量子力学的认识篇1
关键词意识量子测量波函数塌缩神经活动
中图分类号：B80-05文献标识码：aDoi：10.16400/ki.kjdkz.2015.11.074
ontheinnerRelationbetweenQuantummechanicsandConsciousness
CHenSi
（Departmentofpsychology，JianghanUniversity，wuhan，Hubei430056）
abstractConsciousnessandquantummechanicsarecloselyrelatedwitheachother.intheresearchofquantummechanics，consciousnessisthepremiseofmeasurementprocesswhichcancausethewavefunctioncollapseandinfluencethedescriptionofthephysicalobjects.intheresearchofconsciousness，thetraditionalresearchwaywhichbasedontheclassicalmechanicsconfrontthedilemma，thequantummechanicscouldprovideanewapproachforexplainingtheconsciousnessinadifferentperspective，thequantumtheoriesabouttheconsciousnesscanbedividedintothreekinds.
Keywordsconsciousness;quantummeasurement;wavefunctioncollapse;neuralactivities
意识与量子力学原本分属于两个完全不同的学科，前者是心灵哲学与认知科学研究的对象，后者是物理学的前沿领域。随着意识问题在当代科学背景下，已经成为了哲学、心理学、物理学和认知神经科学等分科科学共同关注的焦点，意识问题的跨学科特征也日益突显。运用不同的学科方法来解释和说明意识问题，成为一种研究的必然趋势。许多的心灵哲学家和物理学家认为，意识和量子力学之间有着密切的关系。他们主张，不仅量子力学需要意识的参与以保证描述物理世界的完整性，意识研究也需要引入量子力学来突破现有的困境。
1意识在量子力学中的位置
意识在量子力学中的作用主要表现两个方面，一是在量子测量中，意识作为测量过程的初始条件，由始至终地影响着对物理对象的描述，二是意识引发波函数塌缩理论。
第一，意识与量子测量。经典力学认为，只要在测量过程中，具备明确的初始值，根据一系列基本粒子的初始位置和速度，就可以实现对事件的准确预测，揭示出世界的真实状态，并且，其测量结果不会受到观察者意识的影响。因此，就某种程度而言，经典力学中观察者的行为同样是被决定和可准确预测的，观察者的心灵与观察者本身的原子构成的经典态被视为相等同。但是，在量子测量的过程中，这种测量过程和结果的客观严格决定性和确定性会发生改变。依据标准的量子力学思考，以玻尔、海森堡等人为代表的哥本哈根学派认为，测量和观察在描述物理实在的过程中具有十分重要的作用。在量子测量的过程中，测量的结果会表现出一定的不确定性，即每一次的测量结果都不相同。这种不确定性主要来自观察者的意识和测量工具在每一次测量过程中所产生的差异性影响。“量子力学并不描述物理实在本身，而是描述物理实在出现的概率，而这种概率取决于观察者的观察。”①量子力学的产生从根本上改变了观察者在测量过程中的地位。
测量问题研究的是一个处于经典态的观察者是怎样在一个量子世界里存在的问题，量子世界描述了不同态的叠加，但是人类主体对世界的知觉和描述却属于宏观层次上的经典态。所以，在维格纳、斯塔普（HenryStapp）等物理学家看来，人类主体对经典世界的经验为什么以及怎样从量子世界中突现中出来，是量子理论要解决的根本问题之一。在量子理论中，人与微观领域的物质和能量同处于一个测量过程，观察者的意识会对测量的结果产生直接的影响，使测量结果表现出一种主客体不可分割的特征，正如海森堡所说，“自然科学不是自然界本身，而是人和自然界关系的一部分，因而就依顺于人。”②量子力学所揭示出的物理实在以几率波的形式呈现，并且只有在观察者的意识参与到测量过程进行观察时才会出现。在测量过程中，观察者的意识是量子力学所描述的物理实在本身的基本前提，自始至终都决定着测量的结果。因此，量子理论不是关于描述客观物理实在本身的知识，它从一开始就包含了观察者意识这一因素。量子理论实际上是由人类主体意识通过对物理对象的观察得到、并经过认知加工的知识。但是在经典力学中，情况则恰恰相反，人类主体同测量过程和测量结果截然分离，有意识的主体与客体对象之间有明确的边界。
第二，意识引发塌缩理论。冯・诺依曼在其1932年的著作《量子力学的数学基础》中首次提出“意识引发塌缩”理论（consciousnesscausecollapseproposal，简称CCCp），受到维格纳和斯塔普的支持。该理论认为，“测量”仅仅发生在有意识的观察者和波函数相互作用的基础上，所以仅从量子力学的角度来描述世界是不完整的，一个完整、科学、系统的描述应该包含意识状态对量子力学的影响，而塌缩就是在有意识的观察者的心灵同其它系统的纠缠中发生的。“量子力学的规律是正确的，但是有一个系统有可能要用量子力学来说明，这个系统就是整个物质世界。有一个不在量子力学之内的外部的观察者，这个观察者就是人类（和动物）的心灵，它在大脑上执行测量并导致波函数的塌缩。”③持这种观点的哲学家和物理学家，如查尔默斯（DavidChalmers）和洛克伍德（michaelLockwood）认为，“塌缩动力学为交互论说明敞开了大门”。④同时，他们也认为意识能够从某种复杂的大脑物理状态中突现出来，从而具有引发波函数塌缩的因果效力。
当然，“意识引发塌缩”理论实际上还面临许多问题。例如，意识引发塌缩是在什么时候发生的？是否仅在有意识的观察者参与的测量过程中，意识才会引发塌缩？根据现有的宇宙知识，早期宇宙的量子状态并不是一个意识的本征态（eigenstate），在宇宙产生的最初的三分钟里，也没有一个有意识的观察者在观察一切的发生。如果宇宙最初的那个状态是根据薛定谔所提出的规律而演化出的早期宇宙状态，那么一个与有意识的观察者的存在相关联的本征态就不可能产生。第一次的塌缩需要有意识的观察者出现才能产生，但是有意识的观察者的出现则需要更早状态的塌缩才能产生，塌缩与有意识观察者出现的先后顺序问题的不确定，直接导致意识引发塌缩不可能开始的结论。尽管，“意识引发塌缩”理论受到了许多科学性和哲学家的支持，但是他们并没有为该观点提供一种可靠的论证。并且，这一理论和作为主流说明的多世界理论相悖。多世界理论认为，波函数是对于整个宇宙的完备描述，它是一种基本的物理实体，从不塌缩;并且，量子测量不需要意识的参与，把意识引入到物理说明中，只会使实在论遭遇到危机。
尽管对于意识在量子力学中的位置尚无定论，但是已经有越来越多的物理学家和哲学家参与到这一争论中去，比如维格纳、斯塔普、查尔默斯等人，他们关于意识在量子力学研究中的作用的积极讨论，已经表明，意识是量子力学研究中不可忽视的一个重要问题。
2量子力学视域中的意识研究
早期的量子力学研究者如普朗克、玻尔、薛定谔等人主张，意识研究应该引入量子随机性来解决与决定论之间的矛盾，此后，量子力学视域中的意识研究开始兴起。我们将首先说明为什么意识研究要引入量子力学，然后论述用量子力学研究意识的三条主要路径。
2.1为什么意识研究需要引入量子力学
还原的唯物主义的观点以经典力学的决定论、还原论等原则为立论的基础。决定论认为，质点是真正的实在，只要给出质点的位置和动量，那么，依据一定的初始值，自然和人的行为就可以被准确地预测。还原论主张，一切高级运动形式都可以还原为低级、基本的活动形式，把这种方法运用到意识研究中就是把意识这种大脑的高级活动形式还原为最基本的大脑神经活动，以达到揭示意识本质的目的。传统的意识研究建立在这种理论基础之上，而意识问题的关键在于，意识的主观特征该如何进行有效的还原，并且使被还原为神经活动的意识仍然能够具有说明主观感受的完备性呢？这一问题被查尔默斯称为著名的“意识困难问题”。
“在经典力学中没有任何支持‘感受’存在的逻辑上的依据。它是一个理性封闭的概念系统，它的原则只有在决定事物的位置和运动的时候起作用，这个系统局限于一个狭小的数学框架内，不涉及任何现象性的性质。”⑤这就是说，在以经典力学为基础的认识论框架内，并没有人的主观感受的存在地位，经典力学以排除意识问题来实现自身体系的完整性。一种排除了意识存在地位的理论如何能够解决意识问题？这显然是令人怀疑的。
因此，彭罗斯（Rogerpenrose）、斯塔普等物理学家认为，如果对意识的研究仍局限在经典力学的框架内，意识问题永远不可能得到解决，我们必须在一个全新的框架内说明意识和大脑活动之间的关系，而量子力学的引入，能够为我们提供新的研究视角。
2.2量子力学视域中意识研究的三条路径
意识是由大脑神经活动基于某种动力学而实现的过程，由于它涉及到微观层面的化学和电子现象，因此，对它的描述必然要涉及到量子理论。从而，我们可以把意识看成是一个发生在大脑微观世界中的特殊的量子力学现象。持这种观点的物理学家和心灵哲学家认为，“意识是一种对神经反射的直接认识，这种神经反射是通过已知的量子事件突然实现的。”⑥根据目前的研究，量子力学对意识的说明可以分为三条路径。
第一条路径是运用相关的量子力学概念，如量子叠加、塌缩等原理与意识活动进行类比来达到说明意识的目的。在说明的过程中，不需要涉及复杂的运算，也不需要将具体的概念运用到具体的情境中。这种方式的说明仅仅是一种概念上相似性的类比，因此本质上不是对意识过程的科学表征，并不能真正揭示意识的本质。
第二条路径是运用具体的量子力学概念来揭示神经生理学的过程。通过这条途径，量子力学对意识的相关特征做出了说明。
第一，用玻色―爱因斯坦凝聚态说明意识的高度整合性。个体在反观当下的意识状态的时候，大脑中会呈现一幅统一和谐的意识场景。例如，当某人在上课的时候，因为听到窗外的音乐而想起了某部电视剧的情节、大脑中会浮现电视剧的场景和人物、甚至是当时的天气，同时，他的耳边又传来老师的讲课声，同时他的右手正在做着笔记。于是，他所有的感官都被调动起来，在大脑中形成了一幅统一但富有情节跳跃性的场景。这幅场景完整且丰富，个体无法把它自行分割，也就是说，大脑中所呈现的统一和谐的意识场景不能被分割成他正在听音乐或者他正在做笔记这些构成意识内容的元素而独立存在。同时，随着老师的突然提问，他形成的意识场景被打破，继而思考老师提问的意识场景，或者随着窗外音乐声的停止，他的意识场景转换成了另一幅图像呈现在大脑中。不论意识的内容如何改变，他的意识状态总是统一且不可分割的整体。
玻色―爱因斯坦凝聚态是一种全新的物质状态，即不同活动水平的原子在温度极低的条件下会凝聚在一起而具有统一的特征。当这些原子处于静止状态时，它们以无序的方式排列，一旦它们受到外界的刺激，并且细胞的能量因刺激而达到某个临界水平时，它们就会一致性地被激活。这种神经元的激活能够波及整个大脑，并产生一致的量子电场。玻色―爱因斯坦凝聚态的过程机制恰好能够说明，分布在不同脑区且活动水平各异的神经元活动怎样能够协同行动，以支持一个完整统一的意识场景的产生。
第二，用测不准原理说明思维的量子化特征。eeG（electroencephaloGram）实验已经证实，思维过程在本质上具有量子化的特征。思维过程与量子过程的变化有诸多相同点。例如，当一个人在回忆多年前，在某节印象深刻的课堂上被老师提问自己所做的回答时，大脑中许多与当时场景相关的模糊要素都处在被调动的潜在状态中，例如当时的天气、情绪状态、问题的内容、他的回答、同学们的反应等。当他把注意力刻意集中到其中一个记忆片段，如当时回答问题的紧张状态上，准备仔细回想和再现曾经回答过的内容时，他会发现在回忆的过程中常常会遇到困难。对当时所回答内容的记忆会变得不如刻意集中注意力之前那样清晰和完整，甚至试图回忆起来的思路也会消失而被其它的思路所取代。在未刻意回忆时本来清晰完整的回答，反而在集中注意力之后变得模糊，甚至原先的回忆思路也被打乱，最终导致意识场景发生改变。这一特征能够用海森堡在1927年所提出的“测不准原理”来说明。
“测不准原理”表明，一个微观粒子的物理量，如位置和动量、时间与能量等不可能同时具有确定的数值，如果在一对物理量中，其中一个量的值越确定，那么另一个量的值就越难以确定。就思维的特征而言，被刻意关注的回忆类似于电子的二象性中的粒子性而具有“位置”，在刻意集中注意力之前的潜伏性的整体思路，就像电子的二象性中的波而具有“动量”。两者不能同时清晰或者同时确定，而只能确定一个。
第三条路径是一种关于量子力学的普遍性理论，其代表人物是玻姆（DavidBohm）和斯塔普。玻姆等人提出一种“新实在论”的观点。他们认为，意识和物质不是两个根本性的实在，物质和意识只是从隐序的基本实在中投射到显序中的投射物。斯塔普持类似的观点，并提出了建立在过程本体论上的意识观点，即最本质的实在元素是现实场合（actualoccasion），而不是物质或者心灵。现实场合可以把心理的和物理的特征紧密地联系起来。这样，心物直接互动的观点就被他在更为深层次的基础上提出的心物关联的约束集合（constraintset）所取代。
3结论
量子力学与意识看似毫不相关，但实际上却是一对具有多重内在关联性的奇妙的搭档，两者的交叉研究极大地拓展了彼此的理论视域，其背后的形而上学基础是一种交互二元论。从交互二元论的角度出发，意识被赋予了引发波函数塌缩的因果效力，并作为一种测量过程的初始条件由始至终影响着对物理对象的客观描述。并且，意识研究中量子力学的引入，突破了长期以来用经典力学规律说明意识问题所遭遇到的瓶颈，为意识的高度整合性等特征提供了有力的科学说明。随着交叉学科的纵深发展，意识与量子力学的内在关联性将会得到更多的揭示。
注释
①郑荣双.形而上学心理学[m].上海：上海教育出版社，2008：117.
②金尚年.量子力学的物理基础和哲学背景[m].上海：复旦大学出版社，2007：95.
③ZviSchreiber.thenineLivesofSchroedingers'sCat[J].1995.http：///abs/quant-ph/9501014.
量子力学的认识篇2
《语文课程标准》针对低年级识字量大的特点提出了十分明确的学习目标。目标的提出，顺应了新课程要求改变过去那种学生死记硬背、被动学习的现状，倡导培养学生主动学习的能力、分析和解决问题的能力与合作的能力。那么，怎样在小学一年级语文识字教学中培养学生能力，让学生从想学、乐学到主动学习呢？通过实践，我谈谈对识字教学的点滴体会。
一、教学中灵活多变
1.直观形象中轻松识字。低年级新教材要求识记的生字较多，这对刚入学的孩子来讲，有一定的难度。在教学中，我们发现，孩子们对抽象的字识记困难，但对字与图相对应的字识记却较为轻松。例如在教学象形字“日”时，先将对应的画着太阳的图展示给大家看，然后出示“日”字孩子们观察，大家都说真像。这样孩子们轻松地记住了“日”字的字形，比教者一字一词的范读效果好了许多。在以后的识字教学中，我尽量将图与字结合起来，让学生在直观形象中轻松识字，收到了较好的教学效果。
2.游戏中引导学生愉快识字。识字过程是枯燥无味的，如何制造欢快愉悦的气氛让孩子们识字呢？我认为：将游戏引入课堂能达到这样的效果。例如在教学《要下雨了》一课中，让孩子分角色表演小鱼、小燕子、小蚂蚁、小白兔，经过多组表演练习，孩子们在游戏中比较准确地认识和理解了十多个生字及词语。后来，随着识字量的增加，我又将“走出字迷宫”“山顶夺旗”等有趣的游戏引入课堂。孩子们在欢快愉悦的氛围中识字激情高涨，达到了预期的教学目的。
3.互助互学中培养识字能力。学习是个互助的过程，对于一年级的小学生来说更是如此，因此在教学中我一直提倡互助互学。首先，将同桌的孩子作为一个最小的互助学习小组，在学习中他们可以互相讨论、互相检查等。这样既教育了孩子应该互相帮助，也潜移默化地培养了他们合作学习的精神。其次，在平常的识字教学中，如孩子有不同或遗忘的字词，既可问同桌，又可请教同学或老师。这样，学生在互助互学中学会了不同的识字方法，培养了他们的识字能力。
二、识字方式要多样
1.校园文化进行识字教学。每个孩子都有一定的识字愿望，只要我们积极引导，定会收到好效果。我们可以利用周围的文化氛围进行识字教学。在一年级孩子入学的第一天，我就充分利用了学校这个现成的育人场所，带领孩子们参观、熟悉学校的同时让学生学会“善于发现”“勤于探究”“学会创新”等词语。以后，在课余及空隙时间，孩子们又认识了校园内的名言、宣传专栏的标语等。两周之后，班上孩子的识字量增加了许多，孩子们识字的兴趣也大大增加了。
2.故事激发识字兴趣。在每天的日常教学中，我坚持用一定时间给孩子讲故事。记得第一次讲故事时，孩子们听得津津有味，可在最精彩的地方突然停下来不讲了。看着孩子们渴求的眼睛，我告诉他们“后面的故事只有看了故事书才讲得出来”并说只有多认字，才能看故事书，才能讲出精彩的故事。在以后的时间里，许多家长反映他们的孩子不在沉迷于电视，而是缠着他们讲故事，也爱看故事书了，遇到不认识的字还会问家人。现在，他们识字的兴趣很大，学习语文的热情也越来越高涨。
3.识字卡巩固识字量。孩子识的字多了，如不及时巩固运用，会渐渐遗忘。因此，我在班上指导孩子制作了识字卡。将每天认识的字写在一张纸卡上，如果会画画的还可以配上图画，然后叠起来，每周将字卡拿出，认识上面的字，孩子在体会成功的同时又复习巩固了所学生字。长此下去，卡片渐渐重了，孩子们的识字量也渐渐增多了，知识更加丰富了。
量子力学的认识篇3
关键词：认知价值 情意价值 应用价值 物质的量
中图分类号：G64 文献标识码：a 文章编号：1007-3973(2010)09-148-02
在应试教育中我们对于知识的教育教学价值是非常忽略的，导致老师更多的停留在纯粹知识的教学上。例如我们学习了物质的量一节，学生只知道物质的量的定义、摩尔是物质的量的基本单位以及与物质的量相关的几个公式，在计算题中会应用。然而我们却很少思考为什么要学习这个概念，学习了这个概念对学生的认识会有什么发展。实际上，建构主义认为，知识不是独立于认知主体而存在的各种规则、定律和理论的集合，它是人类永无止境的探索和研究过程，其中蕴涵着特定的科学过程和科学精神。因此任何知识都具有不同角度和不同层面的教育教学价值。这种多重价值具体表现为知识具有认知价值、情意价值和应用价值。
物质的量是化学教学中的一个十分重要的概念，它贯穿于高中阶段(包括普通高中和中等职业教育)化学学习的始终，在化学计算中处于核心地位。本文拟以物质的量为例，分别从知识的认知价值、情意价值和应用价值三个方面来探讨知识的教学在发展学生的科学认识方面具有的重要价值。
1、知识的认知价值
1.1 认知价值的涵义
心理学认为，一般地，人根据自己对事物的认识或已有的知识来做事，而人在做事的过程中又不断地形成(积累)新的认识(知识)，因此我们认为知识具有认知价值。从某种意义上说，学生的学习过程是一个认知加工过程，是学生认知结构和情意品质不断丰富和完善的过程。科学知识的认知价值主要是指科学知识在个体的认知结构的完善和认知过程的发展过程中所起的促进作用。科学知识在认知过程上的价值并不只是在知识本身，而是指学生在主动接受知识过程的中，在已有知识经验和未知世界之间架起一座桥梁，不断丰富、拓展和改组自己的认知结构。
1.2 物质的量教学中的认知价值分析
作为国际单位制中七个基本单位之一，“物质的量”起着联系微观与宏观物质世界的重要作用。
物质的量、物质的量单位“摩尔”、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度、阿伏加德罗常数等化学量概念构成了联系密切的完整的概念体系，我们称之为“物质的量”概念系统。该概念系统是一套全新的量度物质量多少的系统。学生明确“物质的量”是国际单位制七个基本物理量之一，是新接触的一种物理量，可以利用它来度量物质，这在学生的认知上是一个发展。“物质的量”在宏观物质和物质微粒数之间搭建起了一架桥梁，使学生能够运用宏观和微观相结合的思维方法思考化学问题，使化学与实际结合得更紧密。物质的量与质量、气体体积、微粒数、物质的量浓度建立起的联系，我们可用下图表示出来：
从上图可以看出宏观的质量、气体体积、物质的量浓度均可通过“物质的量”这一“桥梁”与微观的微粒数建立起联系。物质的量及其相关概念的教育教学价值在知识的观念取向方面扩展了学生度量物质的新视角，定量认识化学物质的微观组成的新视角。学习了物质的量浓度使学生对于溶液的浓度表示方法的认识上升到一个新的高度。
另外物质的量的学习完善了学生认识化学反应的视角，之前学生已经可以从质量和微粒数的角度来认识化学反应，现在又可以从物质的量的角度来认识化学反应。例如，对于化学反应2H2+02=2H20的认识：在初中阶段学生可以从质量和微粒数的角度来认识化学反应，知道4g氢气和32克氧气反应生成36克水，2个氢气分子和1个氧气分子反应可生成2个水分子。但很难将分子个数与质量之间建立起联系。学习了物质的量之后，学生可以从物质的量的角度来认识该反应：2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol水。利用公式n=n／na(n表示物质的量，n表示微粒数，na为阿伏伽德罗常数)将物质的量与微粒数建立起联系，通过n=m／m(m表示物质质量，m表示物质的摩尔质量)，n=V／Vm(V表示气体体积，Vm表示气体摩尔体积)与宏观的质量、体积之间建立起联系。这样就使宏观、微观和化学符号三重表征有机融合起来，是学生更进一步的认识化学反应和化学学科。
2、知识的情意价值
2.1 情意价值的涵义
学习既是一种认知的过程，也是一种情感熏陶的过程。知识对人的作用一方面它能启迪人的智慧，另一方面它也可以熏陶人的情感。当然，有些科学知识本身就具有启迪智慧、熏陶情感的作用。而有些知识虽然本身不具有启迪或熏陶作用，但是个体在习得这些知识的过程中会受到极大的启迪和熏陶。我们将知识本身或知识习得过程中所具有的这种能够启迪人、熏陶人的作用界定为知识的情意价值。
知识之所以具有情意价值，可以从两个方面来考察。一方面，从静态的角度来看，每一种理论、观点都体现了科学家的智慧、思想和观点，也展示了他们的情感和态度，对学生具有良好的教育意义。另一方面，从动态的角度来看，学习者能够在学习的过程中获得丰富的情感体验，成功的喜悦，这样会带给他们更强烈的学习动机和积极的学习态度。所以，知识的学习有助于培养学生正确的学习态度、高尚的道德情操和健康的审美情趣正确的价值观和积极的人生态度等情意内容。
2.2 物质的量教学中的情意价值分析
物质的量的单位“摩尔”一词来源于拉丁文moles，原意为大量和堆集。早在本世纪40至50年代，就曾在欧美的化学教科书中作为克分子量的符号。1961年，化学家e.a.guggen-helm将摩尔称为“化学家的物质的量”，并阐述了它的涵义。同年，在美国《化学教育》杂志上展开了热烈的讨论，大多数化学家发表文章表示赞同使用摩尔。直到1971年，在由41个国家参加的第14届国际计量大会上，正式宣布了国际纯粹和应用化学联合会、国际纯粹和应用物理联合会和国际标准化组织关于必须定义一个物质的量的单位的提议，并作出了决议。从此，“物质的量”就成为了国际单位制中的一个基本物理量。
根据摩尔的定义，12g12C中所含的碳原子数目就是lmol，即摩尔这个单位是以12g12C中所含原子的个数为标准，来衡量其他物质中所含基本单元数目的多少。摩尔跟其他的基本计量单位一样，也有它的倍数单位。1mmol=1000kmol，1kmol=1000mol，1mol=1000mmol。
这样通过“摩尔”一词的来历介绍将我们今天看来理所当然的化学概念还原到当初产生它的社会文化背景中，使学生意识到知识是在怎样的理论水平和技术条件下发展起来的，在理解知识的同时学会用历史的观点辩证地看待科学的发展帮助
学生建立科学发展观。同时让学生获得了理性的、情感的深层次的发展，激发学生的化学学习的热情，培养其科学精神品质。
通过物质的量这一联系微观与宏观的物理量的学习，引导学生以化学的眼光、从微观的角度认识丰富多彩的物质世界，认识到宏观和微观的相互转化是研究化学的科学方法之一。在教学过程中，可以通过模拟科学家解决实际问题的探究活动，让学生感受科学家在面对实际问题时，如何分析、联想、类比、迁移、概括和总结，如何建立数学模型，培养学生解决实际问题的能力。例如，引入“物质的量”概念时，很多教师都采用了非常巧妙的方法，例如，从“曹冲称象”到“数一篓一元硬币的个数”；从“化整为零”思想，到“聚零为整”的思想。让学生思考如何建立“模具”来度量“一大堆”微小的原子、分子、离子等。这样做的意义就在于把人类已经建好的模型进行还原，让孩子们自己去建立模型。通过模拟科学家解决实际问题的探究活动，激发学生探索未知世界的兴趣，让他们享受到探究未知世界的乐趣。
另外，通过配制一定物质的量浓度溶液的实践活动，培养学生严谨认真的科学态度和精神。
总之，“物质的量”概念教学，不仅为其它化学知识的教学奠定基础，同时还为培养学生的辩证唯物主义观点、观察能力、思维能力、分析能力和自学能力等起着积极的作用。
3、知识的应用价值
3.1 应用价值的涵义
知识不是独立于认知主体而存在的，知识具有重要的实践应用价值。从科学知识的基本属性而言，任何知识总是为人所用，总必然地具有某种效用性，正是由于这种效用性，人们才试图通过接受和掌握知识去提高社会行为或个体行为的质量，并在知识的运用过程中不断超越知识本身的目标，追求更高的价值。知识的应用价值是与指导个体的具体行为相联系的一种价值，指知识的的学习对学生分析和解决实际问题的能力所产生的影响。
3.2 物质的量教学中的应用价值分析
物质的量是学习化学的重要工具。物质的量的引入，将一定数目的原子、分子、离子等微观粒子与可称量的物质联系起来，实现了化学的微观研究到宏观应用的飞跃。对学生而言。从最初的对分子、原子等微粒的定性认识上升为借助物质的量这一工具，从量的层次上理解、分析宏观与微观概念并加以运用，既是学生认识不断深化的必然路径，也是学生思维方式从以感性认识为主向以逻辑思维为主转向的具体表现，更是学生将来学习其他相关概念、进行化学计算以及相关实验的基础。
我们可以来做一个简单的关于化学方程式的计算，如Ci2+2naoH=naCi+naCio+H2o，实验室里有配制好的naoH溶液，一瓶所贴标签为4.0mol・L－1，另一瓶所贴标签为14％(密度为1.14g・mL－1)，问这两种溶液各多少升才能分别2.24L(Stp)的氯气恰好完全反应?(计算过程略)其实这两种溶液的浓度一样大，但是用物质的量浓度表示却给计算带来了很大的方便。这样更凸显了将“物质的量”作为一种学习化学的基本工具的应用价值。
学生在掌握配制一定物质的量浓度的溶液的实验方法的基础上理解引入物质的量浓度的重要意义，实现了学习与生活实践的有机衔接，体会化学理论知识在实际生活生产中的应用。
任何科学知识都具有多重教育教学价值。物质的量知识如此，其它知识也是如此。只要我们去认真思考、深入挖掘，设计有效的教学方案，就可以实现知识的多重价值，从而提升学生的科学素养，促进学生的全面发展。
参考文献：
[1]毕华林，亓英丽，化学课程编制中的知识价值观[J]，化学教育，2002。(7)20-22
[2]孟献华，新课程背景下化学说课的理论视角与实践[J]，化学教学，2008(1)49-52
量子力学的认识篇4
关键词：认知镜子；元认知；学会学习
中图分类号：G645文献标志码：a文章编号：1674-9324（2013）06-0073-02
一、引言
长期以来，部分中学生学习陷入“高投入，低回报”的状况。这一问题的产生源于部分学生注重“学习”而轻视“学会学习”。“学习”这一概念强调过程，积极主动的掌握社会的和个体经验。“学会学习”这一概念强调结果，要在学习的过程中选择适当的学习内容、方法，形成良好的学习能力和学习品质。“学习”和“学会学习”是一个相辅相成的关系，可以构成一个循环。“学会学习”建立在“学习”的基础上，主要受元认知的影响。笔者提出“认知镜子”这一概念，旨在培养学生的元认知能力。“认知镜子”是对学生学习的体验过程，在基本与纵向两个角度进行的心理描述，帮助学生正确认识学习中存在的问题及困惑，以及采用科学的学习方式掌握知识体系，并形成良好的学习能力和学习品质。
二、认知镜子的提出
帮助学生了解自身收获某些知识的发展规律就是认知镜子提出的缘由。认知镜子作为一种图形思维工具，描述了学生在获得某些知识过程中的心理体验，是学生体验学习过程的真实写照。学生通过不同结构的认知镜子，全面了解自身学习规律，能够采用优化的学习方法并了解实际的学习进程，在学会学习的同时将元认知能力的提高切实落到了实处。怎样能使学生独自完成对某些知识的获得，得到一次成功的学习体验呢？一方面是来自外界的压力，压力是有方向的，引导学生努力地方向；另一方面来自自身的兴趣，兴趣也在于引导。无论用哪种途径获得的成功体验，得到的心理体验是相同的，在努力的路上不同水平的学业成就所体现出的心里体验也不同。笔者尝试着将不同的心理体验描述出来，作为努力路上的一盏盏路灯亦或是一面镜子，帮助学生鉴定自己的学习水平并预测学业成就从而最终获得成功的学习体验，成功地完成学业任务。从而提高学生的自主学习能力，帮助学生们实现“学会学习”。
三、认知镜子广义与侠义的解释
（一）广义的解释
学生学习是一个客观自然的规律，学业成绩的差异，也是努力的量的差异。导致努力的量差异的因素即知识管理，知识管理又分为学习策略、思维品质和思维能力三个子因素。其中学习策略受年龄和知识基础的影响；思维品质是指个体思维活动特殊性的外部表现，它包括思维的严密性、思维的灵活性、思维的深刻性、思维的批判性和思维的敏捷性等品质，思维品质是自身通过具体教育活动感悟获得的（比如考试）；思维能力的差异主要源于思维品质的优劣，不同学科的思维能力在不同学科形成学科意识起到独特作用；学习策略、思维品质与思维能力又同时影响着自我效能感；自我效能感影响着学生的自我要求标准。
每个学生根据不同学业情况都有不同的自我要求标准，处于学习最佳体验时的要求标准又不同于处于厌倦情绪的要求标准。不同学生制定并完成自我要求标准后，完成的努力的量或知识的加工程度有所不同。从中我们得出的启示是，在符合自己能力的前提下，制定的标准一定要达到大于或等于一般标准或者努力的量达标才能认为学生完成了学业任务。如此，就区别开了虽然都是看起来努力学习，收效甚微的同学和取得良好学业成就的同学，其原因就在于努力量的付出差别。
不同的思维品质也会影响不同原因的学业成就的差异，比如数学思维的肤浅性：由于学生在学习数学的过程中，对一些数学概念或数学原理的发生、发展过程没有深刻的去理解，一般的学生仅仅停留在表象的概括水平上，不能脱离具体表象而形成抽象的概念，自然也无法摆脱局部事实的片面性而把握事物的本质。
知识基础又是一把“双刃剑”，它可以反过来影响学习策略的形成与思维能力的提高。所以如果具有良好的知识基础将形成一个良性的循环；相反，薄弱的知识基础将进一步制约思维能力的提升和学习策略的形成。给学生的启示是：要保证一个良好学习过程的循环，就一定要打好知识基础。
（二）狭义的解释
认知镜子的狭义解释是指随着时间的推移，学生在不同学习进程中产生的心理体验。盖茨（Gates，1923）曾用图表表示过度学习与遗忘的关系。这种学习中的体验与学习进程密切相关，本文试图间接地通过不同的心理体验的描述刻画学生的学习进程，伴随着时间的流逝和努力的积累，不同学习进程期间的心理感受汇聚在一起就像由不同刻度汇聚在一起的一把量尺。帮助学生准确把握学习进程，为学习计划提供科学参考。不同的心理体验可以通过问卷法测量出来，对每一届学生的测量结果都可以作为下一届学生的参考，连续几年的测量结果也可能有助于其它方面的教育研究。具体操作方法：了解学生在每一个学习阶段中对每一版块知识的掌握程度，以及平均花费的时间。对于学习新课的学生而言，属于这个阶段的认知镜子是从陌生到熟记这一过程的记录，由于涉及到的习题也较有针对性，可以比较容易计算出对于完成某个概念的学习所花费的时间。教师通过这些来自学生的材料，整合出对于不同类型的学生对同一概念的掌握的心理变化过程以及找出帮助学生达到高考或中考水平的比较节省时间的习题配置方案。这就是狭义上的认知镜子，操作性更强并具有实际意义。
四、结语与展望
学习是一个充满期待的过程，每个学生心中都有一个长远的目标和一个近期的目标。长远目标作为指引航向的一盏灯塔，在遥远的夜色中闪闪发光；近期目标则是依靠自己的灯光照亮的一段距离。每一次的照亮，每一次的成功前行将注定在不久的将来，到达辉煌的彼岸。然则，现实里，不是每一次照亮的距离都能如愿完成，这其中包含着思维品质、思维能力和学习策略等因素的影响。
“认知镜子”与思维导图的相同之处，都是有效地图形思维工具。学生通过了解认知镜子，全面了解自身学习规律，明确努力学习与学习进程的对应关系并能够科学地采取学习策略，在学会学习的同时将元认知能力的提高切实落到实处。
学生可以通过“认知镜子”明确具体的哪种因素出现问题，从而用最短的时间完成“修复”工作，然后重新起航。随着每次实践成功的完成，不仅自我效能感得到了一次次的强化，也会更加了解自己，做出的预期的准确性越来越强，逐渐步入学习的良性循环。
未来的研究将着重倾向于“认知镜子”的狭义解释，通过问卷调查法了解学生在学习某些核心概念时的心理动态，分析对核心概念理解的深刻与肤浅之分的原因，进而提出对策，逐渐优化学概念的过程。把最终优化的学习过程展现给广大师生，共享科学而美好的学习过程。
参考文献：
[1]朱海.浅析影响中学生学业成就的影响因素[G].新课程研究（职业教育），2008，（7）.
量子力学的认识篇5
本册教材包括下面内容：认识长度单位厘米和米，100以内加、减法笔算，表内乘法，初步认识角，从不同的方向观察物体，进一步认识时间，数学广角，数学实践活动等。
本册的教学目标：
1．初步认识长度单位厘米和米，初步建立1米、l厘米的长度观念，知道1米=100厘米初步学会用刻度尺量物体的长度（限整厘米）；初步形成估计物体长度的意识。
2、掌握100以内笔算加、减法的计算方法，能够正确地进行计算。初步掌握100以内笔算加、减法的估算方法，体会估算方法的多样性。
3．知道乘法的含义和乘法算式中各部分的名称，熟记全部乘法口诀，熟练地口算两个一位数相乘。
4．初步认识线段，会量整厘米线段的长度；初步认识角和直角，知道角的各部分名称，会用三角板判断一个角是不是直角；初步学会画线段、角和直角。
5．能辨认从不同位置观察到的简单物体的形状。
6．进一步认识钟表，了解钟表内一大格表示的时间意义。
7．通过观察、猜测、实验等活动，找出最简单的事物的排列数和组合数，培养学生初步的观察、分析及推理能力，初步形成有顺序地、全面地思考问题的意识。
8．体会学习数学的乐趣，提高学习数学的兴趣，建立学好数学的信心。
9．养成认真作业、书写整洁的良好习惯。
10．通过实践活动，体验数学与日常生活的密切联系。
本册重点：
1.100以内的加减法笔算。
2.表内乘法。
本册难点：
1.进位加、退位减法的计算方法。
2.理解乘法的含义。
第一单元长度单位
单元教材分析：
1．结合生活实际，学生经历用不同方式测量物体长度的过程，在测量活动中体会建立度量单位的重要性。
2．培养学生动手操作能力和空间想象能力。培养学生提出问题和解决问题的能力。培养学的估测和测量的能力。
单元学情分析：
学会用实物测量，并体会测量过程中出现的不同情况。在测量活动中体会建立度量单位的重要性。教学注重呈现知识的形成过程，让学生通过自主探究来获取知识。因此，在让学生体会统一长度单位的必要性时，安排了大量的实践活动，使学生通过量一量、说一说、细想一想等活动感受到统一长度单位的必要性及其对生活的重要意义。
第一单元长度单位
一、单元教学目标
1．学生初步经历长度单位形成的过程，体会统一长度单位的必要性，道长度单位的作用。
2．在活动中，学生认识长度单位厘米和米，初步建立1厘米、1米的长度观念，知道1米=100厘米。
3．学生初步学会用刻度尺量物体的长度（限整厘米）。
4．在建立长度观念的基础上，培养学生估量物体长度的意识。
5．学生初步认识线段，学习用刻度尺和画线段的长度（限整厘米）。
二、单元教学重点
1．在活动中，学生认识长度单位厘米和米，初步建立1厘米、1米的长度观念，知道1米=100厘米。
2．建立长度观念的基础上，培养学生估量物体长度的意识。
三、单元教学难点
认识长度单位厘米和米，初步建立1厘米、1米的长度观念，知道1米=100厘米。
四、教具准备
多媒体课件、米尺。
五、单元课 时
4课时
第一课时 认识厘米
一、教学目标
1．学生初步经历长度单位形成的过程，体会统一长度单位的必要性，知道长度单位的作用。
2．让学生在具体活动中用身体作计量单位去测量同一长度，来经历统一长度单位的必要性。
3．认识尺子并知道尺子的作用，能用尺子进行正确地测量物体。（限整厘米）
4．让学生通过看一看，比一比，量一量等实践活动了解认识长度单位厘米，初步建立1厘米的长度观念。
二、教学重点
认识厘米，建立1厘米的长度概念。
三、教学难点
用学生尺量物体的长度。
四、教具准备
多媒体课件、米尺。
五、教学过程
（一）情景导入，激发兴趣
谈话：古时候人们是怎样测量物体的长度呢？学生发挥想象，各抒己见。
[设计意图]：从学生身边的熟悉的事物引入，激发学生学习的兴趣。
（二）组织活动，体验统一长度单位的必要性数学
组织学生用身体作标准量同一长度。
1．教师先明确活动的方法。
2．学生活动，教师巡视指导。
3．全班交流汇报。
得出：因为每个人的手不同，所以量的结果不同。因此，有必要用一个统一的长度来测量物体。
（三）认识尺子
1．为了准确、方便地表示物体的长度，人们发明了带有刻度的尺子。
2．介绍认识尺子。
为了便于交流，尺子上的刻度作了统一规定。要知道物体的长度，可以用尺来量。
[设计意图]：介绍认识尺子提高学生的知识面，为下面的学习作准备。
（四）操作活动，建立表象
1.认识厘米。投影出示厘米尺，师生一起观察厘米尺子：在尺子
用不同的颜色标出1厘米的长度，说明前面正方体的一边正好是1厘米。让学生量图钉的长度。初步建立1厘米的长度观念。师：“请小朋友拿出自己的尺子，量一量图钉大约有多少长。”学生活动，教师巡视指导。
交流得出一个图钉的长度大约是1厘米长。
2.教师明确量的正确方法：图钉的一端对准尺子的0刻度，在看另一端对着几。请小朋友量一量自己的手指，看哪个手指的宽大约是1厘米？学生活动，同桌交流。巩固1厘米的表象。请小朋友用手势比划1厘米的长度。闭上眼睛想1厘米的长度等。
3.想想在自己的周围，生活中有哪些事物也是大约1厘米长的？让学生去找大约1厘米长的物体。帮助学生形成1厘米的鲜明表象。
2.用厘米量
我们已经知道了量的方法，也对1厘米有了初步的表象，下面我们就来量一量物体的长度。请小朋友用手中的尺子量一量老师为你们准备的纸条。注意测量的方法要正确。学生测量纸条。教师巡视，加强个别指导。交流反馈。教师再次强调测量的正确方法。
[设计意图]：让学生在具体的操作活动中，有助于帮助学生建立1厘米的表象，亲身经历学习数学知识。
（五）巩固深化，实践应用
1．请学生随意拿出自己的一枝铅笔，量一量你的铅笔有多长。量好后同桌交流检查。
2．4人小组合作，每人分别量出3厘米、5厘米、7厘米、10厘米……给大家看。教师个别指导。
3．学生自己选择身边的物品量一量，如一枝新铅笔的长，数学本子的长，橡皮的长等。
[设计意图]：学生在各种实践活动中进一步巩固1厘米的长度观念，初步建立1厘米的表象。
四、巩固练习
1.完成教材第4页的做一做。
2.完成练习一的第1、2题。
五、课堂总结
1.师：这节课你有什么收获？
2.小结：通过这节课学习，我们懂得了测量物体的长度必须用统一的长度单位，还认识了1厘米的长度，并会用手上的尺子测量身边物体的长度。
六、板书设计
统一长度单位 认识厘米
测量时，标准不同，结果就不同—统一长度单位厘米cm
七、课后反思
第二课时 认识米
一、教学目标
1．初步认识长度单位米，初步建立1米的长度概念；
2．根据1厘米和1米的实际长度，知道1米=100厘米；
3．能合作测量出整米长度的物体；
4．培养合作能力和动手操作能力。
二、教学重点
掌握1米的实际长度。
三、教学难点
用米尺量较长物体的长度。
四、教具准备
1米的直尺、折尺、卷尺，纸条。学生每人1根较长的绳子，1米的卷尺，刻度尺。
五、教学过程
（一）复习用厘米量物体
1．提问：昨天学过的长度单位是什么？量物体长度用什么工具？
2．用两个手指比一比1厘米有多长？2厘米呢？10厘米呢？
3．用刻度尺量文具盒的长度。请你演示，并说出注意事项。
（二）认识米，用米量
情景设置：你量得不错，那么你能量一量黑板有多长呢？瞧！这样用刻度尺量太不方便了，也不容易得出结果。那么该怎么办呢？（用更长的尺子量）用这把尺子试一试看，这是一把米尺。（板书：“米”）。在量比较长的物体或者距离，例如操场东边到西边有多远，教室有多长，通常都是用比厘米更大的长度单位“米”。
1.感知米的实际长度。观察这把米尺，它的每两个刻度之间是多长？（10厘米，也就是说米尺以10厘米为单位）。观察自己的1米卷尺，看看和教师米尺的刻度是不是一样的？那么1米到底有多长呢？用直尺在黑板上画1米长的线段。用直尺比一比从地面到讲台的什么地方的高度是1米。两只手臂展开，用卷尺量一量看到什么地方是1米。两个人互相量一量身高，从地面到身体什么部分是1米。用米尺量1米长的绳子。（应该注意什么问题？）以小组为单位在讲台上量出2米长、3米长的绳子给大家看一看。
2.厘米、米之间的关系
那么今天我们学习的米和昨天学习的厘米之间有什么关系呢？这条是1米长的绳子，请你用以厘米为单位的刻度尺量一量，看看它有多少厘米？小结：1米也就是100厘米。（板书：1米=100厘米）
3.用卷尺量较长的物体或距离。出示卷尺。介绍：这是在测量比较长的距离时用的卷尺。它可以量很长的物体和距离。用卷尺量物体的方法：在用卷尺量物体的长度时，一定要从物体的。一头开始，拿住卷尺一端，对齐要量物体的另一端，卷尺要放平拉直，再看另一端在尺子的什么刻度上，这样才能量出准确的长度。
三、巩固练习
1．量一量，填一填（教材练习一第3题）。
2．估一估（教材练习一第4题）。
3.介绍卷尺和皮尺，（完成教材练习一第5题）。
四、全课小结
这节课你学到了什么？认识了新的长度单位米。
六、板书设计
认识米
量比较长的物体，通常用“米”作单位。米可以用“m”表示。
量子力学的认识篇6
关键词：量子力学教学方法改革创新思维
量子力学是研究微观粒子运动规律的科学，自诞生以来它就成功地说明了原子及分子的结构、固体的性质、辐射的吸收与发射、超导等物理现象。作为物理学专业的专业理论课，量子力学在物理学专业中具有极其重要的地位。现代物理学的各个分支，如高能物理、固体物理、核物理、天体物理和激光物理等都是以量子力学为基础，并且已经渗透到化学和生物学等其他学科。同时量子理论还具有巨大的实用价值，半导体器件和材料、激光技术、原子能技术和超导材料等都是以量子力学原理为基础的。
通过对量子力学的学习，学生可以掌握现代科学技术最重要的基础理论，还可以提高科学素质和思想素质，但是量子力学中的概念和解决问题的方法与经典物理有着本质的不同。学生普遍反映量子力学抽象、枯燥、难理解、抓不住重点，学习起来非常困难。针对以上问题，我对教学进行了思考和探讨，采用了一些切实可行的措施，提高了学生的学习兴趣，使学生更好地掌握了量子力学知识，同时培养了学生的创新思维。
一、教学过程中存在的问题
在量子力学的教学过程中，我发现以下几个问题。
1.量子力学是一门十分抽象的课程，其中许多概念、原理都不好理解，并且量子力学从概念到解决问题的方法跟经典物理有着根本性的区别，但是很多学生习惯性地用经典的思想去理解量子力学，这样就不自觉地增加了难度。比如“波粒二象性”，经典物理认为波动性和粒子性是互不相关的、相互独立的，而量子力学认为波动性和粒子性是微观粒子同时具备的两种属性。
2.学习量子力学，数学知识是必不可少的。量子力学中有着繁杂的数学知识，例如，数学分析中的微积分，代数学中的矩阵论，数学物理方程的微分方程，复变函数，等等。在教学过程中发现，不少学生对已学过的数学知识掌握得不是很牢固，在推导公式的过程中忘记了公式所描述的物理内涵，影响了对量子力学知识的理解。
3.由于量子力学的课时紧张，教学过程中采用了传统的教学模式，由教师到学生的“单向传授”的教学形式。学生失去了主体地位，只能被动地接受知识，学习的兴趣和积极性不高，导致教学效率降低。
二、量子力学的教学方法改革
1.采用多种教学手段相结合的教学模式。由于量子力学的内容抽象难懂，又是建立在一系列基本假定的基础之上，不少学生很难接受，甚至认为这门课程没有用处。在量子力学的教学过程中，由单一的教师讲授过渡到板书、录像、课件、演示实验等各种手段相结合的教学模式，将图、文、声、像等信息有机地组合在一起，形象、直观、生动，容易激发学生的学习兴趣。同时，通过网络技术，学生可以享受到本校的教学资源，还可以突破空间的限制，享受到全国高水平的教学资源，从而丰富学生的资料库，也为各学校的师生讨论交流提供一个很好的平台。
随着科学技术的迅速发展，知识更新非常快。在教学中，教师应及时将与量子力学相关的科技前沿和高新技术引入教学中，介绍与量子力学密切相关的课题，阐明科学技术中所蕴含的量子力学原理。如我们在讲解一维无限深势阱时，将其与半导体量子阱和超晶格这一科学前沿相联系；在讲解隧道效应时，将其与扫描隧道显微镜相联系，进而介绍扫描探针操纵单个原子的实验。同时在教学中，我们理论联系实际，多介绍量子力学知识与材料科学、生命科学、环境科学等其他学科之间的密切联系，重点介绍在材料科学中的广泛应用，包括新材料设计、开发新材料、材料成分和结构分析技术等。通过这种方式，学生对这一部分的知识有了直观的认识，从而不再感到量子力学的学习枯燥无味，同时也提高了接受新知识、学习新知识的意识和能力。
2.结合数学知识，把物理情境的建立作为教学的重点。量子力学可以说无处不数学，这门学科对高级数学语言的成功运用，正是它高深与完美的体现。数学虽然加深了物理问题的难度，却维护了理论的严谨性和科学性。当然这不是要求老师从头到尾、长篇冗重地推演计算，合理地修剪枝杈既能让学生抓住重点，又免使学生感到量子力学只是数学公式的推导。对于学习量子力学的同学，可以着重于对物理概念的剖析和物理图像的描绘，绕过数学分析难点，通过简化模型、对称性考虑、极限情形和特例、量纲分析、数量级估计、概念延拓对比等得出结论。定量分析尽量只用简单的高数和微积分、常见的常微分方程，对复杂的数学推导可以不做讲解，只对少数优秀生或感兴趣的同学个别辅导。例如，在求解本征方程时，只介绍动量、定轴转子能量本征值的求解；对无限深势阱情况，薛定谔方程可类比普通物理中的简谐振动方程；对氢原子和谐振子的能量本征值问题，只重点介绍思路、方法和结论，不作详细推导。
3.充分应用类比法，讲述量子力学。经典力学是量子力学的极限情况，在教授过程中，应尽可能找到“经典”对应，应用类比方法讲述量子力学中抽象的概念和物理图像，有助于正确理解量子力学的物理图像。用光的单缝、双缝衍射、干涉说明光的波动性，用光电效应、康普顿散射说明光的粒子性，运用这种方法有利于学生掌握光的波粒二象性。在将量子力学与经典力学类比的同时，还要清楚量子力学与经典力学在观念、概念和方法上的区别。例如，经典力学用位矢、速度描述物体的状态，而量子力学用波函数描述系统状态；经典力学用牛顿第二定律描述状态变化，量子力学用薛定谔方程描述状态的变化。另外对于量子力学中的波粒二象性、态迭加原理、统计原理等都要与经典力学中的相关概念区分开来，类比说明，阐明清楚其真正内涵。
4.改变传统教学模式，采用以学生为主体的教学模式。量子力学的现代教学多以“教师讲授”为主，同时配合多媒体课件辅助教学，教学模式较传统教学有所变化，多媒体课件教学虽然能够在一定程度上激发学生的学习兴趣，但仍然是“填鸭式”的教学法，没能真正地改变传统教学的弊端。因此在教学过程中，要避免课堂成为教师的一言堂，鼓励学生提问，激发学生的逆向思维和非规范性思维等，通过创设问题情境使师生互动起来，提高学生学习量子力学的积极性，加深学生对这门课程的理解。还要组织学生开展相关课题讨论，引导学生自主能动地思考，激发学生的学习兴趣。
三、结语
“量子力学”是物理类专业基础课程中教学的难点和重点，建立新的教学模式，有利于学生学习、理解和掌握这门课程。
参考文献：
［1］曾谨言.量子力学［m］.科学出版社，1997.
［2］周世勋.量子力学教程［m］.高等教育出版社，1979.
［3］胡响明.浅谈量子概念的理解［J］.高等函授学报（自然科学版），2004，（2）：29.
量子力学的认识篇7
在建立科学理论体系的过程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至为复杂的实验、归纳和演绎工作为基础。而且人们一般相信科学知识就是在这个基础上产生和累积起来的。但只要这种认识活动过程是为一个协调一致的目标所固有，只要它真正属于科学研究自我累进的进程，则不论其如何复杂，仍只是过程性的，而不从根本上规定科学的性质、程序，乃至结论。这就使我们在考察复杂的科学认识活动时，可以抽取出高于具体手段的，基本上只属于人类心智与外在世界相联络的东西，即科学语言，来作为认识的中介物。
要说明科学语言何以能成为这样的中介，需要先对科学的认识结构加以分析。
作为一种形式化理论的近现代科学，其目的是力图摹写客观实在。这种摹写的认识论前提是一个外在的、自为的客体和作为其思维对立面的内在的主体间的双重存在。这一认识论前提在科学认识方面衍生出一个更实用的前提，就是把客体看作是一种自在的“像”或者“结构”（包括动态结构，比如动力学所概括的各种关系和过程）。
这一自在的实在具有由它的“自明性”所保证的严格规范性。这种自明性只在涉及存在与意识的根本关系时才可能引起怀疑。而科学是以承认这种自明性为前提的。因此科学实际就是关于具有自明性的实在的思维重构。它必须限于处理自在的实在，因为科学的严格规范性（主要表现为逻辑性）是由实在的自明性所保证的，任何超越实在的描述都会破坏这种描述的前提。这一点对稍后关于量子力学的讨论非常重要。
上述分析表明，科学的严格规范性并非如有唯理论倾向的观点所认为的那样，是来自思维，也并非如经验论观点所认为的来自具体手段对经验表象的操作，也并不象当代某些科学哲学家所认为的纯粹出于主体间的共同约定。科学的最高规范是存在在客观实在中的，是来自客体的自明性。一切具体手段只是以这种规范为目标而去企及它。
在科学认识活动中，不论是一个思维过程还是一个实验过程，如果其中缺失了语言过程，那就什么意义都不会有。科学语言与人类思维形态固然有很大的关系，但是它们可能在一个很高的层次上有着共同的根源。就认识的高度而言，思维形态作为人类的一种意识现象，对它进行本质的追究，至少目前还不能完全放在客观实在的背景上。因此，在科学认识的层次上，思维形态完全可以被视为相对独立的东西。而科学语言则是明确地被置于实在自身这一背景之中的。这就使我们实际上可以把科学语言看作一种知识，它与系统的科学知识具有完全相同的确切性，即它首先是与实在自身相谐合，然后才以这种特殊性成为思维与对象之间的中介。这才能保证，既使科学语言所述说的科学是关于实在的确切图景，又使思维活动具备与实在相联络的手段。
科学语言作为一种知识所具备的上述特殊性，使它成为客观实在图景构成的基本要素，或科学知识的“基元”。思维形态不能独立地形成知识，但思维形态却提供某种方式，使科学语言所包含的知识基元获得某种特定的加成和组合，从而构成一种系统化的理论。这就是语言在认识中的中介作用。由于任何事物都必须“观念地”存乎人的意识中，才能为人的心智所把握，所以，在这个意义上，一个认识过程就是一个运用语言的过程。
二、数学语言
数学语言常常几乎就是科学语言的同义词。但实际上，科学语言所指的范围远比数学语言的范围大，否则就不会出现量子力学公式的解释问题。在自然科学发生以前，数学所起的作用也还不是后世的那种对科学的叙录。只是由于精密推理的要求所导致的语言理想化，才推进了数学的应用。但归根究底，数学与前面说的那种合乎客观实在的知识基元是不同的。将数学用作科学的语言，必须满足一个条件，即数学结构应当与实在的结构相关，但这一点并不是显然成立的。
爱因斯坦曾分析过数学的公理学本质。他说，对一条几何学公理而言，古老的解释是，它是自明的，是某一先验知识的表述，而近代的解释是，公理是思想的自由创造，它无须与经验知识或直觉有关，而只对逻辑上的公理有效性负责。爱因斯坦因此指出，现代公理学意义上的数学，不能对实在客体作出任何断言。如果把欧几里德几何作现代公理学意义上的理解，那么，要使几何学对客体的行为作出断言，就必须加上这样一个命题：固体之间的可能的排列关系，就象三维欧几里德几何里的形体的关系一样。〔1〕只有这样，欧几里德几何学才成为对刚体行为的一种描述。
爱因斯坦的这种看法与上文对科学语言的分析是基本上相通的。它可以说明，数学为什么会一贯作为科学的抽象和叙录工具，或者它为什么看上去似乎具有作为科学语言的“先天”合理性。
首先，作为科学的推理和记载工具的数学，实际上是从思维对实在的一些很基本的把握之上增长起来的。欧几里得几何学中的“点”、“直线”这样一些概念本身就是我们以某种方式看世界的知识。之所以能用这些概念和它们之间的关系去描绘实在，是因为这些“基元”已经包含了关于实在的信息（如刚体的实际行为）。
其次，数学体系的那种严密性其实主要是与人类思维的属性有关，尽管思维的严密性并不是一开始就注入了数学之中。如前所述，思维的严密性是由实在的自明性来决定的，是习得的。这就是说，数学之所以与实在的结构相关，只是因为数学的基础确切地说来自这种结构；而数学体系的自洽性是思维的翻版，因而是与实在的自明性同源的。
由此可见，数学与自然科学的不同仅表现在对于它们的结果的可靠性（或真实性）的验证上。也就是说，科学和数学同样作为思维与实在相互介定的产物，都有可能成为对实在结构的某种描述或“伪述”，并且都具有由实在的自明性所规定的严密性。但数学基本上只为逻辑自治负责，而科学却仅仅为描述的真实性负责。
事实正是如此。数学自身并不代表真实的世界。它要成为物理学的叙录，就必须为物理学关于实在结构的真实信息所重组。而用于重组实在图景的每一个单元，实际上是与物理学的基本知识相一致的。如果在几何光学中，欧几里德几何学不被“光线”及其传播行为有关的概念重组，它就只是一个纯粹的形式体系，而对光线的行为“不能作出断言”。非欧几何在现代物理学中的应用也同样说明了这一点。
三、物理学语言
虽然物理学是严格数学化的典范，但物理学语言的历史却比数学应用于物理学的历史要久远得多。
在认识的逻辑起点上，仅当认识论关系上一个外在的、恒常的（相对于主体的运动变化而言）对象被提炼和廓清时，才能保证一种仅仅与对象自身的内在规定性有关的语言描述系统成为可能。对此，人类凭着最初的直觉而有了“外部世界”、“空间”、“时间”、“质料”、“运动”等观念。显然，这些观念并非来自逻辑的推导或数学计算，它是人类世代传承的关于世界的知识的基元。
然后，需要对客观实在进行某种方式的剥离，才能使之通过语言进入我们的观念。一个客观实在，比如说，一个电子，当我们说“它”的时候，既指出了它作为离散的一个点（即它本身），又指出了它身处时空中的那个属性。而后一点很重要，因为我们正是在广延中才把握了它的存在，即从“它”与“其它”的关系中“找”出它来。
当我们按照古希腊人（比如亚里士多德）的方式问“它为什么是它”时，我们正在试图剥离“它”之所以为“它”的属性。但这个属性因其离散的本质，在时空中必为一个“奇点”，因而不能得到更多的东西。这说明，我们的语言与时空的广延性合若符节，而对离散性，即时空中的奇点，则无法说什么。如果我们按照伽利略的方式问“它是怎样的”时，我们正是在描绘它与广延有关的性质，即它与其它的关系。这在时空中呈现为一种结构和过程。对此我们有足够的手段（和语言）进行摹写。因为我们的语言，大多来自对时空中事物的经验。我们运用语言的主要方式，即逻辑思维，也就是时空经验的抽象和提升。
可见，近现代物理学语言是一种关于客观实在的时空形式及过程的语言，是一种广延性语言。几何学之所以在科学史上扮演着至为重要的角色，首先不在于它的严格的形式化，而在于它是关于实在的时空形式及过程的一个有效而简洁的概括，在于与物理学在面对实在时有着共同的切入点。
上述讨论表明了近现代物理学语言格式包含着它的基本用法和一个根深蒂固的传统，这是由客观实在和复杂的历史因素所规定的。至为关键的是，它必须而且只是关于实在的时空形式及过程的描述。可以想象，离开了这种用法和传统，“另外的描述”是不可能在这种语言中获得意义的。而这正是量子力学碰到的问题。
四、量子力学的语言问题
上文说明，在描摹实在时，人类本是缺乏固有的丰富语言的。西方自古希腊以来，由于主、客体间的某种相互介定而实现了有关实在的时空形式和过程的观念及相应的逻辑思维方式。任何一种特定的语言，随着时代的变迁和认识的深入，某些概念的含义会发生变化，并且还会产生新的语言基元。有时，这样的变化和增长是革命性的。但不可忽视的是，任何有革命性的新观念首先必须在与传统语言的关系中获得意义，才能成为“革命性的”。在自然科学中，一种新理论不论提出多么“新”的描述，它都必须仍然是关于时空形式及过程的，才能在整体的科学语言中获得意义。例如，相对论放弃了绝对时空、进而放弃了粒子的观念，但代之而起的那种连续区概念仍然是时空实在性的描述并与三维空间中的经验有着直接联系。
量子力学的情况则不同。微观粒子从一个态跃迁到另一个态的中间过程没有时空形式；客体的时空形式（波或粒子）取决于实验安排；在不观测的情况下，其时空形式是空缺的；并且，观测所得的客体的时空形式并不表示客体在观测之前的状态。这意味着，要么微观实在并不总是具有独立存在的时空形式，要么是人类无法从认识的角度构成关于实在的时空形式的描述。这两种选择都将超出现有的物理学语言本身，而使经典物理学语言在用于解释公式和实验结果时受到限制。
量子力学的这个语言问题是众所周知的。波尔试图通过互补原理和并协原理把这种限制本身上升为新观念的基础。他多次强调，即使古典物理学的语言是不精确的、有局限性的，我们仍然不得不使用这种语言，因为我们没有别的语言。对科学理论的理解，意味着在客观地有规律地发生的事情上，取得一致看法。而观测和交流的全过程，是要用古典物理学来表达的。〔2〕
量子力学的反对者爱因斯坦同样清楚这里的语言问题。他把玻尔等人尽力把量子力学与实验语言沟通起来所作的种种附加解释称之为“绥靖哲学”（beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文学”〔4〕，这实际上指明了互补原理等观念是在与时空经验相关的科学语言之外的。爱因斯坦拒绝承认量子力学是关于实在的完备描述，所以并不以为这些附加解释会在将来成为科学语言的新的有机内容。
薛定谔和玻姆等人从另一个角度作出的考虑，反映了他们以为玻尔、海森堡、泡利和玻恩等人的观点回避了经典语言与实在之间的深刻矛盾，而囿于语言限制并为之作种种辩解。薛定谔说：“我只希望了解在原子内部发生了什么事情。我确实不介意您（指玻尔）选用什么语言去描述它。”〔5〕薛定谔认为，为了赋予波函数一种实在的解释，一种全新的语言是可以考虑的。他建议将n个粒子组成的体系的波函数解释为3n维空间中的波群，而所谓“粒子”则是干涉波的共振现象，从而彻底抛弃“粒子”的概念，使量子力学方程描述的对象具有连续的、确定的时空状态。
固然，几率波的解释使得理论的数学结构不能对应于实在的时空结构，如果让几率成为实验观察中首要的东西，就会让客观实在在描述中成了一种“隐喻”。然而薛定谔的解释由于与三维空间中的经验没有明显的联系，也成了另一种隐喻，仍然无法作为一种科学语言而获得充分的意义。
玻姆的隐序观念与薛定谔的解释在语言问题上是相似的。他所说的“机械序”〔6〕其实就是以笛卡尔坐标为代表的关于广延性空间的描述。这种描述由于经典物理学的某些限定而表现出明显的局限性。玻姆认为量子力学并未对这种序作出真正的挑战，在一定程度上指出了量子力学的保守性。他企图建立一种“隐序物理学”，将量子解释为多维实在的投影。他以全息摄影和其它一些思想实验为比喻，试图将客观实在的物质形态、时空属性和运动形式作全新的构造。但由于其基础的薄弱，仍然只是导致了另一种脱离经验的描述，也就是一种形而上学。
这里所说的“基础”指的是，一种全新的语言涉及主客体间完全不同的相互介定。它涉及对客体的完全不同的剥离方式，也就是说，现行科学语言及其相关思维方式的整个基础都将改变。然而，现实地说，这不是某一具有特定对象和方法的学科所能为的。
可见，试图通过一种全新的语言来解决量子力学的语言问题是行不通的。这个问题比通常所能想象的要无可奈何得多。
五、量子力学何种程度上是“革命性”的
量子力学固然在解决微观客体的问题方面，是迄今最成功的理论，然而这种应用上的重要性使人们有时相信，它在观念上的革命也是成功的。其实，上述语言与实在图景的冲突并未解决。量子力学的种种解释无法在科学语言的基础上必然过渡到那种非因果、非决定论观念所暗示的宇宙图景。这就使我们有必要对量子力学“革命性”的程度作审慎的认识。
正统的量子力学学者们都意识到应该通过发展思维的丰富性来解决面临的困难。他们作出的重要努力的一个方面是提出了很多与经典物理学不同的新观念，并希望这些新观念能逐渐溶入人类的思想和语言。其中玻恩用大量的论述建议几率的观念应该取代严格因果律的概念。〔7〕测不准原理以及其中的广义坐标、广义动量都是为粒子而设想的，却又不能描述粒子在时空中的行为，薛定谔认为应该放弃受限制的旧概念，而玻尔却认为不能放弃，可以用互补原理来解决。玻尔还希望，波函数这样的“新的不变量”将逐渐被人的直觉所把握，从而进入一般知识的范围。〔8〕这相当于说，希望产生新的语言基元。
另一方面，海森堡等人提出，问题应该通过放弃“时空的客观过程”这种思想来解决。〔9〕这又引起了量子力学的客观性问题。
这些努力在很大程度上是具有保守性的。
我们试把量子力学与相对论作比较。相对论的革命性主要表现在，通过对时间和空间的相对性的分析，建立起时间、空间和运动的协变关系，从而了绝对时空、绝对同时性等旧观念，并代之以新的时空观。重要的是，在这里，绝对时空和绝对同时性是从理论上作为逻辑必然而排除掉的。四维时空不变量对三维空间和一维时间的性质依赖于观察者的情形作了简洁的概括，既不引起客观性危机，又与人类的时空经验有着直接关联。相对论排除了物理学内部由于历史和偶然因素形成的一些含混概念，并给出了更加准确明晰的时空图景。它因此而在科学语言的范围内进入了一般知识。
量子力学的情况则不同。它的保守性主要表现在：
第一，严格因果律并不是从理论的内部结构中逻辑地排除的。只是为了保护几率波解释，才不得不放弃严格因果律，这只是一种人为地避免逻辑矛盾的处理。
第二，不完全连续性、非完全决定论等观念并没有构成与人类的时空经验相关联的自洽的实在图景。互补原理和并协原理并没有从理论内部挽救出独立存在于时空的客体的概念，又没有证明这种概念是不必要的（如相对论之于“以太”那样）。因此，量子力学的有关哲学解释看似抛弃旧观念，建立新观念，实际上，却由于这些从理论结构上说是附加的解释超出了关于实在的描述，因而破坏了以实在的自明性为保证的描述的前提。所以它实际上对观念的丰富和发展所作的贡献是有限的。
第三，量子力学内在地不能过渡到关于个别客体的时空形式及过程的模型，使得它的反对者指责说这意味着位置和动量这样的两个性质不能同时是实在的。而为了保护客观性，它的支持者说，粒子图像和波动图象并不表示客体的变化，而是表示关于对象的统计知识的变化。〔10〕这在关于实在的时空形式及过程的科学语言中，多少有不可知论的味道。
第四，人们必须习惯地设想一种新的“实在”观念以便把充满矛盾的经验现象统一起来。在对客体的时空形式作抽象时，这种方法是有效的。而由于波函数对应的不是个别客体的行为，所以大多新的“实在”几乎都是形而上学的构想。薛定谔和玻姆的多维实在、玻姆在阐释哥本哈根学派观点时提出的那种包含了无限潜在可能性的“第三客体”〔11〕，都属于这种构想。玻恩也曾表示，量子力学描述的是同一实在的排斥而又互补的多个影像。〔12〕这有点象是在物理学语言中谈论“混元”或“太极”一样，很难说对观念有积极的建设。
本文从科学语言的角度，对量子力学尤其是它的哲学基础的保守性作出一些分析，这并不是在相对论和量子力学之间作价值上的优劣判断。也许量子力学的真正价值恰恰在于它所碰到的困难是根本性的。
海森堡等人与新康德主义哲学家g·赫尔曼进行讨论时，赫尔曼提出，在科学赖以发生的文化中，“客体”一词之所以有意义，正在于它被实质、因果律等范畴所规定，放弃这些范畴和它们的决定作用，就是在总体上不承认经验的可能性。〔13〕我们应该注意到，赫尔曼所使用的“经验”一词，实际上是人类对客观事物的广延性和分立性的经验。这种经验是科学的实在图景成立的基础或真实性的保证，逻辑是它的抽象和提升。
在本文的前三节已经谈到，自从古希腊人力图把日常语言理想化而创立了逻辑语言以来，西方的科学语言就一直是在实在的广延性和分立性的介定下发展起来的。我们也许可以就此推测，对于人的认识而言，世界是广延优势的，但如果因此认为实在仅限于广延性方面，却是缺乏理由的。广延性优势在语言上的表现之一是几何优势。西方传统中的代数学思想是代数几何化，即借助空间想象来理解数的。不论毕达哥拉斯定理还是笛卡尔坐标都一样。直角三角形的斜边是直观的，而根号2不是。我们可以用前者表明后者，而不能反过来。可是一个离散的数量本身究竟是什么呢？它是否与实在的另一方面或另一部分（非广延的）相应？也许在微观领域里不再是广延优势而量子力学的困难与此有关？
如果量子力学面临的是实在的无限可能性向语言的有限性的挑战，那么问题的解决就不单单是语言问题，甚至不单单是目前形态的物理学的问题。它将涉及整个认识活动的基础。玻尔似乎是深刻地意识到这一点的。他说“要做比这些更多的事情完全是在我们目前的手段之外。”〔14〕他还有一句格言；“同一个正确的陈述相对立的必是一个错误的陈述；但是同一个深奥的真理相对立的则可能是另一个深奥的真理。”〔15〕
参考文献和注释
量子力学的认识篇8
关键词:《量子力学》物理图像创新思维培养
《量子力学》是物理学专业重要的专业基础课程,其教学质量的高低不仅影响到其他后续课程的学习,而且直接影响到物理学专业人才培养目标的实现。衡量物理教学的质量标准应该有三个维度,一是知识与技能维度,二是物理思想和方法论维度,三是物理品格维度。过去的教学,我们往往过多地重视第一维度,而忽视第二、第三个维度。在量子力学教学中,我们结合量子力学及其发展历史所涵含的丰富的物理思想与方法,开展了学生创新思维能力培养的教学实践研究。
一、创新型、应用型人才培养目标的要求
考虑到培养21世纪需要的应用型人才目标的要求,而且结合新建本科院校的课程设置的特点,《量子力学》课程的教学方法和教学体系建设应从以下两方面着手:一方面,着重量子力学概念、规律和物理思想的展现,使学生在知识层面上够用并且能用,并注意科学人文精神的阐发,为进行物理素质教育与物理教学研究提供量子力学方面的科学素养,如勇于创新、科学、严谨等。另一方面,培养学生建立正确的量子力学概念和物理图像,掌握基本规律,广泛了解量子力学在推动技术进步方面的作用,开拓思路,培养学生应用物理规律解决应用技术问题的能力。
二、《量子力学》教学中创新意识及创新能力的培养
根据应用型人才培养的目标,我们一直致力于探索一套合适的物理学专业量子力学课程教学的共享数字化教学体系,创建完整的教学资源,力求使学生在学习这门课程的同时受到实践能力和创新能力的培养。相应措施主要体现在以下三个方面。
(一)创造实验情景,以实验和实践为基础深化量子力学的原理。
由于量子力学主要研究微观粒子的运动规律,理论太抽象,许多量子现象和日常的生活经验不符合甚至相违背,因此在教学中教师必须强调量子力学首先是一门试验性的科学,应从实验事实去推理分析,不直接与主观经验联系,并时时将新的概念和结论与经典物理学的结果作比较,使学生能正确理解量子力学的基本概念,从而学会处理具体问题的方法,掌握量子力学的精髓。在讲述量子力学基本内容的时候,寻找合适的接口与量子力学原理在实际生产中的应用相联系。通过这两方面的着重讨论,学生能感受到量子力学的抽象原理是实实在在的、来源于实践又回到实践中得到检验的、正确的理论。
量子力学实验从可操作的层面上可大致分为三类,一类是仅存在于人们想象中或目前还不能实现的理想实验,一类是在高水平的实验室中可以实现的科学研究实验,一类是我们让学生自己动手做的有关教学的基础性实验。但无论何种实验,我们都可以利用多媒体技术在课堂上将其生动形象的展现出来,让学生不仅深刻认识到实验在量子力学发展中的重要作用,而且培养用实验发现问题和验证假说的能力。例如在讲解物质粒子的波粒二象性时,我们用多媒体课件演示单电子衍射实验。单电子发射时,在荧屏上出现一个亮点,说明电子的粒子性;再发射大量电子,屏幕上出衍射条纹,说明了电子的波动性。这样,难以讲解清楚的知识变得生动活泼,使学生能更快地理解所学的知识,且加深了学生的认知印象,大大提高了学习效率。
(二)充分利用现代媒体的作用,激发学生的创造兴趣。
以电脑和互联网为代表的信息技术已演变为继传统媒体后的“现代媒体”。现代媒体将为教学过程提供新的教学手段,并为培养创新人才奠定了技术基础。通过网络技术,学生可以突破传统教学的时空限制,不但可以享受本校教学资源,而且可以享受到全国高水平的教学资源,从而实现优质教学资源的共享,也为各学校的师生讨论交流提供了一个很好的平台。
对于《量子力学》这样一门抽象的理论课,多媒体技术将图、文、声、像等各种教学信息有机的组合在一起,直观、形象、生动,即使对那些比较抽象,难以理解的理论和日常看不到或拍摄不到的情景,也可以通过三维动画虚拟实现。多媒体丰富的表现力不仅能打破人类视觉上的樊篱,使得学生从科学与艺术相融的视觉信息中感知抽象、复杂的理论,而且能引发学生无限的遐想,极大地激发了他们的想象力。学生的思维高度活跃从而激发创新火花。
(三)密切结合当前的科技前沿和高新技术,将量子力学知识应用于实践。
量子力学在各学科中已经有很多成功的应用并催生了许多交叉学科及现代高新技术的产生。在教学中,教师应尽可能进行知识的渗透和迁移,及时将当前与量子力学相关的科技前沿和高新技术引入到教学中,一些知识可以作为简单的介绍,也可以就某个方面详细分析,阐明其量子力学原理。例如量子力学与非线性科学的关系,量子理论在耗散系统、纳米技术、分子生物学中的应用,量子力学与正在研究的量子计算机、量子保密通信的关系,等等。在教学中教师适当地穿插这些知识,既不会花费太多的时间,又能使教学更生动、易于理解,而且可使学生开拓视野,活跃思维,激发兴趣。这样学生不仅可以学到运用基础理论指导科学研究的方法,而且可以克服原有的“量子力学就是一种纯理论的学科”的片面认识。如我们在讲解一维无限深势阱时,将其与半导体量子阱和超晶格这一现代科学的前沿相联系;在讲解隧道效应时,将其与扫描隧道显微镜相联系,进而可以介绍扫描探针操纵单个原子的实验。我们通过这种方式使学生对这一部分的知识有了直观的认识,从而不再感到量子力学的学习枯燥无味。
参考文献:
[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理,2000,(7).
[2]钱伯初.我的教学生涯[C].2003.
[3]谢希德.创造学习的新思路[n].人民日报,1998-12-25,(10).
量子力学的认识篇9
人教版义务教育课程标准实验教科书数学二年级上册《长度单位》。
[教学目标]
1 结合生活实际，经历用不同方式测量物体长度的过程，在活动中充分体会统一长度单位的必要性。
2 在活动中，让学生认识长度，单位厘米，初步建立“厘米”的长度观念，学会用尺子量物体长度的方法(限整厘米)。
3 培养学生估计物体长度的意识。发展空间观念。
4 培养学生的动手操作能力和解决问题的能力。
[教学重、难点]
建立“厘米”的长度观念，学会用尺量物体长度的方法。
[教学设计]
一、用学具量，体会统一度量单位的必要性
1 活动引路，提出问题。
(1)比一比。看看数学课本的封面，它的长边和短边各有多长呢?用手分别比划出来。
(2)量一量。活动：4人一组，每人从四样物品(1角硬币、曲别针、小刀、方木块)中选取一样不同的物品去量课本的宽。(方法指导：作为标准的物品要一个接一个地摆放，要放平摆直)
(3)展示交流。请一个学习小组的学生汇报测量结果。
(4)想一想。为什么量的都是数学课本的宽。量出的结果却不一样呢?
(5)比一比。请几位选用同一物品进行测量的同学展示并比较他们测量的结果。
小结：量同一样物体的长。可以用不同的学具(或物品)，但如果要想得到相同的结果，应选用同样的学具(或物品)作标准来量。
(6)练一练。①让学生用同一学具作标准，量课本封面的长。(提高操作要求，如只用1把小刀逐次量出)②完成教材第2页“做一做”中的第1、3题。
2 归纳小结。刚才我们通过动手实践和观察。知道了在测量、比较物体的长度时，必须使用同样的测量标准，这样才便于交流。
[设计意图]安排量物体的活动，目的是让学生经历统一长度单位的过程。“为什么量的都是数学课本的宽，量出的结果却不一样呢”这一问题的提出，能较好地引起学生的认知冲突。教师进而通过有效的引导和安排操作、练习等活动，使学生认识并体验到统一长度单位的必要性。
二、实践操作，认识新知
1 认识尺子。
为了让测量更简便，聪明的人们发明了一种测量工具，谁知道我们通常用什么来量物体的长度?(尺子)
(1)让学生拿出尺子，观察：你会看尺子吗?上面都有些什么?请知道的同学告诉大家好吗?
(2)结合学生汇报、交流，认识刻度线、刻度数、“0”刻度、长度单位(厘米)。
2 认识1厘米。
(1)认识1厘米有多长。(课件演示：在尺子上，从0到1中间的长是1厘米。并在下面相应的位置画出长1厘米的线段)
(2)感知1厘米有多长。
①比一比。教师示范测量棱长为1厘米的小正方体的棱长，带领学生用左手拇指和食指轻轻夹住小正方体，右手慢慢把它拿走，告诉学生这中间的空隙约是1厘米，并让学生把它记在脑子里。
②记一记。闭眼想想，1厘米有多长，用手比划一下。
③找一找。你认为在尺子上，还有从哪个数到哪个数中间的长度也是1厘米呢?找出其中的1厘米给同桌看一看。在学具、文具中，还有周围找找。哪些物体的长度大约是1厘米?(同桌交流、汇报)
3 认识几厘米。
(1)说一说，在尺子上，除了1厘米外，你还能找到几厘米?你是怎么知道的?(鼓励学生说出不同的答案)
(2)想一想。通过在尺子上找出这几段不同的长度，你知道怎么看尺子了吗?(从0刻度到刻度几就是几厘米。几厘米里面就有几个1厘米)
[设计意图]使学生成为知识的探索者，发现者。让他们在“看一看”“说一说”“比一比”“记一记”“找一找”等实践活动中，丰富了感知，建立了“厘米”的表象。
4 用厘米测量物体的长。
(1)请学生先估一估黄色纸条大约有几厘米，再试着用尺子量一量。(结合学生出现的正、误两种实例的比较、讲解，让学生掌握正确的测量方法)
(2)尝试练习：选一样文具，先估再量，它大约有几厘米长。(巡视中如果发现学生采用别的正确的方法，要给以，鼓励)
(3)用所学的方法，量出数学课本的两条边的长度，再与前面用学具量的方法和结果进行比较，体现“用尺子量”的优点。
[设计意图]本环节重点让学生掌握并熟练使用尺子度量的技能。设计中增加了让学生先估一估再量这一活动，在加深对“厘米”认识的同时，有利于学生对这些物体长度的整体把握，形成初步的空间知觉能力。最后一环节与课的开始相互呼应，让学生运用所学，量出课本两边的长度，旨在让学生在对方法和结果的比较中感受到数学知识的价值，增强他们的成就感。
三、全课总结，拓展延伸
1 指导学生看书。
2 交流：通过今天的学习，你学会了什么?还有什么不明白的?(鼓励学生质疑，师生共同释疑)
量子力学的认识篇10
“科学认读”作为教育部“科学教育――开发儿童少年潜能”的第一个子课题，到目前已经进行了整整十年。十年如一日的课题实践，本身就已经体现出一种教育坚守的伟大。课题主持人、江苏省教育学会会长周德藩先生认为，这一项实践性课题。将撕开中国现行教育体制的一个角，成为中国教育改革的切入点，引发整个课程体系、现代学制及基础教育结构等重大方面的改革与创新。
让中国孩子8岁实现自主阅读――这几乎是个令人难以置信的论断!周德藩先生的科学认读的实践性课题和语文教学三阶段论刷新了人们对早期阅读的传统认识，将自主阅读的起点创造性地提前。先生慧眼独具，敏锐地看出了早期阅读的重要性，并以之探索语文教学的根本性问题。我们欣喜地看到，这一课题已经获得了比较理想的效果，在江苏省无锡市锡山区、泰州市高港区、江阴市等地取得了优异的成绩，并获得了家长与社会的广泛认可。本刊现全文刊发周德藩先生关于“科学认读”的理论和实践研究，以飨读者。
[内容摘要]科学认读教育强调让孩子在读的过程中认字，同时通过认字促进更好地阅读。科学认读强调认读的情境化、生活化。科学认读能使中国孩子8岁前实现自主阅读，并在这过程中形成科学认读素养，并使语文教学三阶段逐步明晰。科学认读的普及与推广，必然带来语文教学的积极的变化。科学认读将从文化角度矫正人们的汉语文化情结，改变人们不良的母语心态，形成汉语认知方面的新的价值观体系。
[关键词]实践性课题科学认读幼小衔接语文教学三阶段论汉语文化
1997年，美国总统克林顿提出开展“阅读挑战运动”，要求美国孩子小学三年级结束前就能够自主阅读。我一下陷入了沉思，美国的孩子可以在8岁实现自主阅读，那么，我们中国的孩子可不可以达到这样的目标呢?现在，通过10年的探索、研究与实践，我可以自豪地说，我们中国的孩子也完全可以在8岁实现自主阅读。不仅如此，我欣喜地看到，在科学认读实验学校，由于孩子们在8岁实现了自主阅读，因而引发了后续的语文教学的积极的变化。
――写在前面
改革开放三十年来，语文教学的改革一浪又一浪，语文教改造就出来的语文名师也比比皆是，然而，语文教学偏偏仍然处于“少”“慢”“差”“费”的状态之中。很多人对此状况痛心疾首。然而，几乎所有的语文教育工作者，都未能从儿童早期阅读角度探索语文教学的根本性问题。
早期阅读的重要性是不言而喻的。它对一个人的成长发展具有举足轻重的作用。一则，人类的文化成果大部分是以书面语言的形式保存下来的。教会孩子自主阅读，无异于为他们及时打开了人类文明殿堂的大门。这所殿堂提供的文化养料，对处于大脑发育关键期的儿童来说，其促进思维发展以及情意丰富的价值自是无比巨大的。二则，书面语言具有规范化、逻辑性强、表意丰富和准确的特点，因而，进行书面阅读这一活动本身就能够增强儿童思维的逻辑性和清晰性。形成儿童思考的广度和深度。相比较那些只接受感觉信息和口语信息刺激的儿童而言，进行书面阅读的儿童在智力和情意方面都表现出更高的发展水平和更大的发展潜力。我们知道很多科学家如钱学森、杨振宁等人以及一些文学家如郭沫若、茅盾、巴金、钱钟书等人，都是在5岁之前就进行了大量的认读活动并在此基础上成长为令国人自豪的大师的。
虽然有人到现在还反对幼儿园时期引导孩子阅读，然而应该看到，当代社会的发展，已经呈现出一种信息爆炸的形态，每一个儿童都可能会通过一个人们不经意的方式吸储大量的有用或无用的信息。这些信息，势必会给孩子带来有意或无意的影响。孩子们现在生活在文字的包围之中，触目之处，皆有文字的痕迹；凡有听闻，皆是母语的语音化表达。所以，目前，世界各国越来越重视儿童早期的阅读教育。以美国为例，早在1997年，克林顿就提出开展“阅读挑战运动”，要求美国孩子小学三年级结束前就能够自主阅读。到2001年，布什政府更是以法案的形式将这一要求确定下来。政府的重视收到了预期效果，至今，大部分8岁的美国孩子都能够做到自主阅读。而在中国，按照目前的课程标准，这一目标是难以实现的。中国的孩子实现自主阅读首先要认读2500个左右的常用汉字，而依据2000年《全日制义务教育课程标准(实验稿)》，孩子上完二年级(一般8岁)只能够认读1600～1800个常用汉字。显然，这样的识字量是难以达到自主阅读的要求的。对此，有人辩称，汉字不同于表音文字，它难认、难读、难写，一般的中国孩子，很难在8岁时拥有足够的识字量并实现自主阅读。
这一说法。对吗?通过对汉字识字规律的研究，结合10年的科学认读教育实验，我们得出的结论是：一般的中国孩子8岁前照样能够认读足够的汉字、实现自主阅读。实践表明：采用我们称之为“科学认读”这一科学有效的语文启蒙教育方法，中国孩子在8岁左右完全可以掌握自主阅读所需要的汉字量，而且，在此情形下，孩子们的书面表达与口头表达能力也得到提升，语文教学的格局也实现了全新改变。笔者坦言，科学认读课题的实施，正是希望语文教学实现一种积极的改变。
科学认读是针对3～8岁左右的儿童采用的一种阅读与认字相互结合和渗透的语文教育方法。与一般的以认字为前提的阅读教育不同，科学认读教育强调让孩子在读的过程中认字，同时通过认字促进更好地阅读。也就是说，它是针对不识字或识字不多的孩子的“阅读启蒙教育”。较之一般的阅读教育，它具有非独立自主性，更强调阅读的辅、情境性和趣味性。同时，科学认读教育又是一种特殊的“识字教育”：它比通常的识字教育更早――一般从幼儿园而不是从小学开始：它比通常的识字教育更自然――不要求掌握拼音，不要求书写、解释以及运用字同造句、作文，只要求孩子在具体语境中认读常用汉字。
科学认读具有一般的阅读教育和识字教育不可比拟的优势，其科学有效性主要体现在以下两个方面：
(1)对3～8岁左右的儿童进行认读教育，符合儿童的生理－心理发展规律。
从心理学的角度看，认读活动的进行需要具备三个方面的基本能力。第一，孩子需要具备图形识别能力。汉字是图形文字，孩子要认读汉字，需要具备图形识别能力，而这种能力孩子在6个月大时就开始形成了。第二，早期认读需要“读”，因此孩子需要有说话能力。一般说来，孩子在1岁左右就能够进行简单发音了。第三，孩子需要理解文字的意义。文字是表意符号，孩子只有积累了一定的生活经验，将符号与事物联系起来，才算是初步掌握、理解了该文字符号。一般说来，正常的3岁左右的儿童已经同时具备上述三种能力，具有认读的生理、心理基础。
从汉语言文字的特点来看，汉字具有声音、图像、语义和符号相结合的特点，其具象性特别适合孩子学习。3～7岁是孩子知觉表征发育的关键期，汉字作为图形文字、表意文字最适宜孩子整体识别和自然记忆能力极强
的认知特点，十分有利于大脑左右两个半球的协调发展。此外，汉字还具有基本词汇精练、稳定，转换简捷、灵活的特点，这就使得孩子所具有的理解力足以保证他根据上下文猜字，从而实现随文识字、顺利进行自主阅读。比如，当孩子掌握“火”“山”“发”这三个常用字并具备一定知识积累时，是不难读出并理解“火山喷发”以及“火山爆发”等短语的。
(2)认字和阅读相结合、阅读和生活相结合，符合儿童语言学习的一般规律。
科学认读强调认字和阅读相结合、阅读和生活相结合，让孩子在自然、轻松、愉悦的状态中学习语言，是符合儿童学习语言的一般规律的。比如，那些经常光顾或经过麦当劳餐厅的孩子，一般很早就会认读写在一起的“麦当劳”三个字，而不能及时、准确认读分开写的这三个字，正体现了上述语言学习的一般规律。
科学认读教育的最初步的方法，就是主要通过创设生活化的语言环境让孩子随文识字、整体辨认。所以，其一，它强调整体认读。即不要求孩子一个一个地认字、一笔一画地写字，而只要求孩子在语境中整体辨识基本字词；其二，它强调认读的情境化、生活化。即让孩子在生活的情境中以游戏的方式认字和阅读。此外，它要求孩子和师长利用现有环境，创设科学认读的教学情境。我们生活的社会环境和自然环境中有着丰富的认读资源，比如路标、住宅门牌、校牌、站牌、店铺标牌、商品广告以及各种商品的名称、价格等等。家长、教师不妨做个有心人，有意识地引导孩子关注这些语言信息。让孩子在有意无意问认读汉字。在我们的生活环境中，还有大量有“形”而无“名”的潜在的认读资源。教育者要善于开发相应的资源，让“名”附着于“形”，使每堵墙都能讲话，每张桌凳都贴上标签。每件玩具都有“姓名”……使文字符号与具体事物联系起来，随时随地满足孩子给事物命名的心理需要。科学认读课题，还提出营造认读氛围的要求。即在生活中、在游戏中进行亲子共读、师生共读，形成自然而浓厚的认读氛围。比如，家长每天抽时间和孩子一起阅读图文并茂的童话故事书、科普读物等，让孩子跟着父母在读图和读文的过程中，增加识字量，提高阅读能力和阅读兴趣。此外，在外出旅游、演唱卡拉oK时，家长可以和孩子一起认读景点的名称、简介以及卡拉oK的字幕等等。而在学校里，教师可以以主题为单元，通过游戏让孩子认读。比如，江苏省泰州市高港幼儿园设计的《逛超市》的单元教学就是先让孩子跟家长到超市购买喜爱的食品和饮料。
同时观察食品和饮料的商标，并收集喜爱的商标：然后，教师让孩子说出看到的商品名称，教师随之板书，学生再加以整体认读。一个单元教下来，我们发现认读效果非常理想，而且学生一直保持较高的认读兴趣。
科学认读遵循“顺其自然”的教育原则。对幼儿园的孩子，首先坚持“只认读，不用写”，让孩子在生活环境中自然而然地接触汉字，不给孩子增加额外负担：其次坚持“不考核，不攀比”，尊重幼儿的个体差异性，学校不提硬性的识字指标，家长不攀比，教师不考核，一切顺其自然，让孩子轻松快乐地认读。科学认读所追求的教育境界是“教者有心，学者无意”，孩子不是为了识字而识字，而是为了更好地熟悉、理解自己的生活环境去认读。在这一过程中，他的识字量增加了，更重要的是他的阅读习惯养成了，阅读兴趣和能力也提高了。
10年的科学认读实验基本上证实了我们当初假设的正确性。通过幼儿园3年的辅导，大部分孩子已经能够认读800～1000个汉字，个别孩子能够认读2000个左右。更可喜的是，这些孩子普遍对阅读产生了兴趣。我们还欣喜地看到，很多孩子由此产生了阅读的冲动，并在家庭与幼儿园里形成了阅读的良性互动。不仅如此，科学认读还使孩子们的口头表达能力较其他未经实验培训的幼儿更为出色。
可以想象，如果在此基础上，我们进一步做好幼儿园教育与小学教育的衔接工作，对小学一年级的识字教学起点进行重新调整，对小学一、二年级的识字教学与认读教学进行新的更合乎科学的定位，同时，在科学认读理论的指导下继续有序地进行识字教学，则到小学二年级结束时，扫除阅读障碍，实现自主阅读，是很容易做到的。我们在江苏省无锡市荡口幼儿园与无锡市荡口中心小学的成功实验，已经充分说明了这一点。
但是，在幼儿园阅读识字教学方面，到目前为止，认识上并没有取得一致，然而，我欣喜地看到，即便是幼儿园时期不进行科学认读的实验，而是从小学一年级开始“认字和阅读相结合、阅读和生活相结合”的科学认读教育活动，照样能达到让孩子在升入三年级前，认读2500个左右的常用汉字的目的，实现真正的自主阅读。
如果从小学一年级开始实施科学认读的课题，大体上有两种做法：一是以语文教师为主体，在现有的语文课程基础上，适当调整语文课程结构，从课程角度确保科学认读的课题得到扎扎实实的落实，从而使语文课程改革更符合儿童的认知规律，符合语文学科本身的规律。这种情形下，便能让孩子在升入三年级前，认读2500个左右的常用汉字，实现真正的自主阅读。当然，最理想的做法是，所有教师都共同参与到科学认读实验中来，使科学认读成为所有教师的教学意识并外化为所有教师的教学行为。其具体做法包括：语文教师在现有教学框架内渗透科学认读活动，通过各种语文活动扩大学生的识字量；其他学科教师有意识地指导学生读懂本学科的教科书，使学生在知识学习中认读汉字，同时通过汉字认读加深对知识的理解。
为此，我曾通读了小学生所有课本(英语除外)，并对小学一、二年级学生的课本做了系统地分析。以江苏教育出版社的版本为例，小学一年级5本教科书(语文、数学、思想品德、音乐、美术)已经出现了1233个汉字，至二年级结束，5门教科书所出现的汉字达2354个。如果每一门学科的教师，都以科学认读理论作为指导，引导孩子们认真阅读本门教科书，则小学生在二年级结束时，自主阅读是普遍可以实现的(编者注：《江苏教育》(小学教学版)2007年第一期《从小学入学的教科书读课程改革》一文对此有详细论述)。江苏省无锡市荡口中心小学提出的“学科全覆盖、教师齐参与、家校共配合”，便是成功的做法。
实践告诉我们，科学认读不只是语文学科的事，或者说，科学认读不仅仅是语文的事。其实，从某种意义上讲，教育的基本问题就是阅读问题。只要孩子真正学会了阅读，教育也就成功了。而要达到这一目标，全体教师共同参与，也就应该是一种必然的要求。
当学生带着2500个左右的识字量与在此过程中形成的科学认读素养进入三年级乃至更高的年级时，势必对此后的语文教学提出了新的要求。如果把孩子8岁就实现自主阅读作为语文教学的第一阶段，那么小学中高年级的阅读教学必然进入一个新的阶段。我们把它称作第二阶段。语文教学也就必须在此基础上进行新的变革，三年级至六年级阶段，则进入大量阅读、自由阅读、专题阅读及经典诵读阶段。如是，孩子们在小学毕业时
则一定会形成丰富的语言积累，形成更高层次的科学认读素养，从而为进入初级中学的语文学习打下一个坚实的母语基础，形成中学阶段科学认读的新起点。
目前，科学认读课题实践与研究已经进行了10年，两批次的学生在科学认读的课题实验中获得了真正的成长。实验表明，科学认读的成果已经形成，并得到了社会、学校的广泛认可，实验学校在所在地区的美誉度也已经形成。如江苏省无锡市荡口中心小学2008级(4)班毕业生所取得的成绩是：他们的阅读量已经超过了350万字，有了深切而丰富的语言积累，而且背诵了大量的古典诗词，在口头表达与书面表达方面，也已经达到了同龄孩子难以抵达的境界，孩子们的语文素养和语文功力已经真正形成并成功辐射到其他学科的学习与创造发明之中。类似的情形在江苏省泰州市高港实验小学也已经出现，该校目前六年级的在校生，在科学认读实验中，形成了高水准的读写能力，有关媒体对他们进行采访时，他们镇定自若、谈笑风生，引经据典、出口成章，引得记者们啧喷称奇，叹为观止。
当然，继之而来的问题是，科学认读在小学全面实施并产生积极的成果之后，对初中语文教学就提出了新的问题，那就是初中语文教学的重新定位问题。初中语文教学的真正起点在哪里，有无必要为中学语文教学寻求一个新的逻辑起点，从科学认读理论与实践的视阈看，已经成为语文教育工作者必须深刻思考的问题。这里，笔者提供一个思路：在进入初中之后，我们完全可以实现初中生的研究性阅读，从而与高中语文教学进行完美的对接。换言之，初中语文教学完全可以直接与我们目前高中阶段的语文教学整合，甚至可以实现对高中语文教学的超越。当然，这里也就势必带来关于课程体系与现代学制的变革的思考与要求。如何应对，看来是科学认读以外的话题，然而，既然问题已经随之而来，则我们大概便不得不对现行的语文教学、现代课程体系以及基础教育结构等重大问题进行重新定位与思考。