量子力学应用举例精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇量子力学应用举例范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

当计算机遇到化学……

提到化学模型，我们可能首先会联想到中学化学课上老师用塑料球和小棍搭起来的模型。现在，建模则由计算机完成。当计算机遇到化学，便形成了计算化学这一新的交叉学科。

化学研究的核心在于“化”字，即分子之间的相互转化，旧化学键断裂、新化学键生成。只有这样，才能创造出新材料，设计出新药物。可是，分子之间的转化经常发生得很快，在毫秒瞬间，电子便从一个原子核跃迁到另一个，传统的化学方式已很难捕捉这个过程，必须借助计算机这一工具。时至今日，计算机对化学家的作用已经和化学实验手段一样重要。因为计算机对化学反应的模拟能够非常逼真，化学家们已经能够通过计算机预测传统实验的结果了。

在20世纪70年代计算机还未被普及的时候，马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特及亚利耶·瓦谢尔就打造了坚实的计算机程序基础，为后人用于了解和预测化学反应进程作了强大铺垫。近年来，因为计算方法和计算机软硬件的飞速发展，在他们的基础上取得了很多的后续成果，并得到推广应用。

得益于他们的工作，我们将解开许多关于自然界的疑问。比如世界上最重要的化学反应——光合作用是怎么进行的？如果能模拟出来，那么我们就将能制造出更加高效的太阳能电池板；催化剂如何加快化学反应？如果深入了解其中的机理，我们可以尝试通过催化让水分子分解，从而开发出清洁的能源；药物如何在人体中发生作用？通过计算的方法，寻找出药物的靶点以及可能的药物干扰，我们就能设计出满足我们特定需求的理想药物。

诺贝尔“理综”奖？

如果化学反应在气相中发生，由于参与反应的分子受环境影响小，因此是理想的模型体

系（1986年，李远哲等三人因为用实验方法揭示气相化学反应微观细节而获得诺贝尔化学奖）；然而，化学反应更多是在液相，在生物体系中发生，体系自由度多，非常复杂，不容易弄清楚细节。而反映真实情况的多尺度模型可以用来研究复杂体系的分子行为，包括液相化学反应或者是生化反应。

为什么生物体系中的分子反应如此复杂呢？举例来说，“人体的一个细胞内就可有上百亿个蛋白质分子。一个大的蛋白质分子可包含上百万个原子。蛋白质内每两个原子间都有相互作用，这些原子处于不停的运动中，其情形就像北京城内同一时刻有两百万辆机动车行驶一样。计算和跟踪一个蛋白质的原子运动就像记录和监控北京的车辆一样。如此巨大的分析计算量必须借助计算机技术来存储和分析。”这番话出自中科院计算数学与科学工程计算研究所的卢本卓研究员，他的研究方向就与此次诺贝尔化学奖相关，而他原本是学物理出身。这是不是有点儿“乱套”了？当然没有，而且还恰恰反映了本届诺贝尔化学奖的交叉学科属性，即计算机、物理、数学、生物学和化学等多学科相互渗透和融合。难怪本届诺贝尔化学奖被戏称为诺贝尔“理综”奖。

这是化学的荣誉

虽然被戏称为“理综”奖，但这的的确确是属于化学的荣誉。理论化学发展到今天，其最大的组成部分就是计算化学。计算化学的基础理论大多来源于两部分：量子力学和牛顿经典力学，这两个学科在化学上的应用则分别诞生了量子化学和分子模拟两个学科。涉及电子的化学反应需要用量子化学来解决，一旦涉及到分子间的相互作用，其量子效应往往可以忽略不计，使用经典力学就足以描述，从而大大地简化了计算，这就是分子模拟。

当描述化学反应的过程时，量子力学的描述是小而精，经典力学的描述大却精度不高。如果都用高精度的方法来描述化学过程，理论上当然不错，但实际计算将难以进行。所以，多尺度组合的方法便成了最好的选择。这也体现了三位获奖者开创性工作之所在，即把两种体系中的精华部分提取了出来，并且找到了适用于二者的研究方法。

篇(2)

爱因斯坦的广义相对论说，宇宙源自奇点大爆炸。但这理论并不具备完善的时空量子结构，因此，我们无从得知物质紧密汇聚的极限与引力强度的范围。物理学家需要一套新的量子引力理论，才能明了究竟发生了什么事情。

根据“圈量子引力理论”，空间可被细分为许多具有体积的“原子”单位。由于它们仅有有限的容量可储存物质与能量，因此奇点是无法真正存在的。

若果真如此，宇宙产生的时间就有可能推到大爆炸之前。大爆炸前的宇宙或许曾非常剧烈地收缩成具有极大密度的一点，然后反转整个过程。简单地说，就是由大崩塌导致大反弹，最后才变成大爆炸。

由于原子的概念在现代已经是老生常谈，我们很难想象它曾经是个多么荒诞不经的想法。几个世纪前，当科学家第一次假设原子存在时，他们绝望地认为这么小的东西绝不可能观测得到，甚至有许多人质疑原子这样的概念是否合乎科学。不过，原子存在的证据逐渐累积，终于在1905年因为爱因斯坦分析了液体中微尘颗粒随机跳动的布朗运动，达到了高峰。即便如此，物理学家仍然花了20年才提出解释原子的理论， 也就是量子力学。又过了30年之后，物理学家米勒才第一次用显微镜观察到原子的身影。今天，物理学各领域的发展，几乎都以物质原子的特殊性质为基础。

物理学家对时间与空间组成的理解亦经过了类似的过程，但还未达到成熟的阶段。正如从物质的行为可看出它们是由原子构成的一样，空间与时间的行为也暗示了它们具有某些细微的结构――可能是由类似 “时空原子”组成的马赛克构造，或是某种网状系统。物质原子是化合物不可分割的最小单位；同理，想象中的“时空原子”是时空不可分割的最小单位，一般认为它们的直径只有大约10-35米，小到连当今可探测到10-18米的距离的最强大的仪器都无法看到。所以，许多科学家甚至质疑这种“时空原子” 的概念是否合乎科学原理，不过， 也有许多科学家不受影响，相继提出间接观测“时空原子”的方法。

看似最有希望的方式，与宇宙的观测有关。如果能倒转宇宙的时间，我们所见的星系会全都汇聚到一个无限小的点：大爆炸奇点。爱因斯坦的广义相对论预言，宇宙在该点上具有无穷大的密度与温度，一般认为，这是宇宙的起点，物质、空间与时间从此诞生。不过，这种诠释有些过头了，因为无限大的数值表示广义相对论本身在此失效。为了理解大爆炸时究竟发生了什么，物理学家必须发展出一套超越相对论的、能够捕捉到时空细微结构的量子引力论，以攻克广义相对论完全无能为力的问题。

该结构的细节产生于太初宇宙的致密环境中，从现今物质与辐射的分布上或许能看出一些蛛丝马迹。简单地说，假如“时空原子”确实存在，我们将不会像物质原子一样得花上好几百年才找到证据。靠点运气，我们或许就能在未来10年内知道此事的大致轮廓。

物理学家已经设计出一些量子引力的可能理论，每个理论都将量子原理以不同的方式应用在广义相对论上。我的工作锁定在“圈量子引力理论”，那是在20世纪90年代经过两个步骤发展出来的理论。首先，理论物理学家以数学方法重新将广义相对论公式化，让它看起来很像古典的电磁理论；这一理论就是因为模拟于电场和磁力线而得名的。其次，依循某些与扭结数学相同的创新程序，将量子原理应用到环圈上，以此导出的量子引力理论，预测了“时空原子”的存在。

其他的理论，像弦理论与所谓的“因果动力三角形”等，并没有预言“时空原子”，但认为有其他的方式可让极短的距离成为不可分割的物理量。这些理论间的差异已引起了许多争论，但对我而言，它们之间的矛盾并没有大到不可调和的地步。举例来说，若想统一在微弱引力状况下粒子间的交互作用，弦理论是非常有用的理论，但若想分析在引力场强大的奇点上究竟发生了什么事情，“圈量子引力”的原子建构则更为有效。

圈量子引力理论

“圈量子引力理论”是由阿贝・阿希提卡、李・施莫林、卡洛・洛华利等人发展出来的量子引力理论，与弦理论一起成为目前将引力论量子化最成功的理论。

物理学家阿贝・阿希提卡称：“尽管爱因斯坦广义相对论在解释宇宙方面表现出众，甚至可以描述到宇宙的起源，但是在接近宇宙大爆炸时，物质密度变得极大，相对论就不再适用了。要解释大爆炸之前的宇宙，我们就得应用量子理论，而在爱因斯坦时代，这种理论还没有出现。”

阿希提卡和他的两位博士后研究员托马斯・保罗斯基和帕姆普里特・辛格，正试图用量子理论解释大爆炸前的宇宙形态。他们利用“圈量子引力理论”建立了数学模型，可以直接描述宇宙大爆炸，甚至解释爆炸前的情景。另一方面，阿希提卡说，在大爆炸之前存在着另一个时空几何的宇宙，与现在的宇宙十分相似，只是它不是在膨胀，而是随着时间的推移逐步缩小。他还说，其实宇宙的变迁并非传统意义上的大爆炸，而是一次量子跳跃。

“圈量子引力理论”被认为是将广义相对论和量子物理学相统一的最有效手段。“这种理论假定时空几何本身有离散的‘原子’结构，”阿希提卡解释道，“与我们熟悉的时空连续性不同，‘圈量子引力理论’认为空间是由一维量子构成，在接近大爆炸时，这种构造被剧烈地打破，量子自身的属性使得物质引力相互排斥，而非相互吸引。

篇(3)

关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质

2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5％，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。2003年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在与时俱进地改变着。

本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代[1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。

1 突破传统制造技术的观念

纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果[2～7]。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究[8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景[15～17]。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。

T.B.Sercombe等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法[18]，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5 mm 其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新的冶金和制造技术途径。

2 纳米材料的完美定律

描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料和器件的典型特征，它决定了纳米材料的多样性。其中有个重要规律，我们称之为纳米材料的完美定律，用简单语言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了纳米晶粒的魔数规则，即含有13、55、147…等数量原子的原子团是稳定的，对于富勒烯碳60和碳70存在的几率最大，而对于碳59或碳71等结构体系根本不存在。这就是为什么斯莫利(Smmolley)他们当初能在大量的富勒烯中首先发现碳60和碳70，从而获得了诺贝尔奖。对于一维纳米结构，包括纳米管和纳米线，存在类似的规则。可以模型上认为是由壳层构成的，每个壳层中更精细的结构称为股，每一股是一条原子链，中心为1股包裹壳层为7股的表示为7-1结构，再外壳层为11股的，表示为11-7-1结构，等等，构成最稳定的结构，这是一维纳米结构的魔数规则。对二维纳米膜存在类似的缺陷熔化规则，即不容许存在很多缺陷，一旦超过临界值，缺陷自发产生，完全破坏二维晶态结构。上述这些低维结构特征是完美定律的具体表述，进步普遍表述理论是正在研究中的课题。

完美定律是我们讨论涂层材料的出发点，因为纳米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造过程中，方法简单、产额高、成本低是最有竞争力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市场，一定是不计成本的特殊需要，有政治背景或短期的社会需求。因此在我们探索纳米材料制造时，首先考虑的应是满足完美定律的技术，如用甲烷电弧法制备纳米金刚石粉技术[1]，电化学沉积法制备金属纳米线阵列技术[19]，以及电炉烧结法制造氧化物纳米带技术[20]等等。

3 涂层纳米材料将给我们带来什么?

涂层纳米材料是纳米科技领域具有代表的材料，或是低维纳米材料的有序堆积结构，或者是低维纳米材料填充的复合结构。两者都比传统材料有惊人的结构和特性。如新型高效光电池[21]、各向异性结构材料[19]、新型面光源材料[22]等，这里举例介绍基于热电效应的新型纳米热电变换材料。

热电效应器件的代表是热电偶，即利用不同导体接触的温差电现象进行温度测量的器件。基于热电效应可以制成两类器件：热产生电和电产生温差。前者可以用于制造焦电器件，即用热直接发电，如将焦电材料涂于内燃机缸表面，利用缸体温度高于环境几百度的温差发电，将余热变作电能回收。后者可以做成电致冷器件。这类的直接热电变换器件具有无污染，没有活动部件，长寿命，高可靠性等优点，但块体材料制成器件的效率低，限制了它的应用。纳米科技兴起以后，人们探索利用纳米晶或纳米线结构能否解决热电效应的效率问题。认为用量子点超晶格材料有希望显著提高热电器件的效率，这是由于纳米材料显著的能级分裂，有利于载流子的共振输运和降低晶格热传导，从而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]报告了量子点超晶格结构的热-电效应器件，他们制备了PbSeTe／PbTe量子点超晶格(QDSL)结构，用其制造了热电器件(Thermo-electrics，TE)，图2(a)是纳米超晶格TE致冷器件的结构和电路图，(b)电流-温度曲线。将TE超晶格材料，其宽11 mm，长5 mm，厚0.104 mm，n-型的TE片，一端置于热槽，另一端置于冷槽，为了减小冷槽热传导而形成这同结接触，用一根细金属线与热槽连接。当如图2(a)所示加电流源时，将致冷降温。对于这种纳米线超晶格结构，由于量子限制效应，发生间隔很大的能级分裂，从而得到很高的热电转换效率。图2(b)是TE器件的电流-温度曲线，实验点标明为热与冷端温差(T )与电流(I )关系，电流坐标表示相应通过器件的电流。■为热端温度Th与电流I 的关系，其温度对于流过器件的电流不敏感。为冷端温度Tc与电流I 的关系，其温度对于电流是敏感的。图中A是测得的最大温差，43.7 K，B是块体(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大温差，30.8 K。从图中可以看出，在较大电流时，冷端温度趋于饱和。采用这种致冷器件由室温降至一般冰箱的冷冻温度是可能的。

电热效应的逆过程的应用就是焦电器件，即利用热源与环境的温差发电。对于内燃机、锅炉、致冷器高温热端等设备的热壁，涂上超晶格纳米结构涂层，利用剩余热能发电，将是人们利用纳米材料和组装技术研究的重要课题。

类似面致冷、取暖，面光源，面环境监测等涂层功能材料，将给家电产业带来革命性的影响，将会极大地改变人类的生活方式和观念。

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4 含铁碳纳米管薄膜场发射

碳纳米管阵列或含碳纳米管涂层场发射被广泛研究，以其为场发射阴极做成了平板显示器。研究结果表明碳管的前端有较强的场发射能力，因此碳管涂层膜中多数碳管是平放在基底上的，场电子发射能力很差。我们制备了含有铁(Fe)纳米粒子的碳纳米管，它的侧向有更大的场发射能力，有利于用涂层法制造平板场发射阴极。图3(a)是含铁粒子碳纳米的TEM像，碳管外形发生显著改变。(b)是碳管场发射I-V特性曲线，I是CVD生长的竖直排列碳纳米管的场发射曲线，II是含铁粒子碳纳米管竖直阵列的场发射曲线，III是含粒子碳纳米管躺在基底上的场发射曲线，有最强的场发射能力。根据此结果，将含铁的碳纳米管用作涂层场发射阴极，有利于研制平板显示器。

5 电子强关联体系和软凝聚态物质

上面所讲到的涂层纳米功能材料和器件是当今国际上研究的热门课题，会很快取得重要成果，甚至有新产品进入市场。当我们在讨论这个纳米科技中的重要方向时，不能不考虑更深层的理论问题和更长远的发展前景。这就涉及到物理学的重要理论问题，即电子强关联体系(electron strong correlation system)与软凝聚态物质(soft condensation matter)。

在量子力学出现之前，金属材料电导的来源是个谜，20世纪初量子力学诞生后，解决了金属导电问题。基于Bloch假设：晶体中原子的外层电子，适应晶格周期调整它们的波长，在整个晶体中传播；电子-电子间没有相互作用。这是量子力学的简化模型，没有考虑电子间的相互作用，特别是在局域态电子的强相互作用。2003年又有人提出了金属导电问题，Phillips和他的同事以“难以琢磨的Bose金属”为题重新讨论了金属导电问题[24]。当计入电子间的相互作用时，可能产生的多体态，超导和巨磁阻就是这种状态。晶体中的缺陷破坏了完善导体，导致电子局域化。电子与核作用的等效结果表现为电子间的吸引作用，导致电荷载流子为Cooper对。但这个对的形成，不是超导的充分条件。当所有Cooper对都成为单量子态时，才能观察到超导性。这样，对于费米子由于包利(Paulii)不相容原则，不可能产生宏观上的单量子态。Cooper对的旋转半径小于通常两个电子相互作用的空间，成为Bose子。宏观上呈现单量子态，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化电子范围内，超导性可能认为是玻色-爱因斯坦凝聚，这个观点现今被很多人接受。从20世纪初至今，对于基本粒子的量子统计有两种，一是Fermi统计，遵从Paulii不相容原理，即每个能量量子态上只能容纳自旋不同的2个电子，而Bose子则不受这个限制。在凝聚态物质中有两个基态：即共有化Bose子呈现超导态，局域化Bose子呈现绝缘态。然而，在几个薄合金膜的实验中，观察到金属相，破坏了超导体和绝缘体之间直接转换。经分析认为这是玻色金属态，参与导电的是Bose子。推断这个金属相可能是涡流玻璃态，这个现象在铜氧化物超导体中得到了验证。

软凝聚态物质研究的对象是原子、分子间不仅存在短程作用力，而且存在长程作用力，表观上呈现的粘稠物质形态，称为软凝聚态。至今，人类对于晶体和原子存在强相互作用的固体已经知道得相当透彻了，但对软凝聚态的很多科学问题还没有深入研究，21世纪以来，引起了科学家的极大兴趣。软凝聚态物质包括流体、离子液体、复合流体、液晶、固体电解、离子导体、有机粘稠体、有机柔性材料、有机复合体，以及生物活体功能材料等。这其中的液晶由于在显示器件上的很大市场需求，是被研究得相当清楚的一种。其他软凝聚态结构和特性的科学问题和应用前景是目前被关注的研究课题。这其中主要有：微流体阀和泵、纳米模板、纳米阵列透镜、有机半导体、有机陶瓷、流体类导体、表面敏感材料、亲水疏水表面、有机晶体、生物材料(人造骨和牙齿)、柔性集成器件，以及他们的复合，统称为分子调控材料(materials of molecular manipulation)。其主要特征是原子结构的多变性和柔性，研究材料的设计、制造、结构和特性的测量、表征，追求特殊功能；理论上探讨原子结构的稳定体系，光、电、热、机械特性，以及载流子及其输运。关于软凝聚态物质，有些早已为人类所用，电解液、液晶等，但对其理论研究处于初期阶段。科学的发展和应用的需求促进深入的理论研究，判断体系稳定存在的依据是自由能最小，体系自由能可表示为F=E-TS，其中S是熵。对于软凝聚态物质体系，S是重要参量。其中更多的缺陷，原子、分子运动的复杂行为，更多的电子强关联，不再是单粒子统计所能描述，需要研究粒子间存在相互作用的统计理论。多样性是这个体系的突出特征，因此其理论涉及广泛、复杂问题。

物理学是探索物态结构与特性的基础学科，是认识自然和发展科技的基础，其中以原子间有较强作用的稠密物质体系为主要研究对象的凝聚态物理近些年有了迅速进展，研究范围不断扩大，从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物和生物体结构等。几乎每一二十年就有新物质状态被发现，促进了人类对自然的认识和对其规律把握能力，推动了科学和技术的发展。21世纪仍有一些老的科学问题需要深入研究，一些新科学问题已提到人们的面前。特别是低维量子限域体系和极端条件下的基本物理问题。20世纪80年代出现的介观物理，后来发展成为纳米科技所涉及的学科领域。与宏观体系和原子体系相比，低维量子限域体系，还有很多物理问题有待解决，人们熟悉的宏观体系得到的规则和结论有些不再有效，适用于低维量子限域体系的处理方法和理论需要探索，特别是将涉及到多层次多系统问题的描述和表征，将会有更多的新现象、新效应、新规律被发现。在纳米尺度，研究原子、分子组装、测量、表征，涉及有机材料、无机／有机复合材料和生物材料，这将大大的扩展了物理学研究的范围和深度。涉及的重大科学前沿问题和重点发展方向有①强关联和软凝聚态物质，及其他新奇特性凝聚态物质；②低维量子限域体系的结构和量子特性，包括纳米尺度功能材料和器件结构和特性；③粒子物理，描述物质微观结构和基本相互作用的粒子物理标准模型和有关问题，以及复杂系统物理；④极端条件下的物理问题，探索高能过程、核结构、等离子体、新物理现象和核物质新形态等；⑤生命活动中的物理问题，物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学中，研究生物大分子体系特征、DNA、蛋白质结构和功能等，其研究关键将在于定量化和系统性，必然是多学科的交叉发展，成为未来科学的重要领域。

6 结论

本文讨论了纳米线涂层的结构和特性，重点是纳米线的复合涂层和其电学特性、光电特性。其中包括制造技术新观念，纳米材料的完美定律，纳米涂层的热-电效应，碳纳米管的侧向场发射，以及电子强关联体系和软凝聚态物质，展示了涂层科学与技术的发展前景。

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篇(4)

关键词：新课程　新教材　物理学史　四条原则

随着教学改革的不断深化，全面实施以培养学生的创新精神和实践能力为重点的素质教育已成为教育界的共识。对物理学科而言，在实施新课程和新教材过程中，不断地有许多新的观点，好的做法出现，并且也涌现出成功的典型。但是，也有许多尝试偏离了物理学科发展的原则，值得我们共同来关注和探讨。纵观物理学史，结合新课程改革的理念，在实施新课程和新教材的过程中，教师除了要具有扎实的专业知识和渊博的综合性知识之外，还必须遵循以下四条原则：

一、敢于质疑

20世纪物理学革命告诉我们，科学的每一次崭新境界的开辟，都必须要有敢地向旧理论说“不”的勇气。爱因斯坦，玻尔用他们年轻的心，沸腾的血和活跃的头脑，带领海森伯等一批又一批的年轻人，勇敢地向旧理论思想挑战。在此期间，每一个“不”字的出现都响彻云霄，宛如春雷一般。普朗克提出能量是“不”连续的；爱因斯坦更深入地提出了辐射也是不连续的；海森伯更是提出了量子力学中最关键的一个关系式即“测不准关系式”；此外华裔物理学家李政道，杨振宁又向守恒说出了“不”，提出了“宇称不守恒”。每一个“不”字都给物理学以飞跃，可见，挑战孕育了创新，勇气孕育了力量，信心带来了成功。

在实施物理新课程与新教材过程中，教师要努力培养学生敢于质疑，勇于创新的科学精神。在物理课堂上，教师要鼓励学生敢于向权威挑战，要努力营造一个民主，平等的课堂气氛，让学生们用一个开放的，喜欢探究和充满活力的头脑去不断提出新观点，否定旧理论。充分发挥学生探究学习，自主学习，合作学习的能力。教师应该树立理性的权威观。

随着信息时代的到来，为学生提供了广泛摄取知识与锻炼思维的机会。因而他们也完全可能在某方面甚至是本学科领域领先于教师。在物理教学中，学生会常跟老师谈及他们从网络信息中获取的一些知识与信息，其中可以有很多对教师来说是全新的感受。“闻道有先后，术业有专攻”，“青出于蓝而胜于蓝”。因此我们在教学中应永远保持谦虚进取的态度。在教育学生的同时，也应自觉地接受学生的“教育”，并把自己置身于终身学习的状态。因此，教师在教学中应充分表现出严谨务实，批判进取的科学精神，努力展示自己的教学智慧及内在的精神气质，教师的热情和同情心，教师善于鼓励和想像的倾向性，为学生的发展具有极大的影响力。教师在教学中应该有强烈的好奇心和求知欲，有远大的理想和锲而不舍的钻研精神，要有热情洋溢、情绪饱满、富于激情的想象力，并以此来树立自己在学生心目中的崇高地位。

二、勇于争辩

通过研究物理学史，我们不难得到这样一个启示：科学的每一次重大发现和突破的背后都隐藏着激烈的争论。其中最令世人注目的是爱因斯坦和玻尔旷日持久的世界性论战。爱因斯坦拒绝把量子力学接受为终极理论，并对以玻尔为代表的哥本哈根学派的正统解释发动了猛烈的攻击，这场争论使世人明白，量子力学的理论是非局域性的理论。它涉及到类空关系，即比光速还快的信号传播，而狭义相对论则是局域性理论。这场世界性的科学争论，无疑对科学和哲学的发展产生了深远的影响。此外，玻尔和海森伯的散步，普朗克和爱因斯坦的争论都对20世纪的物理学产生了极为深远的影响。讨论并没有完，现在在牛津和剑桥，科学怪杰霍金和彭罗斯的讨论还在继续着，物理学还将有着重大发展，因为“科学扎根于讨论”。

教师在实施新课程和新教材过程中，必须转变传统教育中的师生观，构建相互尊重，互相信任的，平等的，合作的新型师生观，教师应该成为学生学习的帮助者，指导者，合作者，促进者，引导者。教师在课堂教学组织中要达到“四个允许”：错了允许重来；不完整的允许补充；不同的意见允许争辩；老师错了允许提意见。教师要切实把教学活动看成一个不断面临新问题的过程，是一个知识不断扩展的过程，是一个与学生不断共同学习的过程。从而真正做到教师与学生之间相互学习，相互切磋，相互启发，相互推动，也就是要做到教学相长。同时，教师要积极创设条件，准备一些辩题，让学生在课堂上进行辩论。让学生自己摆观点，举例子，讲道理，用事实说话，从而促进学生的探究性学习，实现新课程的目标，用好新教材，培养学生勇于讨论的习惯。

三、善于思维

我们读过《物理学史》之后会发现：科学神奇之树的每一次萌芽、成长、开花、结果都有着孕育它们的科学土壤。值得一提的是哥本哈根大学物理理论研究所。在这里既有22岁当讲师、27岁当教授、31岁获得诺贝尔奖的海森伯，有作为“上帝的鞭子”不断地指出他人论文缺陷的泡利，有开玩笑不讲分寸的朗道，还有“几乎把画漫画和打油诗作为主要职业而把物理当成副业”的伽莫夫，哥本哈根大学的氛围使人感到繁忙、激动、活泼、热血沸腾、无拘无束、和蔼可亲，充满着挑战。他们的年轻和倔强，使他们不断地有新的想法，新的观点，新的思潮，新的认识如同一股股清泉涌出。在那漫长、艰辛、曲折的探求科学真理的道路上，有无数年轻人的贡献和创举。究其实质，人类科学的进步就是一个不断否定旧理论和提出新观点的过程，而他们的年轻就注定他会有一个开放，喜欢探究和充满活力的大脑，为他们取得成功提供了条件。培养学生科学的思维显得尤为重要。

作为一名物理教师，在实施新课程和新教材的过程中，尤其要注意培养学生科学的思维，思维是创新的灵魂。在教学中教师可以从以下方面来培养学生科学的思维。

①寻找思维的起点。就是能引起思考，推动思考不断深入并成为解决问题突破口的信息群。学生解决问题的能力差异大多表现在寻找思维起始点的速度快慢上，教师若能帮助学生学会寻找思维起始点，学生的学习便易获得成功。

转贴于 ②设立思维中间站。初中生思维能力弱，跨度小，学习过程中不会适时设立思维中间站，而对大量的信息，不会筛选、整理、剖析，抓不住有用的信息，把握不住问题的实质，这样就出现了一知半解，随意凑合，应付了事的情况。针对初中生的上述思维特点，在教学中要采取小步子，搭台阶的办法，在思维之间增设思维中间站，及时帮助学生排忧解难，抓住关键，把握重点。开始时思维站间距可短些，慢慢地扩大，渐渐加大思维跨度。当问题抽象，学生具体经验少时；当问题涉及面广，学生知识能力存在缺陷时；当问题内部结构复杂，学生综合能力差时，需增设思维中间站。

③已设立的各思维中间站之间需要架设思维连接线加以联系，使各思维中间站能顺序地有效地协调运行。这种联系方法既有点与点之间的串联，线与线之间的交织，又有面与面之间的网络化。围绕重点知识寻同类，举实例，找反例，思错例，将每一个思维中间站都纳入有效的思维控制范围内，形成有序的思维网络，使各知识点成为互相联系的整体，从而达到提高思维效率之目的。

④变换思维审视角。用原有的思维方法不能求得问题的解决时，应及时变换思维审视角。变常规思维为突跃思维，直线思维为平面或立体思维，收敛思维为发散思维，一般思维为极端思维，正向思维为逆向思维。往往能提高思维效率。

⑤设计开放性问题。新颖的问题能引导学生从不同的方向思考问题，寻求众多的适当答案，使学生找出以前没想到也不敢想的各种奇妙的好方法，而且是引导学生开展实践探究的好方法，这样能起到事半功倍的效果。

四、勤于实验

值得注意的是，百年诺贝尔物理学奖的重大获奖项目中绝大多数都与物理实验有关，纯理论研究很少，就是获奖的重大理论研究也是大量实验事实的总结，再用数学公式简洁表达的结果。即使是理论项目，也要在实验证实后才获奖。如：1927年电子衍射实验证实了粒子的波粒二象性，提出了波粒二象性理论的德布罗意才于1929年获奖；1957年，吴健雄实验证实了弱电相互作用，提出宇称不守恒的杨振宁、李政道获诺贝尔物理学奖；1973—1978年实验上发现中性流存在，提出弱电统一理论，预言中性流存在的、格拉肖、温伯格、萨拉姆于1979年获奖等。事实证明，物理学的理论大厦是由实验支撑的，没有实验，物理学大厦的基础就不牢固。

不仅仅如此，实验是检验物理理论正确与否的惟一标准。是各种争论的最公正的裁判，是修正错误的依据，更是发现新理论的起点。事实上，无论理论有多美好，无论它的形式有多完美，只要与实验不符就不可能成为物理学的组成部分。这表明，最后还得实验说了算，形式逻辑和完美的数学代替不了物理。因此，我们特别强调物理学研究要把理论基础和实验紧密地结合在一起，重视实验研究，重视物理实验室的建设，加大投入，更新实验设备，巧妙地设计实验方法，精心地分析实验现象，在实验中寻求新的突破和新的发展。对物理教师而言，我们应尤其注意实验教学，培养学生动手能力，动脑能力，设计能力，操作能力和实践能力。教师要在实验中让学生充分的交流合作，并且提出一些激发思考的问题，留给学生足够的探索空间，引导学生看到与其论点相矛盾的观点的事实，或者组织持不同见解的学生进行讨论，自行设计实验，验证自己的观点。要让每个做实验的同学都有自己的经验世界，他们各自对某种问题有不同的假设和推论，通过小组交流，辩论，分工与合作等形式，促进学习者之间的沟通，而面对各种不同的观点，实验者要学会整理、表达自己的见解，学会聆听，理解他人的想法，学会接纳，赞赏，争辩，互助，他们不断对自己和别人的看法进行反思和评判。平常定期开展科技小制作，小实验，小创新，小发明以及实验操作活动，引导学生进行一系列实践操作，如安装照明电路，鉴别黄金首饰等。在物理教学中加强“STS”的研究，培养学生从生活中学物理，又把物理应用于生活的能力。真正做到“in life，by life，on life”。

在实施新课程和新教材过程中，我们可能会遇到这样或那样的问题，我们可能会进行这样或那样的改革，但是我们始终要坚持敢于质疑、勇于争辩、善于思维、勤于实验这四条原则不动摇，不能偏离这个方向。我们只要坚定不移地遵循这四条原则，饱含深厚的爱国热情和强烈的民族自信心，在物理教学中时时刻刻想到，并努力做到、做好、做扎实，我们就一定能在教学中取得成功，就一定能培养出千千万万个牛顿和爱因斯坦，中国人获得诺贝尔物理学奖的梦想指日可待。

参考文献：

[1]夏磊、徐洪海等：《20世纪物理学革命的启示》，《现代物理知识》，2002年第2期

篇(5)

关键词 泛函 公理化方法 Banach空间 Hilbert空间

中图分类号：G642文献标志码：A

Discussion about Functional Analysis Teaching

HUANG Sui

(Department of Mathematics, Chongqing Normal University, Chongqing 401331)

AbstractIn this paper, we discuss about how to contact content of functional analysis with mathematical analysis, advanced algebra, real function knowledge, developing students' abstract thinking ability and logical thinking ability.

Key wordsfunctional; axiomalization; Banach space; Hilbert space

泛函分析是应上世纪量子力学等学科的需要发展起来的一门学科，迄今已经建立了较为完善的理论体系，可以说泛函分析既集了经典分析的大成，又架起了通往现代数学的桥梁，成为解决方程、控制论等其他数学问题的有力工具。泛函分析作为大学本科的一门课程，向数学专业的学生初步展示了数学既抽象又和谐的美。

泛函分析所讲的泛函二字从字面意思来解释就是更为广泛的一类函数。它不再是我们在数学分析或复分析中所讲的从实数到实数、复数到复数的函数，而是可以将任何集合中的点“变成”实数或复数的映射。这样的集合可以由函数构成（例如连续函数空间、平方可积函数空间），也可以由序列构成（例如有界数列、收敛数列等），因此有人说，泛函分析可以看成是函数空间上的函数论。这门课程是大学本科数学专业叔叔所要学习的最为抽象的课程，不仅大量涉及到了数学分析、实变函数、复变函数、拓扑学的知识，也与高等代数等课程的知识有联系，并且在一定程度上反映了空间的几何性质。那么如何在教学中将同学们所学的知识有机地结合起来应用到泛函分析的学习中来？如何由浅入深、由易到难地进行讲解，培养学生的抽象逻辑思维能力、分析解决问题的能力？如何在教学中向学生展现数学抽象、和谐的美，使其对数学的认识理解提升到一个新的高度呢？这些都是我们在教学中应该意识到并加以解决的问题。

泛函分析这门课程主要讨论了Hilbert空间与Banach空间上算子与泛函的各种性质。我们首先要在一般的集合上建立起各种各样的结构，例如拓扑结构、线性结构，其中使用了大量公理化方法，将我们再现实生活（一、二、三维空间）中两点距离的性质抽象出来定义到一般集合上形成度量空间。然后就象在数学分析中所做的一样，在这样的空间上利用“距离”定义空间中点的邻域，点列的收敛、空间上的连续映射（即算子）等，从而研究空间的分析性质，例如空间是否完备化，如果不完备，如何利用类似实数完备化的方法将其完备化。同理我们可以在空间上附加线性结构成为线性空间。接着将距离这一概念抽象成范数，得到泛函分析中讨论最多的赋范线性空间。因此在教学中应适当地将数学分析关于距离、数列的收敛、函数的连续性等知识进行复习巩固，并与泛函分析中的定义作相应的比较，一次向学生展示泛函分析所研究空间的广泛性。

Hilbert空间的性质及其上算子、泛函的讨论是泛函分析研究的主要内容之一。首先我们以学生熟悉的欧氏空间威力讨论其具有的性质，例如欧式空间上的内积，标准正交基，其上的变换与矩阵成一一对应关系等。由此如果将内积的性质公理化，以此定义出一般的内积空间；将欧氏空间中的标准正交基进行合理推广，得到一般内积空间上的规范正交系。这样我们就得到Hilbert空间的规范正交系，其作用类似于欧氏空间的标准正交基。因此可以看出，Hilbert空间是有限维欧氏空间最自然的一种推广。Hilbert空间的几何性质是教学中一个非常有趣的内容。我们知道点到线段或直线的距离是点到线的垂线段的长度，那么如何将这个几何性质反映到Hilbert空间上，并用抽象的数学语言表述出来呢？这就是极小化向量定理及其一系列推论，其中Hilbert空间的正交分解尤为重要。Hilbert空间上的算、泛函的性质有时怎样的呢？我们可以利用欧氏空间上的矩阵与之类比。

Banach空间是将Hilbert空间中对内积的要求去掉，剩下范数以后得到的完备赋范空间，这是更大更抽象的一类空间。Banach空间仍具有线性结构和拓扑结构，那么其上的算子、泛函的性质是怎样的呢？Banach空间上有三个重要定理回答了一个问题。这三个定理是：Hahn-Banach延拓定理、共鸣定理和闭图像定理。首先Hahn-Banach延拓定理处理的是线性空间上的泛函问题，它要说明的是如果空间上的泛函足够多，就可以用泛函来区别空间中任意不同的两点，更进一步，得到分离性定理。其次共鸣定理或一致有界定理的本质是由算子列的逐点有界性得到一致有界性。这与数学（下转第71页）（上接第60页）分析中函数列的逐点有界但未必一致有界是相悖的，因此在教学中要进行适当的对比。

在泛函分析的教学过程中，对定理证明的分析尤为重要。如何将定理的条件与结论有机地结合起来，找到联系两者的纽带，然后找到证明的入口。对例题的讲解也应注意同样的问题，教材中的举例往往都是非常经典的问题，例如如何证明一个赋范线性空间的完备性，虽然具有一定技巧，但是其方法都是学生在数学分析、实变函数中使用过的一些方法，因此要让学生作适当练习，理解掌握这些基本方法。对学生思维能力的培养贯穿于整个教学过程中，因此应从多方面出发，难易结合，抽象与直观联系，不仅促进学生抽象思维能力的发展，而且也能使其感受到数学的严谨的美。

基金项目：重庆师范大学博士启动基金(No.10XLB041)

参考文献

[1]程其襄,张奠宙等.实变函数与泛函分析基础第三版.高等教育出版社,2010.

[2]徐宗本.从大学数学走向现代数学.科学出版社,2007.

[3]定桂光.关于《泛函分析》课程教学改革的试探.高等理科教育,2001(3):8-10.

篇(6)

【关键词】高校数学教育　因材施教　专业知识　专业能力　专业态度　就业指导

中国教育在线12月13日的《2011高招调查报告》显示，伴随人口出生率的下降，高考生源在2008达到历史最高的1050万，2009年开始全面下降，最近3年累计下降了130万，并呈现出持续下降趋势，这种态势将延续至2017年到2020年前后。在高考生源持续下降的情况下，部分高校将因生源枯竭面临严峻生存挑战。生源危机，给高校带来了招生的压力，也增加了高校的竞争意识，打破了传统的高校高高在上的现象，让高校为了争取生源，会对自己的硬件条件和软件条件都进行完善，而要提高竞争力关键要提高教育教学质量，使培养出的学生是适应社会需求的优秀人才才是学校永远不会被社会所淘汰的硬道理。

一、提高教育质量，教师是根本基础

凡人类之所在，必有文明；凡文明之所到，必有教育；数学是所有理工科的学生在大学阶段所必修的一门课程。有人说它是一种语言，从它的结构和内容来看，是一种比任何国家的语言都要完善的语言。实际上，数学是语言的语言。通过数学，自然界在论述；通过数学，世界的创造者在表达；通过数学，世界的保护者在讲演。数学为其他学科提供了一种严密而简洁的语言，能够有效地描写基本结果以及自然现象。丘成桐说：“数学是基本语言，时空语言是几何，天文的语言是微积分，量子力学要透过算子理论来描述。而波动理论则靠Fourier分析来说明”……伟大的数学家华罗庚曾经说过：“宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之变、生活之迷、日月之繁，无处不用数学。”在我们的日常生活中，数学无处不在：像CD机、汽车、计算机……从天气预报到股票涨落，到处充斥着数学的描述和分析方法。任何一种技术、仪器没有了数学都将无法想象。尽管如此，这门学科却并不是那么受人欢迎。许多人从学生时代起就特别惧怕数学，认为数学枯燥无味、远离生活，难以理解，不少学生害怕、讨厌数学，在数学学习过程中产生了“习得无助感”，并认为除了考试，数学毫无实际用处。数学教育的不景气是世界范围内近几十年的事情，当然因素很多，其中一个重要的因素就是数学太难，花了很大力气去学，学了后又觉得不划算。

如果把学习的过程比作不断雕琢打磨的加工过程的话，那么大学生就是还未下线的半成品，作为学习过程中起主导作用的高校教师就是生产一线上的工人师傅。如何把其塑造成优质产品打入市场呢?

1.钻研学生，因材施教

学生这一群体具有发展的连续性与突变性、发展的阶段性与个体差异性等特征，又是由一个个充满无限发展可能的鲜活生命个体组成的。每个学生都拥有不同的禀赋和个性，在发展来源上有先天、后天之别，在出现程序上有初始、后继之别，在阶段上有共性、个性之别，在内容性质上有自然与社会之别，在载体上有身体、心里之别等。每个学生都是复杂唯一的个体。教师的工作是“一对多”，对学生的认知较为复杂和困难，即便把学生按照是否升本(专科生)或是否考研(本科生)的意愿并参照数学成绩的好坏分成不同的教学班进行分层次教学，但在具体实施过程中由于学生各学科发展间的不平衡，也会涉及到不同学科上课时的混乱。而且即便是同一分层的学生之间在自身的学习能力、潜力和预备知识等方面也是各不相同的。所以根据每个学生的身心发展特点施教即因材施教才能使我们的教育收到实效。

要真正做到因材施教对教师来说很难，每个教师可以做的就是不断接近因材施教的最高境界。无论学生发展存在怎样的阶段性与共性特征，每个教师面临的学生总是千差万别、鲜活生动的。教师的工作是“一对多”，对学生的认知较为复杂和困难，只有沉下心来客观全面地去钻研自己的学生才能在教学过程中做到有的放矢、因材施教，从而不断突破对其认知和驾驭的限度。

2.关注学科前沿，拓展专业知识

教师的任务是把知识的学术形态转化为教育形态。“教学水平较低的教师照本宣科，把书上的内容重复一遍，抄在黑板上，就算‘教’过了。好的教师，就不只是讲推理，更要讲道理，把印在书上的数学知识转化为学生容易接受的教育形态。教育形态的数学知识，散发着数学的巨大魅力。教师通过展示数学的美感，体现数学的价值，揭示数学的本质，感染学生，激励学生。这，才是美好的教育。”也就是说，除去一定的教育素养与数学素养外，数学教师还应具备这样三种特殊能力：(1)善于举例。教师不仅应当通过适当举例为学生较好地掌握抽象的数学概念提供必要的基础，在学生求解问题时也应通过适当举例为他们提供原先不具备的经验和方法，做一定数量的有代表性的题目是学好数学所必需的。(2)善于提问。这不仅是教学工作启发性的主要标志，也是数学思维的具体体现。在教学过程中教师根据学生的思维特征提出问题激发其学习的积极性和求知欲，同时将善于提问和思考的习惯潜移默化地传授给学生，形成其受用一生的专业态度。(3)善于比较与优化。这可以被看成是由数学思维发展的基本性质直接决定的：“它必须重新组织、重新认识，有时甚至要与以前的知识和思考模式真正决裂。”从而，数学思维的发展也就必然地有一个不断优化的过程。例如，一元函数连续与可导可微间的联系，多元函数的微积分与一元函数微积分对应概念间的联系与区别，关于一元函数的结论在多元函数上的推广等等。

当然，以上所有的一切都要求教师自身有扎实的专业知识。正所谓“要给学生一碗水，教师要有一桶水”。教师可以不研究学科知识的前沿，但需要去关注和了解，需要在关注与了解的基础上，引领自己专业知识的发展，站在更高的角度来考虑问题。关注学科前沿知识对于夯实教师的专业基础知识、专业知识的整合输出即提升教师自身的学术意识思维具有重要的作用，避免其因缺乏引领而被僵化，因缺乏聚合而被低端化，因缺乏学术思维而被固化。教师需要对所教学科前沿知识的关注，来保持一种学术思维，养成优良的学术品质，以此不断突破教师专业知识的权威与发展局限。

3.改革教学方法，提升专业能力

在具有良好的专业知识素养的基础上，还要与好的教学方法相结合，才能产生好的教学效果。合理采用现代化的教学手段进行辅助教学，增加课堂信息量，增加数学图形的动态和直观演示。数学建模是数学在实际生活中最直观的应用，可把其思想融合到数学主干课程、结合数学建模讲解相关例题。比如，讲解用微分方程建立的数学模型、线性代数与解析几何中用矩阵建立的数学模型，概率统计与随机过程中用统计建立的数学模型等，使数学建模教育在数学主干课程中不断线。在教学中，我们可以对选编的一些实际问题(如利息、股票、利润、保险等问题)引导学生观察、分析、抽象、概括为数学模型，培养学生的建模能力，通过建模训练，可以让学生

体会到数学中的定义、概念、定理、公式等都是从现实世界中经过逐步抽象、概括而得到的数学模型，与现实世界有千丝万缕的联系，并且可以反过来应用于现实世界解决各类实际问题。

4.发挥自身长处，养成教学风格

教学是一门艺术，艺术的生命在于特定情境或基于特定灵感的创造，而创造应是基于自身长出的极致发挥。教师独特而有优秀的教学风格的养成无疑是教师专业能力提升的归宿。优秀的教师都具有较强的专业能力，他们的区别只是这种较强的专业能力依附于不同教师所表现出来的教学风格。发挥自身长处，不断养成自己独特的教学风格，是教师不断突破专业能力转化与迁移限制的必由之路，俗话说：“有什么样的老师就有什么样的学生”，老师对学生的影响是潜移默化的。“优秀是一种习惯”，最终的成功是依靠平时一点一滴的积累达到的，从量变上升到质变。

5.安贫乐道，甘于奉献

如果说教师的专业知识解决的是教师能不能进行教学，教师的专业能力解决的是教师会不会进行教学的话，那么教师的专业态度解决的则是教师愿不愿进行教学。正所谓，“态度决定一切”，在教师专业化不断推进的今天，相比教师的专业知识与专业能力而言，教师专业态度的提升显得尤为迫切。在这个充满浮华与诱惑的时代，能够做到问心无愧是一种难得的境界。教师的阵地在课堂，教师的幸福首先来源于课堂。走进课堂。教师的能量在喷发，学生的潜能被开垦，情感在交流，智慧在碰撞，师生的生命都在跃动；书本里冰冷的文字被激活，文化的生命在传承，每堂课、每个环节、每次问答，都是创造性劳动，都是教师的幸福之源，我们学习中收获智慧，在感动中体验幸福，享受着远离钩心斗角、尔虞我诈、物欲横流的纯洁校园带给的宁静与安逸。

二、提高教育质量。学生是根本对象

时下，大学生就业难问题已经成为社会各界广泛关注的焦点问题之一。如果通过以上的程序，我们的学生已经成长为知识面比较开阔、学习研究能力比较强、爱岗敬业的优秀人才，那么又如何才能使其在社会激烈的竞争中胜出并最终找到各自心仪的工作呢?

从就业角度来看，必须把用人单位、社会的需求和评价，及时反馈到学校的招生培养环节。我们的目标是在维持较高就业率的基础之上，以提高就业质量、提高成才率为主。以指导为主进行职业指导，主要是注重培养能力，培养职业生涯设计的能力。建立一个广义的服务体系，建立教师与学生之间的结对帮扶关系，老师花一定时间和精力去帮助学生。当然首先且关键的问题就是拓宽学生的思路。在报考数学与应用数学专业的同学中，不少人把自己的就业定位在高校数学老师方面，这也是对专业就业方向定位不准的一个误区，数学与应用数学专业是联系数学与自然科学、工程技术及信息、管理、经济、金融、社会和人文科学的一个重要桥梁，通过建立数学模型和借助功能日益强大的计算机，应用数学的研究范围更加广阔，包括应用数学的基础理论、具有广泛应用可能的数学方法、利用数学方法解决实际问题等。同学从这个专业毕业后，可以胜任科研机构、政府机关、企业的相关技术工作和管理工作，或在生产、经营及管理部门从事实际应用、开发研究工作。更有很多毕业生在大型软件公司从事编程工作，与计算机相关专业的毕业生所从事的工作区别并不大。另外。由于此专业的同学数学基础扎实，继续攻读研究生也会有比较宽的选择方向。

解决了后顾之忧，那么数学便能真正成为不但实际上很美、有内涵美的一门科学，而且看起来也很美、有外在美的一个专业，成为人人争抢的香饽饽!我想所有的基础学科都应与时俱进求发展，那么高等教育基础学科的振兴与繁荣便指日可待!

参考文献：

[1]莫里兹，数学的本性[M].朱建英译，大连：大连理工大学出版社，2008.

篇(7)

[关键词]情报学理论　哲学　哲学

[分类号]G350

1　作为情报学基础的几种哲学观点

情报学的发展史表明，情报学界的研究者一直在不断地探索适合情报学发展的哲学基础，从布鲁克斯利用波普尔“三个世界”的哲学思想提出有关情报改变人类知识结构的情报学理论开始，陆续出现了许多其他的情报学哲学基础理论，例如，以库恩的“科学范式”、“科学革命发展的动态模式”及以托卡拉斯的“科学研究纲领方法论”为哲学基础；以马克思辩证唯物主义认识论为哲学基础；以矛盾论为哲学基础等等。本文主要探讨情报学界认可度较高的三种哲学基础。

1.1波普尔“三个世界”理论

1983年，英国谢菲尔德大学图书情报学家布鲁克斯在《情报学》杂志上发表“情报学基础”一文，直接引进了英国哲学家波普尔的“三个世界”理论，这是图书情报学界引入“三个世界”理论的开始。在此之前，1981年罗马大学图书馆与档案学院Alfred Serrai教授曾在其著作中指出了“三个世界”理论在图书情报界应用的可能性。

布鲁克斯将波普尔的“三个世界”理论作为情报学的哲学基础，他认为人们要探索“世界1”，就需要同时探索“世界3”。人们从“世界3”获得所需知识，并利用这些知识将“世界1”和“世界2”联系起来，“世界2”作用于“世界1”的结果，记录下来又成为“世界3”的一部分，整个这一过程就是情报过程，情报就是这种过程中的动态知识。

然而，布鲁克斯的情报学观点在我国并未取得一致的认可。穆安民等认为，波普尔是个多元论者，其“三个世界”理论属于唯心主义哲学体系，不能将其作为情报学的哲学基础，只有哲学才是情报学真正的哲学基础。朱奎华指出，波普尔的“三个世界”理论虽然对情报学哲学基础的研究产生了很大影响，但它作为唯心主义的多元论仍不能成为情报学哲学基础。杨启全等人也认为，应从哲学的角度来分析波普尔“三个世界”理论，不能单独将其作为图书馆学、情报学理论的哲学基础。靖继鹏等人也指出，波普尔的“三个世界”理论认为“世界1”、“世界2”、“世界3”三个世界是并存的，并不存在反映与被反映的问题，是一种多元实在论，因此能将其视为情报学的哲学基础。

国内对其持肯定态度的学者也不在少数，如，严怡民教授指出，波普尔提出的“世界3”(客观知识)这一新范畴，把人类精神产品从以往的精神范畴中划分出来，视为精神财富而予以强调，是可取的。因为在现代科学技术发展中，客观知识是认识过程中的一个极为重要的因素，是人类实践活动中的一个必不可少的中间环节。波普尔的客观知识概念对于加深人类对世界的认识和拓宽科学研究领域具有现实意义，他所提出的“三个世界”的相互作用机制，也基本符合宇宙直接运动、发展的客观规律。谢先江系统分析了波普尔“三个世界”理论对情报学的指导作用，并将其视为情报学哲学的本体。靳娟娟中指出，波普尔三世界理论可作为情报学的本体论基础。刘植惠教授指出了波普尔“三个世界”理论对情报学学科建设所产生的重大影响。

1.2“四个世界”理论

“四个世界”理论的出现是国内学者从哲学观点出发，对“三个世界”理论加以批判、继承的结果。刘植惠和秦铁辉分别提出了各自的“四个世界”的理论。刘植惠认为在自然物质世界和人类精神世界外，还存在着人工物质世界和精神产品世界，而秦铁辉将刘植惠的后两个世界统称为人工创造物世界，又将语言单独地作为准人造物世界，这两种理论都吸收了波普尔在哲学上细分世界层次的独到之处，试图为情报学提供一个辩证唯物主义的本体论基础。严怡民教授指出，“四个世界”理论的划分比“三个世界”的理论更符合的世界观，但对情报学而言，它们并未提供新的视角和内容。因为它们所继承的“三个世界”的方法论从根本上不适合人类情报实践的特点。这种方法试图为情报学对应的情报实践寻求一个“实体世界”，而事实上情报实践并没有一个独立的实体领域，图书馆、大众传播、教育活动的实体是相互重复交叉的。

1.3信息哲学

20世纪末信息哲学的兴起为解决信息社会各种问题提供了哲学基础，也为情报学带来了一个建立自身理论基础的机遇。L.Flofidi分析了信息哲学、图书情报学、社会认识论之间的关系，指出情报学是应用信息哲学，并强调在哲学和图书情报学之间存在一种天生的关系，这种关系是社会认识论所不能为图书情报学提供的。赖茂生教授指出，通过分析图书情报学的研究方法、层次、研究对象与规模和研究目标，可以得出信息哲学能够作为图书情报学的理论基础的结论。国内学者张福学也指出：“作为应用信息哲学的图书情报学是一门研究文献、文献生命周期与程序、文献管理技术与设施的学科，它应用信息哲学的基本原则和一般方法去解决待定的实践性问题和现象。同时，图书情报学所进行的以服务为导向的经验研究，也有助于信息哲学中基础研究的开展。国内学者陈忆金认为信息哲学是现代情报学的理论基础，有利于促进情报学建立起科学的理论体系，为情报学确定整体观和基本发展方向起到有力的指导作用。

2　哲学对情报理论与研究的指导

2.1对立统一观点

严怡民教授指出，认识情报和情报现象的对立统一关系是使情报学基本概念和基本问题的分歧能够得到广泛理解和有效融合的基础，靖继鹏、马费成等也指出了情报和情报现象中的对立统一关系，主要体现在：①情报的普遍性和特殊性；②情报的主观性和特殊性；③情报的可能性和现实性。

对立统一关系对于理解情报学具体领域中的一些核心概念、问题等有着指导意义，例如，在信息检索领域中，国外学者对信息检索中的辩证思维、对立统一关系进行了相关研究，对信息检索领域中存在的一些具有对立统一关系的概念进行了研究，如相关性、查全率和查准率、定量研究与定性研究以及信息检索的实证方法和实用方法等。这些研究都证明了对立统一关系在情报学研究中的重要指导意义。

2.2可知论观点

可知论是指世界上一切客观体都可以接受科学研究，都可以被人认识的世界观。在科学研究领域，情报研究本身就是一种行之有效的揭示规律的方法，在情报领域，没有什么是不可获得的。例如，通过获取竞争对手的市场信息、专利信息、用户信息等，对其内容进行深入分析，便可判断竞争对手的研发方向、经营策

略、产品和技术优势；通过对国外相关媒体报道的新闻或采访记录或其他信息的获取途径，获得国外军事武器装备的最新信息，通过对这些信息的分析可以掌握国外武器装备情况。再者，利用反求工程，搜集某类产品的技术信息，并对其进行整理和分析研究，可以掌握该类产品的市场行情和技术发展概况。查先进教授在“情报研究的哲学思考”一文中论述了情报研究与世界的可知性之间的关系。

2.3联系和发展观点

从普遍联系的角度来看，情报研究对象所涉及的内容通常是多因素、多角度、多层面的，情报研究的基本任务之一，就是要从大量搜集来的表面上看来不相关的散乱信息中发现其内在的本质的必然联系，透过现象看本质。查先进教授对情报研究与事物发展的联系性进行了详细介绍。从继承和发展的角度来看，情报研究追求的是从已知世界到未知世界的跳跃，但这种跳跃又并非无科学道理的，其基本依据是事物发展的继承性和相似性。正是借助于这种思想，情报研究人员才能触类旁通，通过由近及远、由此及彼、由表及里的研究，达到类推未来和未知情境的目的。

2.4能动性观点

辩证唯物主义认识论认为，认识是以主体的能动性为前提的，认识主体的能动性主要体现在目的性、主动性和创造性上。查先进教授论述了情报研究与认识的能动性之间的关系，并进行了举例介绍。

从目的性来看，情报活动目的是为不同层次、不同类别的社会团体或个人用户提供决策所需要的各种情报信息。从主动性来看，在情报研究过程中，研究对象的发展变化尽管有规律可循，但如果情报研究人员不积极、主动、大胆地揭示它，是不可能认识到的。任何情报并不是等着你来获取，而是需要积极主动地去寻找、获取，否则该情报可能丧失它原有的高价值。从创造性来看，情报研究是一种富有创造性的信息整序和科学抽象劳动，其中的归纳整理、去伪存真、演绎推理、审议评价和预测都融入了情报人员的智慧成果和脑力劳动，情报研究工作是智能化工作，只有创造性人才才能够胜任。

3　情报学的哲学研究方法

哲学为所有科学提供方法论指导，本文主要以常用的三种哲学研究方法为例展开讨论。

3.1归纳法

归纳法或归纳推理，也叫归纳逻辑，是论证的前提，支持结论但不确保结论的推理过程，与演绎法共同构成了哲学中的基本方法之一。归纳，即情报研究将思维扩展到各种新的事物和情报中，从中提炼和概括出一般的原理。所谓逻辑归纳，即采用逻辑的方法对情报进行分析组合，使分散无序的知识变为有序的知识，对其进行归纳。靖继鹏、马费成等等指出，情报科学的发展过程，就是一个由个别到一般、由一般到个别的反复循环和无限发展的过程，充分体现了归纳法在情报学研究中的应用。莫作钦将情报研究中的逻辑归纳概括为以下几个方面：

内容归纳：在文献调研过程中，把相关类问题，从学科内容的角度加以归纳。把蕴藏在大量文献中的知识和信息逻辑加以条理化，文献内容分析就是这种思维方法的一个典型代表。通过内容归纳，发现本学科的研究热点以及与其他学科之间的联系，情报学的跨学科特性强调了对内容归纳方法的需求。

累积归纳：我们所需要的情报不是固定地出现于某一载体或停留在某一时间等待我们发现，而是需要我们通过各种渠道不断地挖掘，从中找出对情报研究有用的情报。情报工作的顺利完成都是通过对微小数据的收集、分析达到的。

推理归纳：将众多的、静态的文献活化为情报，在掌握现有信息、情报的同时，对其进行充分理解分析，推理出新的、潜在的情报，这就是推理归纳。如我们要研究目前我国情报学的研究现状，我们不可能直接通过一些综述或展望类文章进行分析总结，而是需要目前情报学中研究比较多的一些热点问题、关注比较多的论文、著作人手，探析其受关注的原因，从这些文章或著作中反映的主题或内容，推断或总结目前我国情报学的研究现状。

3.2反馈法

反馈法的核心是循环，在哲学中也就是“实践一认识一再实践一再认识”的过程，这个过程体现了反馈法的精髓。反馈机制可以说是情报学的一个核心所在，任何情报活动都是一个反馈过程，无论是情报研究还是情报实践，反馈法都必须加以应用。莫作钦提出将反馈机制作为情报研究的哲学方法，简要进行了介绍。在情报理论研究中，我们通过反馈法从引文中看情报研究成果的社会运用情况，从已发表的情报研究文献或报告中发现哪些最适合科研需要等等，反馈法贯穿于情报实践的整个活动过程中，从用户情报需求的确定到情报活动的效果或满意度等，都是反馈法的具体应用。一个完整的情报研究过程需要不断地反馈不断地探索，即“实践一认识一再实践一再认识”的循环思维过程(见图1)，情报过程的每一阶段或步骤都存在着循环、反馈过程，充分体现了反馈法在情报学中的应用。

3.3选择法

在西方哲学史上，围绕“选择”这个哲学命题展开了长期讨论，选择学吸收了西方哲学关于“选择”讨论中的有益部分，运用量子力学、相对论、分子生物学、一般系统论、信息论、控制论、突变论、协同论、耗散结构论等学科的研究成果，集东方的思辨哲学与西方的实让哲学于一身，形成了双向选择理论。双向选择理论在情报中的应用主要是用来分析情报过程中的选择问题。双向选择理论是主客体之间关系的集中体现，它既包括主体性的一面，又有客体性的一面，选择是主客体的统一；选择是双方的，既有主体对客体的正向选择，又有客体对主体的反向选择，主客体选择是相互制约、相互规定的，双向选择实现的过程既是客体规律体现的过程，也是主体目的性实现的过程，双向选择是合规律性和合目的性统一。在情报研究中，选择法在情报选择中的应用有着深刻的指导意义，李法运在文献中系统论述了选择法在情报选择中的应用。

情报研究中的情报选择不只是对信息实体本身的选择，还应包括传递方向(用户)、传递时机和传递方式等其他方面的选择。情报选择的准确、合理‘亏否，直接关系到情报活动的其他环节，所以，情报选择过程一定要充分考虑到各个方面，兼顾到各个环节，双向选择理论为之提供了可能。双向选择原理是情报选择的基本依据，在情报过程中，情报机构与用户的信息需求是这一关系得以建立、维持和发展的前提。

4　情报学理论研究中的几种哲学理论

4.1认知理论

在20世纪下半叶世界范围内的情报学范式转移过程中，布鲁克斯将认知理论引入情报学，所提出的“情报认知理论”成为情报学的主流范式，情报认知理论随即发展起来。

英国的布鲁克斯(Brookes，B.C)、加拿大的贝尔金(Belkin，N)、美国的德尔文(Dervin，B)被欧美情报学界公认为情报认知观的三个杰出代表性人物。布鲁克斯“情报认知观”真正的哲学来源是波普尔的“三个世界”理论。他认为，作为一种基本范式，他的“情报认知范式”是超越机构范式和情报运动范式的，但并不排

斥其他范式的科学成分。作为一种范式转移，他的情报科学认知范式包括四个主要因素：①客观知识的组织；②数据公开化、方法客观化；③情报知识是存在于认识空间的超物质的实体；④用新的定量方法研究认识空间。贝尔金的情报认知范式的理论主要是知识非常态理论，他提出，情报是文本结构，情报需求在于解决知识非常态，建立“情报检索认知沟通模式”，他的理论支撑是现象学和解释学。德尔文情报认知观的理论为意义构建理论，提出情报利用是构建的过程，建立“情景一差距一使用三步模式”，其理论支撑为构建主义。

认知观在情报用户、文献分类法、信息检索等研究领域都有重要意义，情报认知观的研究及其进一步发展将促进认知主义在情报学中的应用，用来分析情报科学中实际的理论。

4.2后现代主义

后现代主义思潮是盛行于西方的一种综合性哲学与文化思潮，总体上看，后现代主义的本质特征是反二元论、不确定内在性、反对实质化、去中心和反整体性。

美国情报学家Gemot Wersig提出了后现代科学知识变迁的概念，包括知识的非个人化、知识的可信度、知识的零碎化以及知识的理性化等。由此他认为，情报学要想成为一门学科，应当成为一门后现代科学，即不应当像传统科学那样企图完全了解外在世界的运作，而是以问题为学科导向，并以解决科技引发的问题为发展方向。中国台湾学者赖鼎铭先生在其著作《资讯科学的思考》中引人后现代社会的概念，他指出，后现代社会对图书资讯服务的冲击表现在三个方面：对经典作品的解构、数字化技术对于教育和学习体制的虚拟化冲击以及数字化技术对图书资讯服务的质量、可得性和可用性都提出了全新的要求。叶乃静较系统地论证了后现代社会下图书资讯服务面临的新问题及其对策。其核心观点是，后现代社会的出现，要求图书馆学从传统精英视角导向转化为大众服务导向。

中国大陆学者王知津等率先将后现代主义引入情报学研究中，认为情报学发展所表现出来的非表达特质、不确定性、多元性和去中心化等是后现代主义的典型特征，后现代主义是情报学发展的既成事实。他全面阐述了情报学发展中所表现出来的后现代主义趋势，指出当前情报学发展所面临的问题和困境在很大程度上恰恰是情报学发展的后现代主义趋势的体现。情报概念的模糊所凸显的非表达特质，学科边界的游移所体现的不确定性，研究对象与领域的不断变化所体现的去中心化的趋势，研究内容从实体到信息、智能的过程，实际上是对不同时代的研究目标的解构和重构过程，而摆脱技术至上的传统也体现了在后现代主义对现代主义中科技信仰的一种背离和反思。抛开上述问题，情报学现在所具有的跨学科的多元基础、人文和经济色彩的逐渐浓重、人工智能、知识管理等领域无一不体现了后现代主义的特色。赖茂生教授在“数字化时代的情报学”一文中批评近年来情报学界存在的自我贬损太多、不爱护学科形象的问题时指出，这些现象都是“后现代主义思潮的一种反映”。俞传正认为后现代主义阶段的科学哲学的新走向――关注语境――必将继续给情报学的研究和发展带来更为深刻的影响。季翔等论述了后现代主义思潮对于情报学信息素养教育的影响。

4.3批判现实主义

批判现实主义是对现实主义传统的继承和发展，作为科学哲学和社会理论的批判现实主义，有其独有的特征，主要包括现实存在的独立性和社会现实的层次性。

国外结合批判现实主义和情报学进行研究起步较早，也取得了一定的成果。Hjorland提出的人类信息查寻综合模型和Bates提出的信息查寻和搜集模型都与批判现实主义观点相吻合并证实了批判现实主义在人类信息行为研究中的合理性和可行性。Marianne Wikgren指出批判现实主义观点能够为跨学科研究领域奠定富有成效的基础，尤其在用户研究方面，他在文中系统介绍了批判现实主义如何应用与情报学中的用户研究。国内学者王知津等人率先将批判现实主义理论引入到情报学研究中，从批判现实主义与情报学的渊源谈起，论述了跨学科研究中的批判现实主义方法，研究了批判现实主义的主要特征，如层次性社会现实、语境化的重要性、环境和活动者之间能动关系等在信息行为研究中的应用，并对批判现实主义视角下的情报学研究进行了展望，指出了批判现实主义在情报学的意义所在。作为现实主义哲学的一个重要分支，批判现实主义对许多实证研究影响很大，而且在跨学科研究中有着重要的意义和作用，它的这些特性都足以引起情报学界的关注。

4.4设计学

设计科学又称为设计方法论或设计哲学，设计体现了艺术性和功能性的统一。

国内学者王烁、武夷山等率先从设计学的视角研究情报学，从理论基础、研究流程和任务特点三个方面探讨了从设计学视角看情报研究的可能性，指出不管是在理论层面还是在实践层面，情报学与设计学存在着诸多的联系和交叉，从设计学视角看情报研究会对丰富情报研究方法起到一定的启发作用。2005年普赖斯奖得主Howard D.White所提出的情报博采学将人定义为一束兴趣和问题，情报提要学将文献定义为一束对人之兴趣的满足和对问题的解答。所谓情报科学的任务就是实现这两者之间的适配。由此可见，如果将情报学的任务看成一种工程，那么情报研究就有理由借鉴工程设计的理念了。澳大利亚Edit Cow-an大学的博士后T.Love提出了设计理论“元理论”机构，并参考了波普尔的“三个世界”理论，认为任何设计理论都必须与物质世界和主观世界保持一致。

4.5阐释学

阐释学是一门对意义的理解和解释的理论和哲学，阐释学研究的焦点是传播、语言、知识的理解和解释，这同样也是情报学关注的现象。阐释学研究的目的是确认一个词、文本的真正意义，揭示其普遍规律，情报学同样关注记录知识的传播。所以有学者将阐释学视为情报学研究的基础，是指导情报学研究的元理论。

20世纪80年代末期，阐释学进人情报学研究的视野，欧洲几位专家掀起了阐释学在情报学中的应用热潮。1986年，Winograd和Flores率先提出采用以人为主的阐释学方法来设计信息系统。20世纪90年代之后，在“图书馆学与情报科学理念”国际研讨会上，Hoel、CapulTO、CorneliuS和Brier分别就情报科学的阐释学研究方向进行了论述，提出可将阐释学应用于信息分析、信息组织及信息检索等方面。1992年，在丹麦举行的国际图书情报科学学术研讨会上，阐释学和行为科学在情报科学与图书馆学中的影响和作用引起人们的广泛注意，成为继认知科学之后的情报科学又一研究取向。

周庆山教授指出，情报交流活动的基本原理是交流与阐释原理，对文本信息的交流和受众接受与阐释活动的辩证统一认识，是对情报交流从现象到本质、从个别到系统的整体规律的把握，并以此建立起情报交流研究的新“范式”。

5　展望

一直以来，国外情报学者都非常重视哲学在情报学中的应用，不断引入一些新的哲学视角来研究情报学中的具体问题，同时关注情报学的哲学基础，从哲学角度来研究情报学的发展。随着国外这方面研究的不断深入和扩展，国内学者也逐渐开始关注情报学中的哲学问题，本文在对情报学的哲学研究进行梳理、总结的过程中发现，国内学者虽然进行了一些探索性研究，但尚不系统，学者之间的研究联系性不强。笔者认为，国内在从哲学视角研究情报学的过程中，应注意以下两点：