步发展与完善，其理论基础更加强了应用范围扩大了。诸如聚氯乙烯化合物的重合反应、芳香族化合物的生物化学反应、饱和化合物反应等，都能用该理论加以解释。现在，前线轨道理论的概念进一步又引进反应过程理论之中，并发展成为用以解释主体选择性等奇妙化学反应的理论。

5　化学非经验化正在成为现实

几乎跟福井谦一提出前线轨道理论的同时，美国的两位化学家伍德瓦特和霍夫曼，于1965年发现分子轨道对称守恒原理。该原理指出：当反应物和产物的轨道对称性相合时反应容易发生，而不相合时反应难于发生或被禁阻――这就是在协同反应中“轨道对称性守恒”。这一原理是现阶段量子化学和理论有机化学的重要成就。应用这个原理，无须进行复杂的计算，只要考察反应物和产物的对称性质，就能说明协同反应的规律。分子轨道对称守恒原理和前线轨道理论两者相辅相成，一起把MO理论推进到一个崭新的阶段。

在这里引人注目的还因为这个原理是量子化学家和有机合成化学家共同合作的成果，它具有深刻的方法论意义。在两位合作者中，伍德瓦特(R.B.Woodward，1917～1979)具有精湛的合成实验技巧。他通过合成维生素B12等的一系列实验，又结合以往他所进行的其它类型的环合反应，以此为基础再分析综合，认识到光和热在反应中的不同作用，得出光和热能引起两种不同的几何移动(顺旋移动和对旋移动)。他由此提出理论假设：这类立体定向反应必然受到一个前人尚未考虑过的更重要的因素控制，这个重要因素就是分子轨道对称守恒的基本法则。另一个发现者是美国量子化学家霍夫曼(Roald Hoffmann 1937-)，他擅长用量子力学方法处理化学问题。他通过量子化学的理论计算和推广把上述理论假设演绎推理为更普遍、更系统的规律，揭示出了分子轨道对称守恒原理的量子化学基础。可见伍德瓦特和霍夫曼正是在化学方法上的分工合作(前者以合成实验方法为主，后者以量子化学理论方法为主)，终于发现了分子轨道对称守恒原理。

他们的合作显示了现代化学家研究方法的一个重要特点，那就是力求使用有机化学实验基础和量子化学基本原理的紧密结合，而这种结合又是以互补的形式来实现的。如果说伍德瓦特对发现轨道对称守恒原理的贡献主要是提供归纳的实验基础，那么霍夫曼则主要是提供理论论证。伍德瓦特作为著名的有机合成专家擅长实验研究，但他也充分重视和利用量子化学理论作为合成路线的设计基础。霍夫曼作为著名的量子化学家，精于理论计算，但他也十分注重把量子化学运用于有机化学，特别热心于利用量子化学原理来研究金属有机物的电子结构。

总之，无论是霍夫曼还是福井谦一，他们的思维方式和研究方法有个共同点，即运用简单的模型来解决复杂的化学反应理论问题，并尽量不依赖高深的数学推算他们都以相对比较简单的分子轨道理论为基础，紧密联系化学中的重大应用课题，力求提出新概念、新思想和新方法，使它在更加广泛的范围中能普遍适用。

1981年，福井谦一的前线轨道理论及霍夫曼的轨道对称守恒原理得到世界的公认，获得了肯定的评价，他们两人共同获得了诺贝尔化学奖。人们认为福井的前线轨道理论为了解分子反应能力和反应过程提供了强有力的理论武器；该理论概念明确，图像清晰，为实验研究人员提供了良好的理论模型。诺贝尔奖颁奖大会宣布：“好的理论模型为实验研究人员提供了指导并给他们节省了时间。福井和霍夫曼两人的理论是我们对化学反应过程认识进程中的里程碑……，这项研究成果，对进行新的理论研究工作是个鼓舞。”

可见，福井谦一所创立的前线轨道理论对于现代化学的作用是不能低估的。作为在这一领域中最积极的研究人员之一而获得了诺贝尔奖，福井是受之无愧的。何况对于福井来说，这种殊荣也是来之不易的。对此人们曾这样赞誉福井所走过的化学求索之路：

他用心灵去拥抱大自然，

他以锲而不舍的精神和勤劳向大自然求索；

他凭借学习与思考，双翼起飞，

终于走上了一条化学创新之路，

获取了丰收的硕果!

参考文献：

[1][日]福井谦一著，那日苏译，学问的创造[M]，石家庄：河北科技出版社，2000

量子化学基本原理与应用篇5

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0153-02

量子力学是一门比较成熟，但还在发展中的学科，而且作为普通高校物理学专业学生的按照规定必须学习的学科，所以对于教师来说，在教学过程中可以使用启发式讲授技巧，不能只是在乎知识的传递，重点应放在培养学生多方面的能力上。根据现在大部分普通高校的物理学专业的授课计划，全部是在完成基础力学的学习基础上再学习量子力学，但是学生在进入对于量子力学的学习之前，接触到的都是宏观世界的概念，从量子力学开始，就变成了微观世界的概念与计算公式，这就导致了在学习中的一些领悟上的障碍。

我建议在领会及理解量子力学之前，应开设量子物理这部分知识的课程，用《新概念物理教程・量子物理学》这本书为教材，书中的概念是以实验的真实结果为起点，由简单的内容启发部分复杂的内容，使许多概念更加容易理解。选取使用狄拉克符号以及矩阵等数学工具，还有不遵照逻辑方面的严谨和理论知识上的全面性和细致性的讲述结构，这本书中主要针对量子力学方面的内容进行阐述说明，并没有包含一些基础的计量方法。描述了微观世界量子力学的基本原理和基本方法，同时也用了量子力学的知识来解释认识源自世界的基本规律，也会了解一些必要的近代物理学实验。但是这本书和“量子力学”内容之间存在着差异，所以普通高校的物理学专业的学生在学习了“量子物理”内容之后，一定要再掌握“量子力学”内容。有了量子物理的基础，再去学习量子力学就会变得容易理解一些，有助于学生更好的学习量子力学。

《新概念物理教程・量子物理》这个教材在撰写和讲授的思路上是与新概念物理教程系列的力学、热学教材是一脉相通的。本书包含实验基础和基本原理，双态系统、从一维系统到凝聚态物质到原子、分子到原子核、粒子以及量子力学中的新的研究成果和线性代数、高斯函数和高斯积分、物理常量等三个附录，所表述的都是偏向于基础概念的内容。在实质特征方面，这本书注重于用普通基础的课程风格来讲述量子物理。

量子物理实则是普通高校物理学的学生的必须学习的知识，在制定人才培养方案中就应列为主干课程。根据此书的内容来看，是所要学习的基础物理学中结尾的一部分，也打开了近代物理这个新世界的大门。主要经过这部分的内容的领会，学生就会了解微观世界的物理现象，让学生懂得使用已获得的内容去理解。本课程教学有着承前启后的意义，通过对此课程的学习，为接下来要学习的课程奠定实质性基础，比如量子力学、固体物理学、近代物理学实验等。

在之前的学习普通物理内容的第五部分是“原子物理”，而此书却有了很大区别，它启发了新的教学思路，起初就应用量子力学内容上的定义，但是更加周详的阐述了当代量子物理的各个方面，不算原子物理课程已经成形知识的讲授之外，同时还有如量子共振、势垒隧穿、半导体、超导体、能带、声子与元激发、约瑟芬森结等内容，还有一些近一段时间内量子物理方面的新成果。

从知识的连贯性看，此书规定学生要掌握光学、微积分和线性代数的知识。课时的规定是与原子物理课程相似。在拟定物理专业的讲授方案上，会遇到一个麻烦，就是如固体物理学、原子核物理学等主要的一些科目，需要等量子力学这部分知识学习之后再继续学习获得。那么在学生学习了“量子物理”的内容之后，以后的教学内容就可以在学完量子力学课程之前安排，使学校的教学变得更加机动了，而且学生做近代物理实验时非常有益。

普朗克量子论中可知晓普朗克量子论的发现和发展的主要过程，还有量子力学在科学研究上和人类社会发展上起到了重要的作用。量子论诞生到现在也有近一百年的时间了，量子力学也逐渐完善，时间也非常久远。高校所学的基础物理课程中量子物理的知识在许多地方都是一带而过，但是所学的量子的知识在基础物理中是具有举足轻重的部分。量子力学一些原理是根据偏微分方程得出的，对学生基本学习内容要求的高，就会造成理解领悟上的难度，导致有些问题一直不能完成，然而，大多数普通高校物理专业的学生将在大三时期去学这门课程。

对于在大学期间以物理学为专业的学生来说，大部分都是高中的优秀学生，他们对在物理方面所取得的成果，都有着浓厚的兴趣。兴趣是发现问题解决问题的原动力，一旦量子物理这门课带领学生进入微观的世界，就可以激起和持续的给学生带来兴趣，这一定会有助于学生们学习量子力学，解决了直接学习量子力学的困难。如今，很多相关范围的内容，如量子化学、量子生物学很多相关知识与量子的知识相辅相成，都是以量子物理这门学科作为基石，正是因为如此，可以自信的认为，如果没有量子物理的知识，那么就不会有人类现在的生活方式和生活水平。

参考文献：

[1]赵凯华，罗蔚茵.《新概念物理教程.热学》改革的思路[J].大学物理.1998，17（4）：35-36

[2]战丽波.高等师范院校《量子力学》教学内容与教学方法研究[C].鲁东大学.2006

作者简介：

量子化学基本原理与应用篇6

关键词：物理专业；研究生；创新能力

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0106-02

一个国家的国民创新能力决定了这个国家的未来命运，一个缺乏创新能力的民族无法在全球化的信息时代中屹立于世界民族之林。在经济与社会快速发展的今天，国民的创新意识与创新能力日益成为衡量一个国家国际竞争力的决定性因素。《国家中长期教育改革与发展纲要（2010-2020）》提出了对创新人才的培养要求：创新人才培养模式。适应国家和社会发展需要，遵循教育规律和人才成长规律，深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。

在全面推进建设创新型国家的中国，培养具有创新能力的高级人才业已成为高等教育面临的紧迫任务。高等院校作为培养创新型人才的摇篮，在培养适应社会发展需要的高素质人才过程中起着不可替代的作用。研究生历来是推动国家经济发展和知识创新的中坚力量，是高等院校中创新意识非常活跃的生力军，研究生创新能力的优劣直接影响着国家整体的自主创新能力，也是建设创新型国家成败的关键所在。

在高等教育扩招的背景下，近年来的研究生招生数量快速增长。研究生招生规模的扩大导致了研究生培养质量的下滑，突出的表现就是研究生创新意识和创新能力的不足。如何培养研究生的创新能力成为研究生教育的重点和难点。《国家中长期教育改革与发展纲要（2010-2020）》对于研究生的培养指出：“大力推进研究生培养机制改革。建立以科学与工程技术研究为主导的导师责任制和导师项目资助制，推行产学研联合培养研究生的‘双导师制’。实施‘研究生教育创新计划’。加强管理，不断提高研究生特别是博士生培养质量”。众所周知，物理学作为自然科学的基础之一，是人类在认识自然和生产实践中形成的学科。物理学主要是研究物质的组成、物质之间的相互作用以及物质运动规律的科学。物理学规律具有普遍性，已经应用到其他自然科学领域，不仅丰富了人们对客观规律的深刻认识，而且促进了工程技术学科的进步。因此，在国家创新体系下探索出一个适合物理专业研究生创新能力培养的方案，不仅在研究生培养的理论和实践方面都有着重要性，而且对于促进我国研究生培养质量方面有着示范性和借鉴意义。笔者认为，培养物理专业研究生的创新品质和创新精神应该着重从以下五个方面入手。

一、以培养研究生创新能力为宗旨的课程设置

研究生创新能力培养的构成要素首先是研究生所学课程的合理设置。物理专业研究生必须学习本专业的基础课程，最大程度地理解和掌握基本理论，这为进一步培养创新能力奠定了坚实的基础。如果只是一味强调如何培养创新能力，而缺乏对物理学知识的理解和掌握，创新能力的培养就成为无本之末和空中楼阁。这就要求在研究生的课程设置必须兼顾基本知识掌握和创新能力培养并重的原则，每门课程必须包含基础知识和涉及该课程科学发展前沿两个部分的内容，使学生不仅掌握本门课程的基础知识，而且理解基本原理与当代科技发展前沿的内在联系，这对培养物理专业研究生的创新能力是非常有帮助的。《高等量子力学》是物理专业研究生的一门必须课，以往的教学内容只注重基本量子知识的传授，割裂了基本原理与科技前沿的联系，所以，应该把基础知识与现代量子物理的最新研究成果（例如量子计算、量子通讯、量子材料等）结合起来讲解，使学生深刻体会量子物理的巨大应用潜力。同时，改变过去单纯的只注重传授知识的教学模式，加强研讨式教学，鼓励学生在教学活动中积极参与课堂教学，使学生成为创新活动的主体，不断培养学生的创新意识。

二、注重导师在研究生创新培养过程中的角色

在培养物理专业研究生的创新能力方面，必须重视导师的学术水平、创新意识、责任意识所起的至关重要的作用。研究生的教学活动与本科教学有着很大不同，导师的“教”与研究生的“学”几乎是一对一的，这就要求导师必须能够熟谙物理学科的基本知识，掌握本专业的发展前沿，只有这样才能在教学活动中做到理论与实践相结合，引导学生走到学科发展的最前沿。导师具有较高学术造诣的同时，也必须具有较强的创新意识。优秀的导师必须是一个具有较强创新意识的出色的研究者，在指导学生的科研过程中把学生引入到学科领域和科研前沿，以教师的创新意识和责任意识指导学生进行科研选题、收集资料、寻找问题的突破口，在科研过程中帮助学生逐步具备创新品质和创新精神。

三、在科研项目研究中培养学生的创新能力

《国家中长期教育改革与发展纲要（2010―2020）》提出了对研究生的创新能力培养的要求：“促进科研与教学互动、与创新人才培养相结合。充分发挥研究生在科学研究中的作用。”完成科研项目是科学研究活动中的重要方面。科研项目支撑着研究生的创新教育，让研究生积极参与导师的科研项目，引导研究生利用所学的物理理论和物理思维方法解决科研项目中的一些问题，培养研究生发现问题、分析问题以及解决问题的能力，激发研究生的学习和创新热情，不断培养其创新意识、创新思维和创新能力。例如，自从2010年石墨烯的发现获得诺贝尔物理学奖以来，很多研究生导师都在从事二维量子材料的基础和应用研究。在研究生学习完《固体物理》的相关知识后，导师可以引导学生解决一些二维量子材料课题研究所遇到的问题，在科研项目中培养研究生善于发现问题、独立思考、理论与实践相结合的创新实践能力。

四、注重物理学与其他学科交叉优势对培养研究生创新能力的作用

当今世界的科技发展日新月异，新发现、新技术和新产品层出不穷，这些新成果几乎都与物理学的发展紧密相关。物理学的思考方法和研究方式几乎渗透到了自然科学和工程技术的每一个领域。物理学与其他学科的融合形成很多交叉学科，例如：量子化学、量子信息学、生物物理、物理化学等。学科交叉往往成为科学发现的增长点并且能够产生新的前沿，一些重大的科学突破往往在交叉学科中产生。例如，2014年诺贝尔化学奖的三位获奖者的获奖原因是“发展了超高分辨率荧光显微镜”。光学显微镜的研究本属于物理学研究范畴，但其在化学和生物学的研究中已被广泛应用。如何突破光学中阿贝成像原理，把光学显微镜的分辨率推进到纳米尺度是化学和生物学领域研究中的难题。三位科学家利用荧光分子，机智地解决了这一难题，带来了光学成像技术的革命。这一获奖成果是物理、化学和生物学的高度交叉所产生的重大科学突破的典型范例。因此，在研究生课程的设置中适当设置一些与物理学交叉的课程，鼓励学生跨学科选学一些适当课程，同时参加一些跨学科的学术活动，这有助于完善研究生的知识结构，形成良性的创新思维和创新品格，激发研究生的创新热情，拓展新的研究领域，不断培养研究生的创新能力和创新精神。

五、建立完善的研究生创新能力评价体系

研究生经过了阶段性的基础知识学习和创新能力训练后，其结果如何，必须给予适当的评价。完善的评价体系不仅对研究生个人起着引导作用，而且对研究生教育有着导向作用，甚至影响培养研究生创新能力方案的制定。对于物理专业的研究生而言，须对研究生基本物理知识的理解和掌握、阅读文献、文献综述、论文选题、开题报告、论文撰写、论文答辩等培养环节制定详细的评价细则，具有合理性、可行性和创新性的评价体系能够从制度上引导研究生树立创新意识、培养创新思维和创新精神、开展创新研究工作。

总之，研究生创新能力的培养是一个系统工程，取决于多方面因素的有效结合，营造良好的创新环境和制定合理的培养方案，是培养具有创新品质研究生的有力保证。

参考文献：

[1]廖和平，高文华，王克喜.高校研究生创新能力培养的审视与思考[J].学位与研究生教育，2011，（9）：33-37.

[2]王得忠，胡荣.研究生创新能力培养的环境因素分析[J].学位与研究生教育，2007，（6）：22-24.

[3]雷彩虹，王晟，王P.硕士研究生创新能力培养中存在的问题与对策[J].浙江理工大学学报，2014，（5）：433-440.

[4]赵灿.从交叉学科角度论研究生创新能力培养[J].当代教育理论与实践，2011，（4）：68-70.

[5]王伯平，王晓慧，武关先，袁文旭.教改与研究生创新能力培养相结合的探索[J].机械管理开发，2012，（6）：159-160.

[6]李忠.研究生创新能力培养面临的五重障碍[J].学位与研究生教育，2010，（10）：47-52.

[7]王向宇，贾振安，郭文革，高红，樊伟.我国研究生创新能力培养研究[J].教育探索，2013，（35）：104-105.

[8]张义顺，廖建国.研究生创新能力培养探讨[J].大学教育，2013，（7）：11-12.

[9]嵇英华，刘咏梅研究生培养中导师团队的建设与思考[J].中国电力教育，2013，（26）：14-17.

[10]徐亚清，王怡然.我国研究生创新能力培养研究述评[J].河北大学学报（哲学社会科学版），2009，（2）：98-101.

量子化学基本原理与应用篇7

关键词：物理化学；教学方法；改革

作为一所新升本科院校，物理化学是我校化学、应用化学和化学工程与工艺专业学生四大化学课（包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学）中的一门重要的基础理论课.由于物理化学课程应用到数学及物理方面的知识，所以其理论性、逻辑性较强，公式多而复杂，且有其特定的使用范围和条件，一直以来对教师和学生都具有一定的难度.本文结合近些年的教学实践和经验，基于本校学生的特点，就物理化学的教学方法谈一些心得和体会.

1提前复习高等数学基础知识

物理化学通过数学公式的表述研究化学变化过程中的基本原理，它的特点就是数学公式繁多，且公式的应用条件复杂多变，物理化学中很多的重要定义，基本原理，结论及其推论都概括为数学公式，而推导过程更是需要大量的数学知识[1].多年的教学经验得知，我校化学类专业学生的高等数学基础知识比较薄弱，复杂的数学公式和大量的抽象概念又常常使学生知难而退，这也是学生感到物理化学枯燥难学的主要原因之一.经验证明，数学是学习这门课程的关键，所以在课程开始之前，有必要要求学生对高等数学的知识进行复习，对于一些重要公式，还应在课堂上带领学生共同推导，以便简要的复习数学知识.

2多媒体与传统教学相结合的教学手段

随着现代教育手段的普遍应用，多媒体教学借助清晰的幻灯片和逼真的动画引发了学生的学习热情，活跃了课堂气氛，同时也使抽象的理论形象化，复杂的反应过程、反应机理和分子结构一目了然[2].多媒体课堂教学大大减少了板书和绘图时间，更多注重课堂语言的表达，也减少了粉尘的污染.所以，针对本校学生的特点，按照教材以及教学大纲的要求，教师应根据自己的教学思路和习惯的不同亲自制作课件，把学生认为枯燥抽象、难以理解的物理化学公式和概念，利用多媒体动画转化为丰富多样的形式，增进学生对知识点的记忆，引导学生充分运用创造性思维和想象力去理解，增强学生的学习兴趣，从而取得较好的课堂教学效果.但是，多媒体课件无法代替传统的黑板板书手段完成逻辑严密的公式推导、定律解析和原理阐述等推理论证过程.且多媒体教学讲课速度较快，学生往往来不及做课堂笔记，达不到良好的教学效果.因此，针对例题讲解，公式证明和原理分析等内容，适当采用传统教学方式更能突出重点，细致分析难点，给予学生充足的思考时间，更容易被学生接受.所以，采用多媒体辅助教学，即将传统的粉笔加黑板与现代的多媒体手段相结合，既能在有限的时间里讲授更多的内容，又能体现教师语言的特点.

3注重对基础知识的掌握，理论联系实际

针对物理化学中大量的基本概念、基本定律，要设计出适合学生理解和掌握的讲课体系，引导和激发学生的学习兴趣.在教学过程中，注意将理论知识和实际生产生活联系起来[3]，比如:在讲授“稀溶液依数性”原理时，可以结合实际生活中的例子“在北方的冬天，吃冻梨前先将其放入凉水中浸泡一段时间，发现冻梨表面结一层薄冰，而里面却解冻可以食用了，如何用物理化学的原理来解释这一现象呢?”，只要明白浸泡冻梨后的水不是纯水，而是溶有糖份等物质的稀溶液，利用稀溶液凝固点降低的原理就可以解释这一现象了.实践表明:在教学过程中，重视理论和实践的结合，根据所讲授的知识点，适当地应用一些实际生活中的实例，让学生感到利用物理化学的原理可以解决的问题无所不在，而不会感到物理化学因其严密的逻辑性而显得太过枯燥，会引起他们的学习兴趣.近些年来由