量子力学研究篇1

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

经典科学基本上是指由培根、牛顿、笛卡儿等开创的，近三百年内发展起来的一整套观点、方法、学说。经典科学世界图景的最大特征是机械论和还原论，片面强调分解而忽视综合。以玻尔、海森伯、玻恩、泡利、诺伊曼等为代表的哥本哈根学派的量子力学理论三部曲：统计解释—测不准原理—互补原理所反映的主要观点是：微观粒子的各种力学量（位置、动量、能量等）的出现都是几率性的；量子力学对微观粒子运动的几率性描述是完备的，对几率性的原因不需要也不可能有更深的解释；决定论不适用于量子力学领域；仪器的作用同观察对象具有不可分割性，确立了科学活动中主客体互动关系。[1]量子力学的发展从根本上改变了经典科学世界

图景。

一、量子力学突破了经典科学的机械决定论，遵循因果加统计的非机械决定论

经典力学是关于机械运动的科学，机械运动是自然界最简单也是最普遍的运动。说它最简单，因为机械运动比较容易认识，牛顿等人又采取高度简化的方法研究力学，获得了空前成功；说它最普遍，因为机械力学有广泛的用途，容易把它绝对化。[2]机械决定论是建立在经典力学的因果观之上，解释原因和结果的存在方式和联系方式的理论。机械决定论认为因和果之间的联系具有确定性，无论从因到果的轨迹多么复杂，沿着轨迹寻找总能确定出原因或结果；机械决定论的核心在于只要初始状态一定，则未来状态可以由因果法则进行准确预测。[3]其实，机械决定论仅仅适用于宏观物体，而对于微观领域以及客观世界中大量存在的偶然现象的研究就产生了统计决定论。[4]

量子力学是对经典物理学在微观领域的一次革命。量子力学所揭示的微观世界的运动规律以及以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子力学的理解，同物理学机械决定论是根本相悖的。[5]按照量子理论，微观粒子运动遵守统计规律，我们不能说某个电子一定在什么地方出现，而只能说它在某处出现的几率有多大。

玻恩的统计解释指出，因果性是表示事件关系之中一种必然性观念，而机遇则恰恰相反地意味着完全不确定性，自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配。在量子力学中，几率性是基本概念，统计规律是基本规律。物理学原理的方向发生了质的改变：统计描述代替了严格的因果描述，非机械决定论代替了机械决定论的统治。

经典统计力学虽然也提出了几率的概念，但未能从根本上动摇严格决定论，量子力学的冲击则使机械决定论的大厦坍塌了。量子力学揭示并论证了人们对微观世界的认识具有不可避免的随机性，它不遵循严格的因果律。任何微观事件的测定都要受到测不准关系的限定，不可能确切地知道它们的位置和动量、时间和能量，只能描述和预言微观对象的可能的行为。因此，量子力学必须是几率的、统计的。而且，随着认识的发展，人们发现量子统计的随机性，不是由于我们知识和手段的不完备性造成的，而是由微观世界本身的必然性（主客体相互作用）所注定。

二、量子力学使得科学认识方法由还原论转化为整体论

还原论作为一种认识方法，是指把高级运动形式归结为低级运动形式，用研究低级运动形式所得出的结论代替对高级运动形式的本质认识的观点。它用已分析得出的客观世界中的主要的、稳定的观点和规律去解释、说明要研究的对象。其目的是简化、缩小客体的多样性。这种方法在人类认识处于初级水平上无疑是有效的。如牛顿将开普勒和伽利略的定律成功地还原为他的重力定律。但是还原论形而上学的本质，以及完全还原是不可能的，决定了还原论不能揭示世界的全貌。

量子力学认为整体与部分的划分只有相对意义，整体的特征绝非部分的叠加，而是部分包含着整体。部分作为一个单元，具有与整体同等甚至还要大的复杂性。部分不仅与周围环境发生一定的外在联系，同时还要表现出“主体性”，可将自身的内在联系传递到周边，并直接参与整体的变化。因而，部分与整体呈现了有机的自觉因果关系。在特定的临界状态，部分的少许变化将引起整体的突变。[6]

波粒二象性是微观世界的本质特征，也是量子论、量子力学理论思想的灵魂。用经典观点来看，也就是按照还原论的思想，粒子与波毫无共同之处，二者难以形成直观的统一图案，这是经典物理学通过部分还原认识整体的方法，是“向上的原因”。可是微观粒子在某些实验条件下，只表现波动性；而在另一些实验条件下，只表现粒子性。这两种实验结果不能同时在一次实验中出现。于是，玻尔的互补原理就在客观上揭示了微观世界的矛盾和我们关于微观世界认识的矛盾，并试图寻找一种解决矛盾的方法，这就是微观粒子既具有粒子性又具有波动性，即波粒二象性。这就是整体论观点强调的“向下的原因”，即从整体到部分。同样，海森伯的测不准原理说明不能同时测量微观粒子的动量和位置，这也说明绝不能把宏观物体的可观测量简单盲目地还原到微观。由此我们可以看出，造成经典科学观与现代科学观认识论和方法论不同的根本在于思考和观察问题的层面不同。经典科学一味地强调外在联系观，而量子力学则更强调关注事物内部的有机联系。所以，量子力学把内在联系作为原因从根本上动摇了还原论观点。

三、量子力学使得科学思维方式由追求简单性发展到探索复杂性

从经典科学思维方式来看，世界在本质上是简单的。牛顿就说过，自然界喜欢简单化，而不喜欢用什么多余的原因以夸耀自己。追求简单性是经典科学奋斗的目标，也是推动它获取成功的动力。开普勒以三条简明的定律揭示了看似复杂的太阳系行星运动，牛顿更是用单一的万有引力说明了千变万化的天体行为。因而现代科学是用简单性解释复杂性，这就隐去了自然界的丰富多样性。

量子力学初步揭示了客观世界的复杂性。经典科学的简单性是与把物理世界理想化相联系的。经典物理学所研究的是理想的物质客体。它不但用理想化的“质点”、“刚体”、“理想气体”来描述物体，而且把研究对象的条件理想化，使研究的视野仅仅局限于人们自己制定的范围之内。而客观世界并不是如此，特别是进入微观领域，微观粒子运动的几率性、随机性；观测对象和观测主体不可分割性等都足以说明自然界本身并不是我们想象的那么简单。

在现代科学中，牛顿的经典力学成了相对论的低速现象的特例，成为非线性科学中交互作用近似为零的情况，在量子力学中是测不准关系可以忽略时的理论表述。复杂性的提出并不是要消灭简单性，而是为了打破简单性独占的一统地位。复杂性是把简单性作为一个特例包含其中，正如莫兰所说的，复杂性是简单性和复杂性的统一。复杂性比简单性更基本，可能性比现实性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科学思维方式，不是以现实来限制可能，而是从可能中选择现实；不是以既存的实体来确定演化，而是在演化中认识和把握实体。复杂性主张考察被研究对象的复杂性，在对其作出层次与类别上的区分之后再进行沟通，而不是仅仅限于孤立和分离，它强调的是一种整体的协同。

四、量子力学使科学活动中主客体分离迈向主客互动

经典科学思维方式的一个指导观念就是，认为科学应该客观地、不附加任何主观成分地获取“照本来样子的”世界知识。玻尔告诉人们，根本不存在所谓的“真实”，除非你首先描述测量物理量的方式，否则谈论任何物理量都是没有意义的！测量，这一不被经典物理学考虑的问题，在面对量子世界如此微小的测量对象时，成为一个难以把握的手段。因为研究者的介入对量子世界产生了致命的干扰，使得测量中充满了不确定性。在海森伯看来，在我们的研究工作由宏观领域进入微观领域时，我们就会遇到一个矛盾：我们的观测仪器是宏观的，可是研究对象却是微观的；宏观仪器必然要对微观粒子产生干扰，这种干扰本身又对我们的认识产生了干扰；人只能用反映宏观世界的经典概念来描述宏观仪器所观测到的结果，可是这种经典概念在描述微观客体时又不能不加以限制。这突破了经典科学完全可以在不影响客体自然存在的状态下进行观测的假定，从而建立了科学活动中主客体互动的关系。

例如，关于光到底是粒子还是波，辩论了三百多年。玻尔认为这完全取决于我们如何去观察它。一种实验安排，人们可以看到光的波现象；另一种实验安排，人们又可以看到光的粒子现象。但就光子这个整体概念而言，它却表现出波粒二象性。因此，海森伯就说，我们观测的不是自然本身，而是由我们用来探索问题的方法所揭示的自然。[8]

量子力学的发展表明，不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的，就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义，不在于它能够描述出自然“是什么”，而在于它能够明确，关于自然我们能够“说什么”。

参考文献：

[1]林德宏.科学思想史[M].第2版.南京：江苏科学技术出版社，2004：270-271.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].第2版.北京：清华大学出版社，1993：1-2.

[3]刘敏，董华.从经典科学到系统科学[J].科学管理研究，2006，24(2)：44-47.

[4]宋伟.因果性、决定论与科学规律[J].自然辩证法研究，1995,11(9)：25-30.

[5]彭桓武.量子力学80寿诞[J].大学物理，2006，25(8)：1-2.

量子力学研究篇2

中图分类号：G643.0 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.07.017

Graduate Education Course Advanced Quantum Mechanics Teaching Reform

HU Ping， PENG Zhihua， GUO Ping， HU Jiwen

（College of Mathematics and Science， University of South China， Hengyang， Hu'nan 451001）

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。

在教学方法上，根据学生的知识基础和教学内容的特点，改变传统的教学方式，采用学生为主的教学方式。传统的教学方式主要是以教师讲授为主的灌输式、填充式，由于量子力学本身的特点，这些教学方法对量子力学的教学实效非常有限。一方面，一个主角的表演使得本身比较枯燥的量子力学课堂毫无生气，学生面对复杂繁琐的数学推导，思维跟不上教师的节奏，学生的学习热情下降。另一方面，学生本身的角色没有改变，自主学习、自主思考没有可锻炼的平台。教师考虑到自然科学的特点，一定要从知识的传承角度出发，这样教师要去贯彻启发式的教学方式。学生学一门课，学的是前人从实践中总结出来的间接知识。一个好的教师，应当引导学生设身处地去思考，自己是否也能根据一定的实验现象，通过分析和推理去得出前人已认识到的规律？自然科学中任何一个新的概念和原理，总是在旧概念和原理与新的实验现象的矛盾中诞生的。⑦作为教师，要充分利用新旧理论的矛盾提出问题，让学生思考问题，并设计一套完成的解决方案。在量子力学的课堂教学中，笔者结合实际情况，主要采取的是学生讲授为主、教师辅导的方式。尽管学生对量子力学知识的理解有限，但是一方面可以促使学生在课前预习;另一方面学生为了准备一堂课，要查阅相关资料，这样就可以极大地提高学生查找资料的能力，拓展学生知识面。作为教师，从学生讲授中也可以得到一些启发，诸如学生对一个问题理解的切入点与教师理解的不同，从而教师可以调整日后的课堂教学，使得课堂教学的内容从抽象化为通俗。

将科学研究融入到课堂教学，也是实现课堂教学改革的有效方式之一。研究生不仅要学习知识，更要的是做科学研究，寓教于研同样可以提高教学效果。在课题教学中，针对一个主题，在讲授基本知识的同时，更多的引入与之相关的前沿知识，并要求学生设计相关的问题，展开调查研究，以论文、学术报告的方式提交研究成果。通过此种方式，研究生的科学研究能力得到锻炼，创新思维能力得到培养，符合我们培养创新型人才的目标。

本文结合本校研究生的实际情况以及量子力学学科特色，我们主要从从教学内容、教学方法两方面探讨高等量子力学课程的教学改革。随着我国高等教育的发展，研究生课程教学改革还有待进一步地深化，这样才能提升我国研究生教育的整体水平，为祖国的发展培养更多的人才，日益增强国家的综合国力。

本文得到南华大学教学改革研究课题，2014XJG49;南华大学研究生教学改革研究项目 资助

注释

① 周萍.量子力学研究性教学[J]. 中国科教创新导， 2011（17）： 89-90

② 高芬.美国高校研究生教学中的“教”与“学”――以美国马萨诸塞大学阿默斯特分校教育学院为例[J].学位与研究生教育，2011（3）：73-77.

③ 沈元华.设计性、研究性物理实验介绍[J].物理实验，2004（2）：33-37.

④ 顾沛.把握研究性教学、推进课堂教学方法改革[J].中国高等教育研究，2009， （7） ：3 1-33 .

量子力学研究篇3

对于纳米技术的基础教学而言， AFM无疑是学生们感知纳米量级的最直接的方式之一。因此，本论文针对学生特点及教学要求，将AFM工作原理及实际扫描后得到的图片引入到课堂中进行辅助教学，取得了一定的效果。

一、AFM引入基础教学

纳米级位移测量技术至今尚未有明确的定义。通常认为测量精度或分辨率在0.5～100纳米之间的位移测量技术，统称为纳米级位移测量技术。纳米测量技术的内涵涉及纳米尺度的评价、成份、微细结构和物质特性的纳米尺度的测量，它是在纳米尺度上研究材料和器件的结构与性能、发现新现象、发展新方法、创造新技术的基础。纳米测量所涉及的两个重要领域就是纳米长度测量和纳米级的表面轮廓测量[1]。

原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM）是利用微悬臂感受和放大悬臂上探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率[2]。

原子力显微镜研究对象可以是有机固体、聚合物以及生物大分子等，其可以在空气或者液体下对样品直接进行成像，分辨率很高。因此，AFM被广泛应用于纳米长度测量和纳米级的表面轮廓测量中。

在教学中，单纯依靠数学推演来讲解，并不能收到很好的效果。例如学生们单从概念上很难想象1纳米，1微米到底有多大，被操作材料表面形貌到底是什么样子等。因此，通过实验教学中，使用AFM来检测不同量级的研究对象，可以加深学生们的理解，从而增强学生的实际应用能力。

二、AFM教学实例

针对纳米测量所涉及的两个重要领域：纳米长度测量和纳米级的表面轮廓测量。列举了AFM扫描的利用多光束激光干涉光刻制备单晶硅形貌图。

图2，图3和图4为AFM扫描的二维图像，观测者可以直接看到被测样品的表面形貌，不仅如此，AFM二维图像还可以形成相应的三维像，获得样品表面结构的深度，大小以及长度等重要信息参数，如图5所示。

量子力学研究篇4

【Abstract】 The well-known Lagrangian of current superfluid systems is not relativistic covariant， this paper gives a general relativistic covariant Lagrangian of superfluid systems， and naturally finds the non-relativistic Lagrangian and its all corresponding theories after making approximations. The equation of motion obtained from the old non-relativistic Lagrangian density is not complete. The new momentum and energy can return to the old expressions of superfluid systems under some conditions. This paper gives two different expressions of Lagrangian， gets the same equation， and finds its solutions. Using two different Lagrangian densities， this paper obtains different forces.

【Keywords】 Superfluid Superconductivity Lagrangian density Equations of motion

1 超流和超导系统拉氏量及其运动方程

众所周知，目前量子力学的超流和超导系统的拉格朗日密度不是相对论协变的，我们给出了超流和超导系统的一般相对论协变的拉格朗日密度，给出将其近似后得到了非相对论协变的拉格朗日密度及相关的理论。从旧的非相对论协变的拉格朗日密度得到的运动方程是不完整的，它失去了一些重要项。新的运动方程可以近似为旧的运动方程，新的动量和能量可以在某些条件下返回到超流和超导系统的能量动量表达式，从一般的拉格朗日密度出发得到的能量和动量是准确的，没有忽略任何项。我们还推导出，在速度场的散度为零的条件下，经典的超流和超导拉格朗日密度和新的拉格朗日密度给出两种不同的表现形式，但可以得到相同的方程，并得到了它的解。使用两种不同的拉格朗日密度，我们得到不同的力，并且给出了两种超流和超导标量场理论的比较研究，及其相应的量子力学理论。

量子力学中的超流和超导系统的拉格朗日密度不是相对论协变的，可以把它看作是在一定条件下某种相对论协变的拉格朗日密度的近似。基于这个方法，我们提出了一个新的拉格朗日密度，它比原来的多出一些项。计算表明，从原来的拉格朗日密度得到的运动方程是不完整的，它自动消去了二阶项。我们的拉格朗日密度则解决了这些问题，使得运动方程更完整。在附加的近似条件下，它可以近似为现行量子力学中超流和超导系统的运动方程。

2 超流超导守恒流与能动张量

从不协变和协变的拉格朗日密度出发，我们分别得到了现行的不严格的守恒流、动量和能量形式以及新的严格的守恒流、动量和能量形式。在一定条件下，后者可以返回到现行量子力学的超流、超导的动量和能量形式。这进一步说明，现行量子力学的超流和超导系统的拉格朗日密度可以通过本文的拉格朗日密度得到。可以看到原来的拉格朗日密度得到的能量和动量忽略了一些高阶项，它们是近似的。从我们的拉格朗日密度得到的能量和动量是准确的，没有忽略高阶项，原来的能量动量只是我们新的能量动量的一个特例。

因此，使用严格的、完整的和相对论协变的拉格朗日密度，通过严格的推导，我们为当前超流和超导理论做了修正。也就是说，我们给出了完整和严格的运动方程、能量梯度、渗透动量和马格努斯力。可以看出，目前的超流和超导理论是不严格的，这使得它做了一些近似，并且失去了一些重要的项。然而，我们表明，这些项具有重要的物理意义，不应被丢掉。我们提出了一种新的一般的拉格朗日密度和严格的计算方式，通过这种方式，这些在旧的超流和超导理论中已丢掉的项都被保留了下来，因而一般的超流和超导体理论是完整的。这些新出现的项和超流、超导条件对超流、超导和高温超导的研究具有重要参考价值。因此，我们的工作不仅对超流和超导在理论上有很重要的参考价值，同时对超流和超导的实验也具有非常重要的指导意义。

3 结语

本文在经典超流和超导拉格朗日理论的基础上，提出了一个相对论协变的新的拉格朗日密度，并且由新的拉格朗日密度得到了新的运动方程以及对应的动力学。可以看出，新的拉格朗日密度更加对称。这说明之前在旧拉格朗日密度基础上的对超流和超导的计算是不完整的，而用新的拉格朗日密度进行计算则避免了这一不足。这对于理论的修正和实验的指导都具有很重要的意义。

参考文献：

[1]L. D. Landau， Theory of the Superfluidity of Helium II， Phys. Rev. 60 （1941） 356.

[2]L. Tisza， The Theory of Liquid Helium， Phys. Rev. 72 （1947） 838854.

[3]W. Israel， Covariant Superfluid Mechanics， Phys. Lett. 86A （1981） 79.

量子力学研究篇5

中图分类号：G643.0 文献标志码：A 文章编号：1673-8381（2015）02-0114-05

研究生教育的基本目标是培养大量具有较强创新能力的高层次人才，为社会各行各业提供充足的创新力量，进而带动社会的技术进步与科学发展。当前，我国正处于创新转型的关键时期，创新驱动发展战略已经成为实现中华民族伟大复兴的根本战略。在此背景下，如何进一步强化研究生创新能力的培养，就成为事关国家前途和民族命运的重要课题。研究生的创新能力主要体现在发现新问题、提出新思路、构建新理论、解决新问题等能力方面，这些能力又具体体现在研究生的科研能力上。因此，研究生创新能力的培养，具体而言就是研究生科研能力的提升。

综合来看，对研究生科研能力的现有研究主要以感性分析为主，而模型化的刻画不够深入，研究的严谨性不足。针对以往研究的不足，拟构建研究生科研能力提升模型，并采用问卷调查方法获取研究数据，运用一手数据对假设模型予以检验，从中分析影响研究生科研能力提升的关键因素及其作用机理。

一、概念定义、研究假设与模型设定

（一）概念定义

文章所研究的主要概念定义如下：（1）学校压力，指学校规定的毕业学术条件对研究生造成的压力；（2）导师压力，指导师的学术要求对研究生造成的压力；（3）同学压力，指同学的科研业绩对研究生造成的压力；（4）政策激励，指学校为提升研究生科研能力而制定的激励政策；（5）政策公平，指研究生感知学校激励政策的公平性；（6）提升紧迫感，指研究生对提升自身科研能力的内在紧迫感；（7）课堂提升意愿，指研究生通过课堂学习提升自身科研能力的意向；（8）课外提升意愿，指研究生通过课外学习提升自身科研能力的意向；（9）提升行为，指研究生为提升自身科研能力所采取的行动；（10）提升效果，指研究生科研能力提升后感受到的成就。

（二）研究假设

学校、导师及同学是研究生在校期间所面对的主要存在，他们对研究生的思想和行为起着决定性的作用。首先，学校是研究生所处的大环境，任何学校都对研究生毕业的学术条件有着具体的规定，这种规定所产生的压力势必会影响到研究生科研能力提升的紧迫感，且这种影响一般来说是正向的，即学校压力越大，研究生科研能力提升的紧迫感就越强。其次，导师作为研究生的监管人，直接对研究生提出学术要求，导师要求所产生的压力势必会影响到研究生科研能力提升的紧迫感，且这种影响一般来说是正向的，即导师要求越高，研究生科研能力提升的紧迫感就越强。最后，周边同学的科研业绩在潜移默化中影响着研究生的思想与行为，从而带给研究生科研能力提升的紧迫感，且这种影响一般来说是正向的，即周边同学带来的压力越大，研究生科研能力提升的紧迫感就越强。此外，学校为提升研究生科研能力而制定的激励政策及其公平性也会对研究生科研能力提升的紧迫感带来影响，一般来说，政策的激励力度越大且越公平，则越能够激发研究生科研能力提升的紧迫感。据此，提出研究假设H1、H2、H3、H4、H5。

假设1（H1）：学校的毕业条件要求对研究生提升自身科研能力的内在紧迫感具有显著的正向影响。

假设2（H2）：导师的学术要求对研究生提升自身科研能力的内在紧迫感具有显著的正向影响。

假设3（H3）：同学的科研业绩对研究生提升自身科研能力的内在紧迫感具有显著的正向影响。

假设4（H4）：学校为提升研究生科研能力所制定的激励政策对研究生提升自身科研能力的内在紧迫感具有显著的正向影响。

假设5（H5）：研究生感知学校科研激励政策的公平性对研究生提升自身科研能力的内在紧迫感具有显著的正向影响。

研究生科研能力的提升方式主要包括课堂提升和课外提升两种。学校不仅要通过课堂向研究生传播书本知识，更要注意传播科研方法和科学思想，注重科研意识的培养，通过聘请国内外著名的专家学者作学术报告的方式让研究生了解国内外最前沿的科研学术成果；邀请学校专家、教授进行讲座，举办研究生科研成果或论文报告会，用现实的科研成果激发研究生学习科技和创作发明的热情。研究生在具备科研能力提升的紧迫感之后，就会选择采用相应方式提升科研能力。一般来说，研究生科研能力提升的紧迫感越强，其采取课堂提升或者课外提升的意愿就会越强。据此，提出研究假设H6和H7。

假设6（H6）：研究生提升自身科研能力的内在紧迫感对研究生通过课堂学习提升自身科研能力的意愿具有显著的正向影响。

假设7（H7）：研究生提升自身科研能力的内在紧迫感对研究生通过课外学习提升自身科研能力的意愿具有显著的正向影响。

需求决定动机，动机决定行为。需求是最基本的，只有个体（或群体、集团）产生了某种需求，才会基于这种需求而产生动机，继而有了动机之后，这种动机就会支配相应的行为。研究生通过课堂内外学习来提升自身科研能力的意愿就是一种内在动机，这种动机势必会影响到研究生提升自身科研能力的行为。据此，提出研究假设H8和H9。

假设8（H8）：研究生通过课堂学习提升自身科研能力的意愿对研究生为提升自身科研能力所采取的行动具有显著的正向影响。

假设9（H9）：研究生通过课外学习提升自身科研能力的意愿对研究生为提升自身科研能力所采取的行动具有显著的正向影响。

任何行为都会产生特定的效果。研究生为提升自身科研能力所采取的行动越多，其科研能力提升的就越快，取得的收获也就越多，个人成就感也就越大。据此，提出研究假设H10。

假设10（H10）：研究生为提升自身科研能力所采取的行动对研究生科研能力提升后感受到的成就具有显著的正向影响。

（三）概念模型

根据上述10条研究假设，构建研究生科研能力提升模型，如图1所示。

二、问卷设计与调查

基于图1所示的研究生科研能力提升模型，对各构成概念分别设计了3-5个量表问题，量表采用5分制Likert量表，共计34个量表问题。为了保证问卷设计的可靠性和有效性，分别采用了文献研究、研究生访谈、项目小组讨论、小样本测试等质量控制手段。问卷测试地点选在重庆市，共发放测试问卷200份，收回有效测试问卷180份。根据测试情况，对量表问题进行了修改和优化，最终形成了正式的调查问卷。正式调查的对象为重庆市主要高校的在校研究生，总计发放调查问卷500份，回收443份，回收率为88.6%。其中，有效问卷365份，有效率为82.39%。

三、数据可靠性检验

（一）鉴别度检验

量表问题鉴别度检验的目的在于，将变异程度不显著的量表问题删除。检验步骤是，首先分别计算每份有效问卷中全部34个量表问题的得分总和，将问卷中得分总和最高的27%划归到高分组，得分总和最低的27%划归到低分组；然后就34个量表问题在高分组和低分组之间是否具有显著的差异，做独立样本均值比较t检验。检验结果显示，34个量表问题中只有第5题为0.125，未通过鉴别度检验。

（二）效度分析

效度分析的目的是对变量的测量项目进行净化，具体采用探索性因子分析方法对变量测量项目进行净化。利用SPSS16.0对通过鉴别度检验的33个量表问题进行因子分析。在提取因子前，首先对样本充分性进行检验，第一次因子分析的KMO检验测试系数是0.823，巴特利特球体检验显著性概率为小于0.001，拒绝巴特利特球体检验的零假设，表明样本的相关矩阵有公因子，适于做因子分析。第一次因子分析共提取出10个公因子，解释率为67%。其中，政策激励量表第12题被归入政策公平因子中，课外提升意愿量表第27题被归入提升行为因子中，与问卷设计不符，宜删除第12题和第27题。另外，提升行为量表第28题在各个因子中的载荷均小于0.5，宜删除。

在删除了量表第12题、27题和28题②后，对剩下的30个量表问题再作因子分析。第二次因子分析前的KMO检验和巴特利特球体检验结果与第一次相同，说明适于做因子分析。第二次因子分析共提取出10个公因子，解释率为70%。经方差最大化旋转后，30个量表问题均被很好地归入到10个因子中，量表问题的因子归类与问卷预先设定的变量划分完全一致，且在各自所属因子上的载荷均超过0.50，而交叉因子载荷没有超过0.50，因子结构清晰，表明量表具有较好的收敛效度。

（三）信度分析

本研究的量表题项主要是在借鉴前人研究和专家访谈的基础上而设计的，因此需要对量表的信度进行分析。采用态度量表法中常用的信度检验方法――Cronbach a系数检验。在社会科学领域，普遍认为总量表的信度系数在0.80以上为好，在0.70-0.80之间为可以接受的范围；分量表的信度系数最好在0.70以上，在0.60-0.70之间为可以接受的范围。利用SPSS16.0分别作总量表和各分量表的Cronbach a信度检验，结果列于表1。总量表的Cronbach a值为0.858；各分量表的信度也满足分析要求，适合于作进一步的结构关系分析。

四、模型拟合与假设检验

（一）模型拟合

运用经过检验的问卷数据，对概念模型图1进行拟合，由拟合结果可知，模型的单位自由度卡方指标x2/df为2.25，满足小于3的参考标准。拟合优度指数GFI为0.86，接近0.90的理想标准。比较拟合指数CFI和非正态拟合指数NNFI皆为0.93，满足不小于0.90的理想标准。近似误差均方根RMSEA为0.059，接近0.05的理想标准。据此可以认为，模型的整体拟合效果较好。

（二）研究假设检验

对模型进行整体拟合度检验后，即可进行路径系数检验，进而验证模型设立的研究假设，见表2。

由表2可知，学校压力对研究生科研能力提升紧迫感不存在显著影响，即研究假设H1不成立。剩下的9个研究假设均成立，其中，研究假设H3和H5在10%的统计水平显著异于零；研究假设H4和H9在5%的统计水平显著异于零；其余5个研究假设在1%的统计水平显著异于零。

五、结论与启示

（一）已验证假设的政策含义

1.导师压力对研究生科研能力提升紧迫感具有显著的正向影响，路径系数为0.20，意味着导师的学术要求对研究生造成的压力提高1个单位，研究生科研能力提升紧迫感会提高0.20个单位。同学压力对研究生科研能力提升紧迫感具有显著的正向影响，路径系数为0.11，意味着同学的科研业绩对研究生造成的压力提高1个单位，研究生科研能力提升紧迫感会提高0.11个单位。政策激励对研究生科研能力提升紧迫感具有显著的正向影响，路径系数为0.32，意味着学校为提升研究生科研能力所制定的激励政策提高1个单位，研究生科研能力提升紧迫感会提高0.32个单位。政策公平对研究生科研能力提升紧迫感具有显著的正向影响，路径系数为0.14，意味着研究生感知学校科研激励政策的公平性提高1个单位，其科研能力提升紧迫感会提高0.14个单位。据此，为加强研究生自身科研能力的内在紧迫感，最有效的方式是通过导师压力、同学压力、政策激励和政策公平来驱动。

2.研究生科研能力提升紧迫感对课堂提升意愿具有显著的正向影响，路径系数为0.72，意味着研究生提升自身科研能力的内在紧迫感提高1个单位，其课堂提升意愿会提高0.72个单位。研究生科研能力提升紧迫感对课外提升意愿具有显著的正向影响，路径系数为0.65，意味着研究生提升自身科研能力的内在紧迫感提高1个单位，其课外提升意愿会提高0.65个单位。据此，可以通过强化研究生自身科研能力提升的内在紧迫感，来促进研究生通过课堂内外学习提升自身科研能力的意愿。

3.研究生科研能力课堂提升意愿对提升行为具有显著的正向影响，路径系数为0.46，意味着研究生通过课堂学习提升自身科研能力的意愿提高1个单位，其提升行为会提高0.46个单位。研究生科研能力课外提升意愿对提升行为具有显著的正向影响，路径系数为0.18，意味着研究生通过课外学习提升自身科研能力的意愿提高1个单位，其提升行为会提高0.18个单位。据此，可以通过提高研究生课堂内外学习提升自身科研能力的意愿，来促进研究生提升自身科研能力的行动。

4.研究生科研能力提升行为对其科研能力提升效果具有显著的正向影响，路径系数为0.31，意味着研究生为提升自身科研能力所采取的行动增加1个单位，其提升效果会提高0.31个单位。

（二）未验证假设的原因分析

关于学校压力对研究生科研能力提升紧迫感的研究假设在本研究中并未得到验证。造成这一结果的可能原因，一是调查样本的学校压力不明显，即被调查学校对研究生的毕业条件要求可能偏低，未能带给研究生提升自身科研能力的紧迫感；二是学校压力可能与政策激励之间存在较高的相关性，这种相关性会带来多重共线性，使本来显著的效应变得不显著。扩大样本调查范围和样本容量，是避免上述问题的途径之一，也是本研究有待改进之处。

（三）政策启示

量子力学研究篇6

中图分类号：TN252 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-169-02

1 引言

光子晶体由E.Yablonovitch在1987年发现，是一种能够有效控制和操纵光波的产生和传播的人工或天然材料，其折射率或介电常数周期分布具有能隙。利用光子晶体可以制造出全新原理或传统技术不能制造的高性能有源和无源器件，我国、欧美、日本等国家、地区均投入巨大的人力物力进行研究。为了给相关科研人员和专利申请工作提供参考，本文以CNIPR专利信息服务平台为专利数据来源，主要从专利申请数量、申请人、发明人、器件分类等几个方面对光子晶体专利技术进行了深入分析。

2 申请量年份分布

在2000年之前，光子晶体专利申请量处于较低水平，这时的光子晶体研究仍然处于理论探索阶段，科研人员的研究成果多发表在专业期刊上。在2000年左右，光子晶体的一些重要的原理和加工制造技术被突破，随后，大量的光子晶体器件被发明，从而光子晶体器件有了工业应用的技术前景，光子晶体专利数量井喷式增加，2005年申请量达到峰值。虽然2006年的申请量明显下降，但2006至2010年之间的申请量仍然维持在较高水平，体现了技术发展的从高峰到平台期的一般规律。由于微电子制造工艺水平难以得到本质上的提高，所以光子晶体器件的性能始终与理论预期存在差距，同时昂贵的制造成本也使得光子晶体器件在工业上的应用变得扑朔迷离，因此2010年后，光子晶体专利申请量明显下降。

3 主要申请人的申请量

主要申请人的申请量如图1所示。从图中可以看出，光子晶体专利主要的申请人包括京都大学、中国科学院半导体研究所、日本电话电报公司、三菱电缆、佳能、中国科学院化学研究所、三星电子和住友电子，形成了中日韩三国竞争的局面。日本京都大学的申请量世界第一，其它日本著名企业的申请量整体优势明显，体现了日本在光子晶体专利申请中的产学研优势，这与日本在新技术、新材料领域的高投入有着密不可分的关系。中国科学院半导体研究所是中国光子晶体研究的桥头堡，拥有国内领先的人才、设备优势，在学术带头人郑婉华、许兴胜的带领下，以半导体集成技术工程研究中心为依托，在光子晶体领域研究取得了丰硕的成果，光子晶体专利申请量进入世界三甲。中国科学院化学研究所则是国内顶尖的科研院所，光子晶体研究实力雄厚，在光子晶体领域同样拥有大量的专利申请。

4 主要发明人申请量

主要发明人的申请量如图2所示。日本京度大学的NODA实验室是世界著名的光子晶体研究机构，NODA教授是世界上光子晶体领域的著名科学家，几乎每年都有重要的研究成果发表在Nature、Science上，ASANO是NODA团队中的重要一员。TANAKA MASATOSHI是三菱电缆的研究人员，KUBOTA HIROKAZU和KAWANISHI SATOKI是NTT研究人员，均是光子晶体领域的重要科学家。宋延林是中国科学院化学所新材料实验室的学术带头人，王京霞是其团队成员，宋延林及其团队在聚合物光子晶体方面取得了丰硕的成果，处于国内领先地位。郑婉华是中国科学院半导体所的研究员，主要从事光子晶体激光器的研究。可以看出，中国科学家的专利申请量已经排在世界前列，中国在聚合物光子晶体和光子晶体激光器领域已经取得大量成果。

5 主要器件申请量

光子晶体器件专利申请主要包括光子晶体光纤、波导、激光器、LED、微腔、开关、传感器和滤波器。其中光子晶体光纤的申请量最大，美日欧均有成熟的产品供应，丹麦NKT Photonic是世界领先的光子晶体光纤的开发商和供应商，近年，武汉烽火通信科技股份有限公司牵头承担的光子晶体光纤国家“863”通过了验收。光子晶体LED可以显著提高出光效率，韩国高等科学技术研究院Y. H. Lee研究组报导的二维空气孔光子晶体LED，出光效率可以提高13倍。Luminus Devices是第一个销售光子晶体LED的公司。

日本NTT的基础研究实验室研制成的光子晶体微腔Q值突破了100万，基于这种振动器，NTT已经开发出转换时间为100ps的超高速光开关。自1999年加州理工学院Axel Scherer研究组第一次报道光子晶体激光器激射以来，各种结构、材料的光子晶体激光器被研制出来，包括微腔缺陷模激光器、垂直腔面发射激光器、波导激光器、带边（分布反馈）激光器、FP腔激光器、量子级联激光器、量子点激光器等。光子晶体传感器有着普通传感器难以企及灵敏度，光子晶体滤波器具有更加精确的滤波特性、更好的波长选择能力。

6 各国申请量年份分布

在2003年以前，中国专利的申请量低于美国、日本和WO的申请量，国内光子晶体的研究处于起步阶段，2003年后，随着国家支持的加强和科研人员的重视，国内光子晶体研究迅速打开了局面，创新性成果大量涌现，专利申请量迅速增加。与此同时，美日欧的专利申请量呈逐渐下降的态势，伴随着2008年金融危机的爆发，美日欧国家普遍减少了科研投入，中国则在金融危机中保持了相对的稳定，光子晶体研究仍然不断加温，2011年的专利申请量达到顶峰，同期世界各国的申请量已微不足道，中国已将远远将世界各国甩在身后，世界光子晶体的创新研究已经转移到中国。

7 总结与建议

经过国内外科学家的艰苦努力，光子晶体理论和器件的设计原理已经较为完善，但仍然需要克服光子晶体制造方面的挑战，比如制造工作在可见光波段具有完全带隙的三维光子晶体，在三维光子晶体中引入缺陷，和亚纳米量级的制造精度。虽然国内光子晶体研究已经取得了长足的进步，专利申请量已遥遥领先世界各国，但是我们应当清醒地看到自身的问题和未来技术发展的前景，笔者提出以下两点建议：

（1）认清技术发展的潮流，勇于站到技术的最前沿，不要一味地做跟随研究。国内科研人员仍缺乏足够的自信和勇气，倾向于选择国外研究热点作为研究方向。在中国国力和科研实力不断增强的今天，科研投入已处于前列，我们完全可以做别人没做的领域。

（2）进一步加强专利意识。尽管国内光子晶体的专利申请量已经很大，但是国内科研人员仍然习惯性地发表文章而不申请专利。虽然理论计算和实验性的制作是光子晶体研究的主流，但是理论计算和实验性制作往往包含了创新性的技术方案，在几十年后可能产生巨大的经济效益，应当今早寻求专利保护，以应对将来可能存在的专利纠纷。

量子力学研究篇7

20世纪70年代，瓦谢尔从理论上提出，可以用计算机模拟、以量子力学和分子力学结合的方式描述化学过程，后来被称为“多尺度模型”。这一理论得到了广泛的应用。

其实，多尺度模型就是我们常用的MM/QM模型。我们知道，原子是化学反应的基本微粒，它由原子核和核外电子共同构成。我们在做分子模拟时，分子力学（MM）算起来比较快，但只能处理到原子、基团这个层面，而量子力学（QM）虽然考虑到了电子和原子核，但计算起来相当复杂。

三位科学家的开创性，在于打开了“势不两立”的分子力学与量子力学之间的一扇窗，将两者结合起来。如今，当科学家在模拟分子反应的过程时，他们会在必要时借助计算机的力量。化学反应系统核心的计算基于量子物理学，而在远离反应核心区域的地方，模型计算则基于经典物理学，在最外的几层，原子和分子甚至混合在一起，形成同质的物体。通过这些理论简化，我们可以对大型的化学系统进行模拟计算。

多尺度模型的应用与前景

“分而治之”描述化学反应

化学反应是一个微观过程，许多化学反应的发生极为迅速，我们肉眼难以快速捕捉到。比如，生命体中的核糖从无规则的多肽链发展到稳定的蛋白质结构所用时间为微秒级。如果扫描这一过程，耗费的时间将是天文数字。

因此，传统上用实验手段描述出反应过程的每一个步骤几乎是不可能实现的。量子力学的描述小而精，分子力学的描述宽泛但精度不高。如果都用高精度的方法来描述化学过程，计算将难以进行。所以，多尺度组合的方法便成了研究者最好的选择，这与中国古代“分而治之”的哲学思想类似。

掀起科学研究新篇章

化学是一门以实验为基础的学科，三位科学家基于量子力学、经典力学以及混合量子—经典力学提出的理论模型对化学的定量化研究、化学理论研究以及实验研究都有非常重要的指导作用。例如，通过计算机模拟的方法来研究蛋白质分子的运动和酶的催化反应机理，发展分子动力学模拟方法，研究复杂化学体系的运动规律等。

同时，该模型还被应用于计算化学、生物化学、生物物理学以及物理学与应用数学，是典型的跨学科成果。这一模型的提出与应用，对化学学科的推进、化学与生物学科交叉发展都发挥了相当大的作用，具有里程碑式的意义。

研究前景可观

对于该领域的研究，我国的起步相对较晚，但自2000年之后，随着国家科研实力的增强，这一领域研究已经取得了较大进步。例如，2012年9月，北京师范大学化学系教授方维海带领的课题组便采用高精度的量子化学计算对萤火虫发光机理进行了进一步探索，提出了渐进可逆电荷转移引发荧光的新理论，首次在电子态的水平阐明了萤火虫生物发光的化学起源。

此外，三位科学家的研究成果，已经应用于废气净化及植物的光合作用研究中，并将用于优化汽车催化剂、药物和太阳能电池的设计中。

经典力学与量子力学

经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿运动定律为基础，在宏观世界和低速状态下，研究物体的运动。经典力学又分为静力学（描述静止物体）、运动学（描述物体运动）和动力学（描述物体受力作用下的运动）。

量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，而且在化学等相关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。

（敬瑞玲）

试一试

1. 我们知道，经典力学是以牛顿运动定律为基础，在宏观世界和低速状态下，研究物体的运动。那么你所了解的牛顿运动定律有哪些呢？

2. 量子力学主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质，根据所学的知识回答下列问题。

（1）原子是由什么构成的？

（2）氢原子呈什么电性？为什么？

（3）画出Na原子的原子结构示意图。

量子力学研究篇8

市教科研领导小组：

姜堰市z初级中学于20__年6月申请立项了《突出学生主体，提高课堂教学效益的实践研究》的泰州市规划课题，经过课题组成员两年多的艰难探索与实践，本课题研究已初见成效。20__年8月本课题研究已到期，现向教科研领导小组提出结题申请。

课题名称：《突出学生主体，提高课堂教学效益的实践研究》

实验研究学校：

课题总负责人(课题组长)：

课题副组长：

课题组办公室主任：

课题组办公室副主任：

子课题组长：

课题研究时间：20__年6月——20__年8月

课题研究过程：

该项目研究历时两年多，经三个阶段：

第一阶段：20__.5——20__.5，准备阶段。

专家引领，理念先行。20__年6月，泰州市规划课题《突出学生主体，提高课堂教学效益的实践研究》开题。泰州市教育局教研室胡唐明、钱德春，姜堰市教育局教研室周庆林、李念民、曹沐斌、王书月、孟太、曹军以及特级教师许亚平等到学校进行指导，课题组还专门聘请姜堰市教育局教研室沙化中主任为常务顾问，总体规划，制定目标。根据专家的指导和建议，本课题组请专家到校培训指导;走出去，与先进教科研学校结对，学习外校先进的教科研经验;课题组通过问卷调查，全面了解学生发展需要，分析制约效益课堂的因素，制定提高课堂教学效益的实施方案五效一堂，确定提高课堂教学效益的总体思路和目标。

负责人：

第二阶段：20__.5——20__.5，项目研究实施阶段。

(1)全面推进，突出重点，成立实验班级;典型示范，骨干带动，建立健全五效一堂的实践性实验机制;加强培训，力促成长，建立分层次、形式多样的培训机制，制订提高各层次课堂效益规划(定向初一年级语文、数学、英语三门功课，取得一定的经验后，再向其他科目、其他年级渗透、推广);发挥集体智慧，使五效一堂式集体备课日常化、常态化;正确引导，理论提升，加强新理念的学习，提升应对课改的能力。

(2)以打造高效课堂教学促师生成长，以创新研究促师生发展。

(3)重视教学实践基础上的反思。鼓励实验教师及时将教学所得诉诸笔端，在实践检验中形成论文。

(4)成功举行了首届教师博文比赛，建立骨干教师博客，实行教师论坛制度。为老师提供跨学科的交流平台。

负责人：

第三阶段：20__.5——20__.8，项目研究总结阶段。

整理实验材料，形成研究报告和工作报告，进行问卷调查，反馈实验结果。召开课题结题会，聘请专家对科研成果进行评审鉴定。

负责人：

(一)材料性成果

⒈编印了《树人》《秋韵》等校本教研教材

⒉编印了《五效一堂集体备课资料集》《五效一堂教学案集》等中期成果资料

⒊编印了数期《突出学生主体，提高课堂教学效益的实践研究论文集》

(二)经验性成果

⒈五效一堂课改要求。

⒉促进了教师观念的转变，为素质教育的深入开展和新课程的实施提供了保障。获得了教师专业发展的总体思路和规划。

⒊取得了促进师生发展的系列经验。

⒋获得了课题研究工作的经验。

(三)实效性成果

⒈提高了我校的教育科研能力，促进了教师的专业化成长。

⒉建立起了新的教师专业成长评价机制。

⒊积累了编写校本教材的经验。

⒋形成了良好的校本教研氛围。

此致

敬礼!

____初级中学

关于课题研究申请书2

泰兴市教育局教研室：

在小学作文教学研究这一领域，虽然在情境作文研究、读写结合作文研究、生活作文研究等方面已经取得大量研究成果，但是仍缺乏使学生感兴趣的写作内容和综合性教学策略方面的探索，更缺乏综合性与序列性，没有形成完善的快乐作文教学体系，导致学生习作兴趣不能长久保持，学生写作能力无法自然衔接和循序提高。为此，我校教师在教科室的领导下，结合作文教学实践和现状，确立了《在体验生活中快乐作文》这一课题。这一课题的提出，目的就是在快乐作文教学中寻求使学生更“易于动笔，乐于表达”之路。

课题名称：《在体验生活中快乐作文》 编号：TZJYS2011108选题依据：按照学生的认知规律和心理特点选择适宜的教学策略，并以课堂为现场，以教学为中心，以学生为主体，以校本教研为主，根据研究的内容选择有效的科研方法。在教学中通过分析研究，提高课题研究的质量。

研究的目的和意义：指导学生从体验生活入手，不断增强学生习作的兴趣，促进作文各因素的整体提高；促使学生深化对生活的认识和体验，进而快快乐乐写作文，促使学生主体人格的形成，语文综合能力和人文素养得到同步发展；改变教师的教学观念，使教师在语文教学方面具备较扎实的理论功底和实践能力，习作课堂教学水平和教学质量有新的提高，进而归纳、总结、探索出一套行之有效的快乐作文教学模式。

人员组成及分工：王金明为本课题的主要负责人，组织、指挥、处理实验日常事务。参研人员有王建友、王新锋、黄燕、吴梅、李慧民、封伟华、朱琴、黄慧等。

目前，本课题的研究组织机构已经建立，各项研究工作的准备已经就绪，特向市教研室申请开题，恳求教研室的各位领导、专家批准，并在今后的研究工作中给予关注、支持、指导。

泰兴市南沙小学《在体验生活中快乐作文》课题组

20xx年2月24日

关于课题研究申请书3

本项目将着重于新型量子功能材料的物性表征和新型量子功能材料的探索。主要研究方向为关联系统中的高温超导体、庞磁阻材料、石墨烯和拓扑绝缘体等材料中的电荷、轨道、自旋等自由度相互竞争、相互耦合，以及因此产生的多个量子态竞争和共存、自旋量子霍尔效应等现象。探索新型量子功能材料、发现新的量子态；对新型量子材料的物理基本性质进行研究、输运性质进行高精度测量、结合理论研究理解关联体系的物理机制；利用各种实验手段测量石墨烯和拓扑绝缘体的物理性质，研究因维数效应产生的新奇物理现象。按照项目的不同侧重点和研究手段的不同，将项目按照材料探索、物性研究、输运性质的高精度测量和低维体系四个方面展开研究：

1、新型超导材料和量子态的探索：

本课题的首要目标是探索新的高温超导材料，同时发展晶格结构和电子结构分析技术，以及超高压测量技术，分析自旋、电荷、轨道等有序现象，努力发现新的量子现象。研究内容互相补充，细分为以下几个方向：

（1）新材料的探索与合成及单晶生长：探索新超导材料，主要从事铁基超导材料以及类似的层状、多层含有类似Fe—As面的多元化合物的探索，以及包含稀土和过渡元素的其他层状多元化合物中的新材料探索；总结样品合成和成相规律，发展新方法、新工艺，寻找新现象、新效应；另外将生长高质量单晶样品以用于深入的物理研究。

（2）晶体结构表征与研究：对发现的新材料进行晶格结构、化学成分的表征，从而促进材料的探索；研究新的结构现象，深入分析新型超导体的微结构—物理性能之间的关联，研究化学成键、电子能带结构，研究高/低温结构相变等，研究晶格中缺陷、畸变对超导的影响。

（3）超高压下的量子效应研究：研发一套超高压低温测量系统（100GPa，1.5K），在此基础上研究超高压下铁基材料以及其他新材料中可能出现的新奇量子现象、超高压对超导转变的影响、高压高场下材料的物性和相图，探索高压下可能出现的新量子态和新奇量子现象。

（4）中子散射研究：研究铜氧化物和铁基高温超导材料以及其他新材料的晶格精细结构，电子自旋、电荷、轨道有序结构，研究超导材料及其母体中的自旋激发、自旋涨落的形成、演变及其和超导的关系，研究材料中形成的新的量子态和量子现象。

2、关联体系量子功能材料的物性研究：

利用谱学的方法研究新型量子功能材料的电子结构，主要包括ARPES，STM和自旋极化的STM（SP—STM），以及红外光谱的方法研究关联系统（以高温超导体和庞磁阻材料为主）的电子结构，争取在高温超导和庞磁阻材料的机理研究中有重大突破。具体到各种谱学实验方法和强关联体系中的问题，细分为：

（1）以高精度角分辨光电子能谱为手段，深入研究以高温超导体（包括铜氧超导体和铁基超导体）为主的多种新奇超导体材料。本项目将结合我们在高温超导材料和角分辨光电子能谱上的优势，对高温超导体进行深入系统的研究，重点研究超导态对称性、赝能隙、电子与其它集体激发模式耦合等现象。

（2）锰氧化物体系，特别是三维钙钛矿结构锰氧化物薄膜的电子结构，我们将在不同晶格参数的衬底上生长具有不同组分和厚度的高品质外延锰氧化物薄膜，用ARPES原位测量体系的电子结构。总结锰氧化物体系电子结构随组分、应力和温度的变化规律，研究电子—电子及电子—波色子相互作用对电子行为的影响，揭示电子结构和宏观物理特性之间的联系。从电子结构的角度出发试图阐明锰氧化物体系庞磁阻、相分离、电荷轨道有序等异常物理性质的内在机理。

（3）利用STM特有的原子级空间分辨率，局域态密度能谱，能量分辨谱图，及原子操纵功能。通过高分辨率的空间扫描成像，定位表面相关原子层结构，特别是掺杂原子的位置。研究掺杂原子对表面原子层结构的调制。通过局域态密度能谱，研究库珀电子对的激发态（超导能隙）与赝能隙（pseudogap）的关系。通过分析能量分辨谱图，研究超导序的二维结构及其演变规律。通过改变温度，调整掺杂浓度，及外加磁场，我们可以直观地观察超导序表面二维结构的变化。

（4）发展SP—STM技术研究高温超导材料中电子自旋结构。这个新型的SP—STM将能提供原子级空间分辨率和自旋极化分辨的谱图图像。利用这一工具，我们将着重研究在反铁磁与超导共存的高温超导体中的反铁磁自旋结构，超导磁通蜗旋中反铁磁核心的存在早已由SO（5）理论预测，此结果将验证SO（5）理论预测的结果。另外，我们将利用这一工具研究表面吸附的磁性原子对局域态密度能谱的影响及其与超导电子对的相互作用。

（5）建设强磁场下的红外反射谱测量系统，研究磁场下高温铜氧化物超导体和铁基超导体的准粒子激发行为。重点研究铜氧超导体和铁基超导体中电子与集体激发—声子激发/自旋激发模式的耦合问题。我们将用光学响应或光电导谱对材料的电子结构，传导载流子的动力学性质等重要信息进行分析，研究超导配对引起的能隙特征，揭示电子是与何种集体模式存在较强的耦合等基本信息。

（6）利用高压多重合成条件获得结构简单和性质独特的高质量的铜基和铁基高温超导体及巡游磁性体系单晶，探寻关联体系金属化过程的量子序及其调控机制。在我们成功的高温高压合成以上具有特点的多晶材料的基础上，进一步优化压力、温度和组分等极端合成条件，研制和研究在结构简单的、高质量的含卤素的Sr2CuO2+δCl2—x高温超导体单晶和可能的巡游型BaRuO3单晶，以及“111”型铁基超导体单晶体；运用多种能谱学、磁性、显微学等物理条件的综合表征体系，研究揭示这些体系的量子有序规律。

（7）利用我们发展的新的理论和计算方法，结合实验组的研究进展对多种过渡金属氧化物及其奇异物性进行定量的研究。一方面，为各种实验现象及其物理本质提供理论解释，另一方面，计算模拟并预测一些新型的量子有序现象，包括金属—绝缘体相变，轨道选择性的Mott转变，轨道有序态，Berry相等等。主要研究内容包括自旋与轨道自由度相关的量子现象计算研究；受限强关联电子系统中的量子现象计算研究。

3、量子材料输运性质的高精度测量

（1）首先我们将致力于自行研制加工一套较完备的电学、热学和磁学测量装置，其中包括热导率、热电势、能斯特效应、微晶比热和微杠杆磁强计等较独特的手段。这些装置将可以工作在低温、高真空、强磁场的极端物理条件下，测量结果的精度具有国际领先水平。将完善一套低温比热测量装置，获得比一般商业手段高出一个量级的测量精度。建造一套转角度的比热测量系统。研究非常规超导体的低能激发和配对对称性。完善小Hall探头系统和磁场极慢扫描的振动样品磁强计，精密测量磁场穿透行为，确定下临界磁场和超流密度随温度的变化关系。

（2）我们将对高温超导体、铁基超导体和钠钴氧体系进行深入的实验研究。这三个体系的共性是由于电子强关联作用，电荷与自旋自由度有分离的倾向，然而相互之间又存在着精微的相互作用，从而导致高温超导、超导与磁性紧邻甚至共存、居里—外斯金属等奇妙的物理现象。如何理解电荷与自旋自由度的关系是强关联物理的核心理论问题之一。我们可以通过选取特定的研究手段而选择性地分别探测电荷与自旋元激发，也可以同时研究二者之间的相互作用。将这些不同的手段结合起来将可以对关联体系中电荷与自旋的行为提供一个较完整的图像。我们关注的主要问题包括磁性与超导的相互关系、电荷与自旋有序态的形成机制、自旋自由度对电荷输运和熵输运的影响，等等。

（3）电荷与自旋的相互作用也是很多功能性关联材料在器件应用方面的物理基础，例如钠钴氧体系中自旋熵对热电效应的贡献、多铁材料中外加电场对自旋取向的控制、锰氧化物中外加磁场对电阻的巨大影响，等等。在对电荷自旋相互作用基本原理的理解基础上，我们还将探索它们在功能性器件应用方面，特别是超导效应、热电效应、磁阻效应等在能源和信息领域的新思路、新途径。（4）充分利用化学掺杂和结构修饰进行新量子材料体系的探索工作。采用合适的化学合成方法以及良好的合成设备，获得高质量的合乎要求的样品。采用x射线衍射、电子显微镜等常规实验手段对样品进行结构表征。必要时，通过同步辐射、中子衍射等大型研究设施对系统的结构作更细致的测量。对高质量样品进行各种精密的物理性质测量。包括电阻、磁电阻、霍尔效应、热电效应、能斯特效应、磁化强度、比热、热导、光学性质以及核磁共振和穆斯鲍尔谱等。归纳、总结系统的物理规律特性与电子相图。

（5）在新型铁基超导体系方面，我们将以元素替代作为主要探针，研究铁基超导体的超导机理。理论上拟以CeFeAsO1—xFx、CeFeAs1—xPxO等材料为代表，发展从磁性“坏金属”或“近莫特绝缘体”到重费米子液体过渡的理论框架，用平均场等方法、结合数值计算来研究这一理论，并以此来解释铁基超导材料在输运性质、磁学性质等方面表现出来的多样性和复杂性，探索这类体系中可能出现的奇特量子相变和相应的量子临界性。

（6）在铜氧化物高温超导方面，结合前述精确实验测量，我们将以掺杂莫特绝缘体模型为出发点，研究赝能隙区可能存在的隐藏的量子序、量子序和超导态的竞争和共存、费米面的重组、以及到费米液体区的量子相变。希望由此理解超导相图中在最佳掺杂区附近可能出现的量子临界点以及相联系的一系列反常输运和磁学性质；在重费米合金方面，我们拟以CeCu2（Si1—xGex）2等材料为代表，具体考察关联杂化项对量子临界点产生的影响，研究由于可能由于压力效应引起的f轨道价态杂变化，以及两个近邻的量子相变，确定相应的电阻标度行为和量子临界性。

4、低维量子体系和量子态的研究：

（1）探索制备高质量的石墨烯单晶的方法，研究生长条件对单层石墨烯结构的影响，探索重复性好、效率高、成本低、易控制的制备技术。表征单层石墨烯长程有序度。通过变温、低温STM/STS，深入研究石墨烯体系的本征电子结构以及缺陷、掺杂对电子结构的调制。生长高质量拓扑绝缘体单晶，研究它们的基本性质。

（2）探索和生长高质量的拓扑绝缘体材料，拓扑绝缘体大部分是合金材料，需要优化目前晶体生长工艺。争取准备组分分布均匀，形状规整的大尺寸二元固溶体多晶锭料。

（3）利用STM和扫描隧道谱（STS）表征，研究膜石墨烯的几何结构和本征电子结构。测量石墨烯膜的扶手椅型边缘和锯齿型边缘的局域电、磁性质。将充分发挥变温STM优势，研究单个分子以及多个分子在石墨烯表面可能的奇异动力学行为或几何结构，物化特征。

（4）利用STM研究在拓扑绝缘体的金属表面态；通过表面沉积非磁性杂质研究狄拉克费米子和杂质的相互作用，无磁性中性杂质对于拓扑绝缘体表面狄拉克费米子的散射，为输运性质的研究提供基础，检验和理解前人有效理论预言的拓扑磁电效应。利用自旋分辨的STM技术，观察杂质在实空间诱导的自旋texture。在表面沉积磁性杂质，研究体内磁性杂质所造成的时间反演破缺对于边界态的影响。尤其在带有内部自由度的杂质的研究中，着重研究在拓扑绝缘体背景下两个杂质的内部自由度相互间的量子关联，这对于量子信息处理将可能有重要的潜在价值。

（5）利用角分辨光电子谱测量石墨烯的电子结构，包括石墨烯的色散关系，电子—声子相互作用，电子—激子相互作用，能隙的大小等，以及这些参数随石墨烯层数、石墨烯与衬底相互作用导致的电子结构的变化。利用ARPES研究拓扑绝缘体的表面态，确定能级色散关系，狄拉克点的数目，判定系统是否是强的拓扑绝缘体。利用自旋分辨的ARPES和不同偏振模式的光源分辨电子不同自旋分支的色散关系，测量电子自旋的极化特性。

量子力学研究篇9

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

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秘,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。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

量子力学研究篇10

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

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秘,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。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

量子力学研究篇11

【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：

量子力学研究篇12

[分类号]G353 G359

1　引 言

自20世纪80年代中期以来，随着量化方法在科研评价中的应用，科研评价也经历了从专家定性评价到定性和定量评价相结合的过程。值得一提的是，文献计量方法在科研评价中的作用逐渐受到重视。科研评价由部分使用文献计量指标，到完全使用文献计量指标体系，再到使用高级文献计量指标，进而到有意识地进行文献计量评价指标的有用性、公正性、透明度及指标使用总结的转变，开始了文献计量指标从使用到反思的过渡。澳大利亚REPP“科研评价指标战略评估”项目预示着文献计量科研评价指标将从使用实践上升到理论反思阶段。国内科研评价还形成系统的文献计量评价指标体系。文献计量评价指标理论研究，除《社会科学评价的文献计量理论与方法》系统研究了社会科学文献计量指标的评价机理和功能，较少见对科研评价之文献计量指标的系统研究和总结。

研究学科评价中的文献计量指标，以科研评价的第三层级学科评价为平台，明确文献计量指标的评价机理、评价功能，有助于科学地选择评价文献计量指标，最大限度地发挥文献计量指标在学科评价中的有效性，进而促进文献计量方法在科研评价中的利学使用。本文在为我国科研决策人员、科研人员、基金管理人员在学科评价中科学使用文献计量指标提供帮助，为国家科研知识创新工程的全面系统提供有效的工具参考。

2　研究样本及分析方法设计

2.1　指标研究样本

选取7套国内外代表性文献计量评价指标集(见表1)，这些指标集中①②③⑦指标完全用于学科评价、⑤⑥指标部分用于学科评价、④是通用指标。经过合并去重，选取了111项代表性衍化指标，以下的分析都是基于衍化指标。

2.2　指标分析方法设计

衍化指标是评价指标集中直接用于学科评价的原始指标。基础指标对衍化指标作了概念上的抽象。文献计量指标的识别标志是反映指标形式与内容特征的标志。其中，指标评功能是学科评价主体选择指标的依据，识别标志和基础指标是设计指标的依据。

按照指标分析过程(见图1)，抽象衍化指标，站在宏观角度整理得到基础指标，为进一步提炼或拓展衍化指标做准备；基于基础指标，识别文献计量指标的本质特征，挖掘基础指标间的内在联系，得到指标识别标志。根据识别标志评价机理，总结衍化指标的评价功能；最后将整个分析结果制成识别标志一指标评价功能集成图(集成图结构见图2)

3　学科评价代表性文献计量指标

3.1　学科评价文献计量指标集成图

限于篇幅，截取指标集成图中部分指标(见图3)。图3是学科研究热点及未来发展趋势评价的指标集成，各项指标从上到下严格按照识别标志―基础指标―衍化指标评价功能四个层次集成。从图中可清楚地看到文献计量衍化指标、基础指标、指标评价功能、指标识别标志之间的联系。

3.2　学科评价文献计量指标参考集

从识别标志―指标一评价功能集成图中，得到衍化指标111项及其对应基础指标58项(见表2)，作为学科评价重要参考指标。A学科指被评价学科，x指代除A外的各个学科，a、b分别指代某一个学科，x指代任一科研基金。指标以科学产出中的论文为统计对象进行说明。

4　文献计量指标的评价功能

IMEC指出，文献计量用于评价，主要具备两类评价功能。①绩效评价。以科学产出和引用为基础，用以评价国家、大学、机构、个人等科研绩效水平；②科学映射。目的在于说明：A学科指被评价学科，x指除A外的各个学科，a、b分别指某一子学科，x指任一科研基金。

揭示科学研究的结构和变化趋势。从识别标志－指标－评价功能集成图中，得到文献计量指标具有的学科评价功能如下；

学科群规律分析。包括：学科群中各学科相互引用情况，间接预测学科交叉趋势，选择凯德洛夫的当采学科理论，确定科学中心，计算科学中心科学兴隆期。

学科产出与影响力基本特征分析。包括：学科国际论文产出对国际论文产出的贡献，被评价国家对学科国际论文产出的贡献，学科二级子学科国际论文产出和对学科的贡献，学科二级子学科国际论文产出规模的变化过程，被评价国家学科论文产出对本国论文产出的贡献，学科国际论文质量，学科被评价国家论文质量，学科国际论文影响力，学科国内论文影响力，学科被评价国家在国际的影响力，学科中文论文在国内的影响力，学科中文论文在国外的影响力，学科二级子学科论文影响力，学科论文质量，学科高影响力论文对学科的贡献，学科被评价国家发表国际的高影响力论文及对学科的贡献，学科老化趋势、学科发展阶段，学科对国外文献使用情况，学科列各类科学资源的使用情况，学科科学产出类别(“被评价国家”可根据需要换成被评价机构、个人等实体)。

学科结构分析。包括：学科子学科产出规模及分布。

学科与相关学科分析。包括：学科独立性、稳定性，识别学科的相关学科及其联系程度。

学科研究热点及未来发展趋势分析。包括：识别学科研究领域，学科活跃研究领域，学科子学科活跃研究领域，学科国际关注热门论文，预测学科各子学科交叉发展方向，追溯学科发展历史、预测发展趋势，学科国际研究热点子学科，学科中国研究热点子学科，学科与其它学科分化、组合趋势。

学科内国家及地区分析。包括：识别学科主要研究国家。识别子学科主要研究国家，学科被评价国家国际论文产出，学科被评价国家地区布局及论文产出，学科国际有影响力国家，学科被评价国家的学科影响力。

学科内机构分析。包括：识别学科发文机构类型，识别学科核心机构，学科研究机构的科学生产力、机构地位，学科机构主要研究领域、及在该领域活跃水平，学科核心机构的地区布局，学科核心影响力的机构，学科研究机构对学科的影响力分析，学科研究机构对各子学科影响力，机构对学科的影响力、机构论文质量，学科核心研究机构地区布局。

学科科研人员分析。包括：学科科研人员整体规模，学科主要科研人员，学科子学科主要科研人员，学科科研人员组织结构，学科核心影响力科研人员，学科被评价科研人员特征参数。

学科期刊分析。包括：学科主要研究期刊，学科期刊对学科的影响力。

学科基金分析。包括：学科可使用基金及其产出对学科的贡献，学科基金产出对学科的贡献，基金在各学科产出，学科基金论文产出的年度变化。