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量子力學(xué)基本概念總結(jié)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】PBL教學(xué)法；量子力學(xué)；電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)；教學(xué)改革

量子力學(xué)與相對(duì)論的提出，被稱為20世紀(jì)物理學(xué)的兩個(gè)劃時(shí)代的里程碑。特別是量子力學(xué)的創(chuàng)立，揭示了微觀物質(zhì)世界中物質(zhì)屬性及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，造就了20世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)的輝煌，推動(dòng)了原子能技術(shù)、航天航空技術(shù)、電子技術(shù)等方面的發(fā)展，并開辟了光子技術(shù)的誕生之路，將人類社會(huì)推進(jìn)了信息時(shí)代。通過量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具有利用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力。量子力學(xué)課程的突出特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、抽象難懂，在課程教學(xué)中需要特別把握好這些抽象理論知識(shí)的“入門教育”，把握得當(dāng)，會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的文件精神，提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)的基本要求。應(yīng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步的要求，推進(jìn)課程改革，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。因此，在近幾年量子力學(xué)課程的教學(xué)改革實(shí)踐中，針對(duì)量子力學(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情不高的現(xiàn)狀，結(jié)合量子力學(xué)的課程特點(diǎn)，立足于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，提出了基于“PBL教學(xué)法”，即基于問題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning）、以學(xué)生為主體的量子力學(xué)課程教學(xué)改革的研究，摸索出一套行之有效的教學(xué)方案。

1 “PBL教學(xué)法”設(shè)計(jì)方案

“PBL教學(xué)法”是一種基于問題學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，將學(xué)習(xí)置于復(fù)雜的有意義的問題情境中，激勵(lì)學(xué)生積極探索隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的建構(gòu)和轉(zhuǎn)化，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容展開討論、反思，教師則以提問的方式推進(jìn)這一過程，最終使學(xué)生在一個(gè)螺旋式上升的良性循環(huán)過程中理解知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的不斷延續(xù)，以促進(jìn)學(xué)生解決問題、自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展，以及創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的提高。具體設(shè)計(jì)模式如圖1所示。

圖1 “PBL”教學(xué)法設(shè)計(jì)模式框圖

與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，“PBL教學(xué)法”對(duì)教師備課和教學(xué)實(shí)施過程提出了更高要求。

1.1 PBL教師備課

（1）確定問題。問題是PBL的起點(diǎn)和焦點(diǎn)。問題的產(chǎn)生可以是學(xué)生自己在生活中發(fā)現(xiàn)的有意義、需要解決的實(shí)際問題，也可以是在教師的幫助指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)的問題，還可以是教師根據(jù)實(shí)際生活問題、學(xué)生認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)內(nèi)容等相關(guān)方面提出的問題。

（2）提供豐富的教學(xué)資源。教學(xué)資源是實(shí)施PBL的根本保障。隨著網(wǎng)絡(luò)課程、精品課程體系的建設(shè)，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)課程為學(xué)生解決問題提供多種媒體形式和豐富的教學(xué)資源。

（3）對(duì)學(xué)習(xí)成果提出要求，給學(xué)生提供一個(gè)明確的目標(biāo)和必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 PBL教學(xué)實(shí)施

（1）學(xué)生分組。學(xué)生分組后，要讓每個(gè)小組清楚地知道自己所要承擔(dān)的任務(wù)，問題解決所要達(dá)到的目標(biāo)，也要確定好小組內(nèi)每個(gè)成員具體的任務(wù)分工。

（2）創(chuàng)設(shè)問題情境、呈現(xiàn)問題。布朗、科林斯等學(xué)者認(rèn)為，認(rèn)知是以情境為基礎(chǔ)的，發(fā)生在認(rèn)知過程中的活動(dòng)是學(xué)習(xí)的組成部分之一，通過創(chuàng)設(shè)問題情境可吸引學(xué)習(xí)者。

1.3 PBL案例分析

例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有學(xué)生認(rèn)為波函數(shù)是經(jīng)典物理學(xué)的波，也有學(xué)生認(rèn)為波函數(shù)由全部粒子組成。這些問題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，可以通過分組進(jìn)行小組內(nèi)討論，再將討論結(jié)果進(jìn)行小組間辯論，最后老師對(duì)各小組討論和辯論的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述和指正，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)一些不易理解的量子概念和原理的深入理解。

2 用量子物理發(fā)展的淵源吸引學(xué)生

量子力學(xué)理論與學(xué)生長(zhǎng)期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相距甚遠(yuǎn)，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無(wú)關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。因此，在量子力學(xué)教學(xué)中，一方面需要學(xué)生摒棄在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中形成的固有觀念和認(rèn)識(shí)；另一方面在學(xué)習(xí)某些基本概念和基本理論時(shí)，又要求學(xué)生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)困惑不堪。此外，這門課程理論性較強(qiáng)，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。教學(xué)實(shí)踐證明，針對(duì)以上教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)特別注意用學(xué)科理論自身的魅力吸引學(xué)生，通過盡可能還原量子力學(xué)早期的發(fā)展過程，讓學(xué)生自己去體會(huì)量子力學(xué)的基本概念是如何建立并逐步完善的，最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，也有助于學(xué)生深入理解教學(xué)內(nèi)容。

3 抽象理論形象化，與學(xué)生深入探討

量子力學(xué)課程的突出特點(diǎn)是抽象難懂，對(duì)此我們進(jìn)行了探索。例如在量子力學(xué)教學(xué)中，“任何實(shí)物粒子都具有波粒二象性”是教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。如何理解波粒二象性？我們可以先從光的波粒二象性入手，通過“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)引出問題，通過總結(jié)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)與經(jīng)典理論之間的嚴(yán)重矛盾，并通過諸多矛盾引出了愛因斯坦的光量子理論和光電方程，進(jìn)而深入探討光的本性和實(shí)質(zhì)。隨著內(nèi)容的深入，我們可以進(jìn)一步提出：波粒二象性是光子和一切實(shí)物粒子的共同本質(zhì)，而且波動(dòng)性和粒子性這兩方面必有某種關(guān)系相聯(lián)系。并順理成章的指出物質(zhì)波的概念和德布羅意關(guān)系式，從最基本的假定出發(fā)作出類比推理，理論的獨(dú)創(chuàng)性給人深刻的印象。

在此，還可以以學(xué)生的口吻提出兩個(gè)問題。

問題1）物質(zhì)粒子既然是波，為什么人們?cè)谶^去長(zhǎng)期實(shí)踐中把它們看成經(jīng)典粒子并沒有犯什么錯(cuò)誤？

我們可以通過實(shí)物粒子子彈的德布羅意波長(zhǎng)的求解找到答案，這是由于普朗克常數(shù)h是個(gè)小量，一般實(shí)物粒子的德布羅意波長(zhǎng)λ=h/p很短，短到可以忽略不計(jì)。

問題2）在什么情況下可以近似的用經(jīng)典理論來處理問題？在什么情況下又必須顧及運(yùn)動(dòng)粒子的波粒二象性？

進(jìn)而作出解答，一般來說，當(dāng)運(yùn)動(dòng)粒子的德布羅意波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于該粒子本身的尺寸時(shí)，可以近似的用經(jīng)典理論來處理；否則，需要用量子理論來處理。

這種層層深入，帶著問題尋找答案的教學(xué)方法符合邏輯思維，學(xué)生很容易接受，將抽象而復(fù)雜的問題形象化、簡(jiǎn)單化。

4 聯(lián)系量子力學(xué)的未來發(fā)展激發(fā)學(xué)生求知的渴望

盡管量子力學(xué)是以微觀世界為研究對(duì)象，但它對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憛s非常大。例如，在當(dāng)今科學(xué)界還提出了量子通信的新概念，是實(shí)現(xiàn)完全保密的最佳通信方式，直接導(dǎo)致引領(lǐng)現(xiàn)今量子信息理論和研究的熱潮，代表著21世紀(jì)信息技術(shù)革命―量子通信技術(shù)的發(fā)展方向。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)與量子力學(xué)緊密相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，打消學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)“無(wú)用化”的顧慮，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情。

5 結(jié)束語(yǔ)

近幾年，針對(duì)量子力學(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的實(shí)際問題，結(jié)合量子力學(xué)的課程特點(diǎn)，我們提出了基于“PBL教學(xué)法”的量子力學(xué)課程教學(xué)改革的研究，取得了一些成效，對(duì)于理論性較強(qiáng)的其他課程也具有較強(qiáng)的理論指導(dǎo)意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）[R].2010.

[2]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)：卷1[M].2版.北京：科學(xué)出版社，1997：235-278.

[3]鄒艷.淺談量子力學(xué)的教學(xué)改革[J].物理與工程，2009，19（4）：40-41.

量子力學(xué)基本概念總結(jié)范文第2篇

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；材料類專業(yè)；教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）08-0122-02

對(duì)于普通高校的材料類本科教學(xué)來說，要求學(xué)生具有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí)，掌握材料設(shè)計(jì)、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則，以及材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。這就需要學(xué)生具有材料學(xué)科的完整的知識(shí)體系，量子力學(xué)是半導(dǎo)體、固體物理以及計(jì)算材料學(xué)、材料測(cè)試表征技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)，在材料科學(xué)體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學(xué)習(xí)是基于高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的，學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)課程的掌握情況參差不齊，而大部分學(xué)生對(duì)前期課程多有遺忘，課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中需要理解的知識(shí)點(diǎn)很多，所以要學(xué)好這門課程需要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，及時(shí)復(fù)習(xí)前期基礎(chǔ)課程和預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。由于知識(shí)間銜接緊密，需要邏輯推理內(nèi)容非常多，學(xué)生稍有走神或缺課就會(huì)跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度，從而對(duì)后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)也喪失信心。此外，對(duì)于工科大環(huán)境下的學(xué)生群體來說，學(xué)生普遍對(duì)實(shí)用的專業(yè)課程較感興趣，而對(duì)基礎(chǔ)理論課程不夠重視，認(rèn)為學(xué)習(xí)非常枯燥也沒有大多的用處。種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學(xué)特別是量子力學(xué)課程的教學(xué)困難重重，因此將理論教學(xué)與專業(yè)特色相結(jié)合，探索具有專業(yè)特色的量子力學(xué)的教學(xué)方法具有重要的意義。如何消除學(xué)生對(duì)本課程的畏懼心理，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在課堂上有收獲的同時(shí)也要自覺利用好課余時(shí)間學(xué)習(xí)是解決本課程教學(xué)的關(guān)鍵。本文結(jié)合材料類專業(yè)的綜合情況，經(jīng)過實(shí)踐探索，總結(jié)幾點(diǎn)較為實(shí)用的教學(xué)方法。

一、與專業(yè)課程體系相結(jié)合，突出課程的重要性

備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案，了解學(xué)生的已修課程、同學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。材料類專業(yè)的量子力學(xué)課程一般在第四學(xué)期開課，在此之前學(xué)生已經(jīng)修完了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程。同時(shí)學(xué)生開始接觸一些材料類的專業(yè)課程，例如材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理、物理化學(xué)等，在之后的第五以及第六學(xué)期將有大量的學(xué)科專業(yè)課，如材料分析測(cè)試技術(shù)、計(jì)算材料學(xué)等。教師在對(duì)本專業(yè)的課程設(shè)置以及知識(shí)框架有了整體的了解以后，有針對(duì)性地翻閱一下一些核心專業(yè)課程的教材，將專業(yè)課程當(dāng)中涉及量子力學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容篩選出來以備用。在給學(xué)生講授第一堂課時(shí)既將本課程的重要地位告知學(xué)生，哪些課程在后續(xù)課程種會(huì)涉及到相關(guān)知識(shí)，哪些領(lǐng)域會(huì)用到本課程的知識(shí)，以及量子力學(xué)對(duì)本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試以及繼續(xù)深造時(shí)的必要性。讓學(xué)生一開始對(duì)本課程的學(xué)習(xí)有心理上的重視。在具體教學(xué)的過程中，注意將量子理論與專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合，包括已修課程和后續(xù)課程。通過多學(xué)科的滲透將整個(gè)材料學(xué)專業(yè)的課程內(nèi)容進(jìn)行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實(shí)用性，讓學(xué)生意識(shí)到量子力學(xué)并不是高高在上毫無(wú)用處的理論公式，同時(shí)也使得量子力學(xué)的教學(xué)更加豐富和生動(dòng)。

二、與前沿科學(xué)相結(jié)合、活躍課堂氣氛

當(dāng)下的高校教師除了教學(xué)很大一部分時(shí)間精力都用于科學(xué)研究。平時(shí)實(shí)驗(yàn)或看文獻(xiàn)時(shí)可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹?；钴S課堂氣氛的同時(shí)有可以加深對(duì)該理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在給學(xué)生講解理論知識(shí)的同時(shí)注重結(jié)合理論的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合材料學(xué)科的特點(diǎn)以及學(xué)校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景，本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學(xué)生就業(yè)也有很大比例在交通相關(guān)領(lǐng)域。結(jié)合本科的這一特征，教師講課時(shí)可以作一些前沿材料在交通領(lǐng)域的最新進(jìn)展。在講解知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)穿插該部分知識(shí)的應(yīng)用方面的展望，展示過程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結(jié)合的方式。通過多種途徑讓量子力學(xué)這種看似“高大上”的學(xué)科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的激發(fā)。對(duì)于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎(chǔ)較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學(xué)習(xí)，零距離的接觸前沿科學(xué)，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有一定的幫助。

三、多種教學(xué)手段相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

在教學(xué)的過程中采用多種教學(xué)手段相結(jié)合。鑒于量子力學(xué)的理論抽象、知識(shí)量大、數(shù)學(xué)推理公式繁多，在教學(xué)過程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對(duì)于需要推理演算的部分可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間自學(xué)。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績(jī)以期末考試為主但是學(xué)期內(nèi)平時(shí)的表現(xiàn)也是必要的?？梢钥紤]適當(dāng)增大平時(shí)考核的分?jǐn)?shù)比例，便于調(diào)動(dòng)學(xué)生充分利用課余的時(shí)間。其中平時(shí)表現(xiàn)又可以分為多個(gè)方面來考核，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)激情。課堂教師講授為主，適時(shí)設(shè)問作為課外思考作業(yè)，作業(yè)以書面形式或者學(xué)生在下一次課作簡(jiǎn)短的展示的方式。才外還可以給學(xué)生布置小論文，鼓勵(lì)學(xué)生多進(jìn)圖書館，查閱相關(guān)文獻(xiàn)書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向?qū)W生說明考核的方式和比例，在考分的壓力下學(xué)生自然會(huì)積極準(zhǔn)備相關(guān)內(nèi)容。在應(yīng)對(duì)這些平時(shí)作業(yè)的過程實(shí)際上就是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程中，既鞏固了量課程知識(shí)，又鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和思維。在教學(xué)當(dāng)中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書相結(jié)合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對(duì)一些復(fù)雜又必須的推導(dǎo)過程可以采用PPT作快速的展示，而對(duì)于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強(qiáng)化，通過教師邊書寫邊口訴講解，學(xué)生有足夠的時(shí)間消化理解。同時(shí)可以采用多媒體多展示一些圖片、動(dòng)畫等內(nèi)容，盡量在枯燥的理論講授過程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學(xué)家的肖像及簡(jiǎn)介、名言名句，小故事等。在W習(xí)原子的波爾理論以及氫原子模型的時(shí)候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解?？梢詫⒃觾?nèi)電子的運(yùn)動(dòng)類比于在操場(chǎng)跑步以及天體的運(yùn)動(dòng)，在做計(jì)算近似時(shí)甚至可以將近似級(jí)類比于上課教室內(nèi)的座次對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)效果的影響、人際關(guān)系的親疏對(duì)個(gè)人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵(lì)學(xué)生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學(xué)術(shù)專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過多種渠道將量子力學(xué)枯燥難懂的教學(xué)過程生動(dòng)化、有趣化。

作為材料類專業(yè)核心課程的量子力學(xué)一直都是教和學(xué)雙方都感到很困難的課程。由于量子力學(xué)的理論性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程相對(duì)枯燥，學(xué)科的實(shí)用性不是很明顯，學(xué)生容易厭學(xué)。教師在教學(xué)過程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法。通過與專業(yè)課程相結(jié)合，與學(xué)校特色想結(jié)合，采取多種教學(xué)手段，結(jié)合最新的前沿科學(xué)研究，多方面入手使理論知識(shí)深入淺出，使教學(xué)過程生動(dòng)有趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有非常有益的幫助。

參考文獻(xiàn)：

量子力學(xué)基本概念總結(jié)范文第3篇

關(guān)鍵詞：固體物理學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0143-02

固體物理學(xué)是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及闡明其性能與用途的學(xué)科[1]。從學(xué)科結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上看，該課程內(nèi)容基于普通物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理等課程，主要講述晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)和能帶理論等方面知識(shí)。它既是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一，也是許多新學(xué)科的基礎(chǔ)。由該學(xué)科發(fā)展起來的基本概念、基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已向其他相鄰學(xué)科領(lǐng)域滲透，并促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展[2]。如：金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理、電介質(zhì)物理、表面物理、非晶態(tài)物理、材料科學(xué)等。幾十年來，以固體物理的理論為基礎(chǔ)，在半導(dǎo)體、磁學(xué)、激光、超導(dǎo)、納米材料等現(xiàn)代技術(shù)研究方面取得了重要突破。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固體物理課程的教學(xué)在新的歷史條件下已面臨前所未有的挑戰(zhàn)，碰到了許多難以回避的新問題、新情況。傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)內(nèi)容對(duì)固體物理前沿的新成果、新概念介紹得不夠，且傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，不利于學(xué)生解決問題的能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了適應(yīng)精英教育、構(gòu)建研究型大學(xué)人才培養(yǎng)的需要，固體物理學(xué)的教學(xué)改革十分必要。因此，筆者結(jié)合自己在學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)過程中的感想，針對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面作出如下探索。

1 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，學(xué)生既要學(xué)習(xí)原有的經(jīng)典知識(shí)，又要接受更多的課程和社會(huì)信息，如何在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這兩者的有效結(jié)合，是當(dāng)今各個(gè)階段的教育都面臨的一個(gè)重要問題。面對(duì)知識(shí)更新速度的加快，我們的教育目標(biāo)也應(yīng)該有所調(diào)整，即努力實(shí)現(xiàn)由“授之以魚”向“授之以漁”的轉(zhuǎn)變[3]。尤其是對(duì)于大學(xué)生，他們已經(jīng)接受了十多年傳統(tǒng)的學(xué)校教育，有了較多的知識(shí)積累，大學(xué)階段的教育一方面是教給他們以知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力，使他們掌握研究性學(xué)習(xí)的方法，以便走向社會(huì)后具備自我學(xué)習(xí)、獲取新知識(shí)和開展新工作的能力。明確了這樣的培養(yǎng)目標(biāo)之后，在教學(xué)過程中，就應(yīng)該有針對(duì)性的創(chuàng)造各種條件，讓學(xué)生自主參與到學(xué)習(xí)過程中來。例如，在講授布洛赫波的時(shí)候，先向?qū)W生強(qiáng)調(diào)晶體中電子波函數(shù)是按晶格周期調(diào)幅的平面波，接著啟發(fā)學(xué)生考慮自由電子波函數(shù)的形式（量子力學(xué)已經(jīng)講述過），經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生回想起自由電子的波函數(shù)是平面波的形式，之后再分析晶體中電子是受到晶格勢(shì)場(chǎng)的周期性調(diào)制，所以需在平面波的波函數(shù)前面加上一個(gè)調(diào)幅因子，最終形成了布洛赫波函數(shù)。經(jīng)過這樣一個(gè)過程，學(xué)生可以自主的回顧以前所學(xué)的知識(shí)，并將其和新內(nèi)容相聯(lián)系，有助于新舊知識(shí)的融合和貫通。與此同時(shí)，也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。

2 教學(xué)內(nèi)容的精選

固體物理內(nèi)容十分豐富，體系龐大，各部分有各自的特點(diǎn)。其中復(fù)雜抽象的概念體系、晶體結(jié)構(gòu)的描述、嚴(yán)密的理論推導(dǎo)等要求任課教師具有較好的數(shù)學(xué)和物理學(xué)修養(yǎng)，要熟悉固體物理學(xué)發(fā)展歷史和前沿研究的新動(dòng)態(tài)、新概念，且能夠?qū)ξ锢韴D像進(jìn)行透徹的講解；要求學(xué)生具有扎實(shí)的微積分、線性代數(shù)、群論等數(shù)學(xué)知識(shí)和量子力學(xué)、原子物理學(xué)、理論力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理知識(shí)。同時(shí)，固體物理學(xué)知識(shí)比較零散、概念多、模型多、原理和定律多，這對(duì)教師和學(xué)生都是一種挑戰(zhàn)。面對(duì)如此龐大的知識(shí)體系和豐富的內(nèi)容，在講授過程中如何組織授課思路和精選教學(xué)內(nèi)容，是教師要解決的一個(gè)問題。首先，理清固體物理的主線是非常重要的，即明確固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律及闡明其性能與用途的學(xué)科，是從微觀的角度來揭示固體的宏觀物理現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析教材，同時(shí)參考其他經(jīng)典教材，精選教學(xué)內(nèi)容，重在物理概念和模型，至于公式的推導(dǎo)和方程的求解等環(huán)節(jié)可適當(dāng)簡(jiǎn)化，留給學(xué)生課后自行解決。按照這樣的思路進(jìn)行下來，即使在有限的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生對(duì)物理概念、物理圖像的認(rèn)識(shí)也會(huì)比較清晰，有利于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握.

3 重視章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系

固體物理學(xué)雖然涉及內(nèi)容較多，但是認(rèn)真分析后，不難發(fā)現(xiàn)各章節(jié)之間銜接緊密。以胡安的《固體物理學(xué)》為例，本科階段的教學(xué)內(nèi)容主要是前四章：第一章主要講晶體的周期性結(jié)構(gòu)，那么這些結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)在機(jī)理是什么，就要考慮粒子間的相互作用，這樣就引出了第二章關(guān)于晶體結(jié)合的問題；同時(shí)，由晶體的結(jié)合類型和結(jié)合能，表明在不同的條件下，原子間會(huì)出現(xiàn)某種形式的引力和電子云的斥力，這些相反的作用力決定著平衡時(shí)原子間距，再考慮到絕熱近似，實(shí)際晶格則在平衡位置附近振動(dòng)，由此可引出第三章關(guān)于晶格動(dòng)力學(xué)和晶體熱學(xué)性質(zhì)的內(nèi)容；晶格動(dòng)力學(xué)主要是針對(duì)原子的水平上的內(nèi)容，而晶體中還包括電子，那么電子的狀態(tài)是怎樣的呢？這就引出了第四章能帶論.由此可見，在教學(xué)中，抓住知識(shí)體系的主線，突出概念和模型，便于學(xué)生識(shí)記、理解、掌握知識(shí)體系。

4 注入學(xué)科前沿知識(shí)

固體物理學(xué)是一門發(fā)展十分迅速的基礎(chǔ)科學(xué)，與當(dāng)今最活躍的凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連，也在其他多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得以應(yīng)用，因此面對(duì)不斷涌現(xiàn)的新的現(xiàn)象和新的科研成果，固體物理學(xué)的前沿動(dòng)態(tài)在教學(xué)中應(yīng)該有所反映[4]，這將有助于提高學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的積極性和明確努力方向，同時(shí)也使課堂教學(xué)增添活力.例如，在講授晶體的共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，筆者就聯(lián)系自己的科研實(shí)際，介紹了碳納米管和石墨中碳原子的成鍵形式的差異，說明了二者在物理性質(zhì)上的區(qū)別和聯(lián)系，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹了低維碳納米材料近年來的研究進(jìn)展。再如講授能帶理論的時(shí)候，筆者向?qū)W生介紹了石墨烯的能帶特征，說明了在低能極限下，石墨烯呈現(xiàn)出線性的能量色散關(guān)系，使得傳導(dǎo)電子可以看作是無(wú)質(zhì)量的Dirac費(fèi)米子，這種類似于光子的特性，使其可用于相對(duì)論量子力學(xué)的研究，同時(shí)表明其獨(dú)特的載流子特性和優(yōu)異的電學(xué)特性，這些都是近幾年凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)。所以，把科學(xué)前沿知識(shí)引入課堂，不僅可以讓學(xué)生強(qiáng)烈地感受到科學(xué)發(fā)展的脈搏和動(dòng)力，極大的拓展了學(xué)生的視野，還可以激發(fā)起學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科理論實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的勇氣和欲望。這與“著重于啟迪學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生智能，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，努力拓寬學(xué)生的知識(shí)面，為探索未知世界鋪路架橋”的世界一流大學(xué)培養(yǎng)人才模式是相呼應(yīng)的。

5 教學(xué)手段的優(yōu)化組合

固體物理課程中包括大量的立體圖像和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，還涉及晶格振動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高。傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的課堂教學(xué)手段就有一定的弊端， 因此可以將現(xiàn)代化的教學(xué)手段融入進(jìn)來[5]。例如，使用多媒體課件演示晶體結(jié)構(gòu)、倒格子、能帶、晶格振動(dòng)等模型，再結(jié)合自制教具，實(shí)現(xiàn)圖片、動(dòng)畫和實(shí)體模型相結(jié)合，使學(xué)生建立形象的空間模型概念，更直觀的理解教學(xué)內(nèi)容。所以，多媒體教學(xué)技術(shù)以其趣味性、形象性，可以增強(qiáng)教學(xué)的感染力，為固體物理教學(xué)注入了新的活力，從根本上改變了固體物理傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。但是，多媒體課件不完全適合固體物理學(xué)教學(xué)，應(yīng)根據(jù)具體內(nèi)容和教學(xué)反饋進(jìn)行取舍。例如，在講授倒點(diǎn)陣、布洛赫定理、聲子態(tài)密度等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容時(shí)，要配合節(jié)奏相對(duì)緩慢的板書，使學(xué)生理解知識(shí)要點(diǎn)，學(xué)會(huì)推理，從而有效的學(xué)習(xí)。

6 結(jié)語(yǔ)

上述教學(xué)改革方案是筆者在自己學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)的過程中總結(jié)出來的，可以概括為“抓主線，選內(nèi)容，重前沿，講方法”，目前在教學(xué)活動(dòng)中也一直在實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。但是，固體物理教學(xué)改革是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，課程改革的進(jìn)行涉及到諸多方面，需要廣大教育工作者不斷研究和探索，進(jìn)行多次“實(shí)踐―反思―總結(jié)”，方可真正跟上當(dāng)今科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的要求，培養(yǎng)出新世紀(jì)合格的高素質(zhì)和創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡安，章維益.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2010（29）.

[3] 華中，宋春玲，劉研.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（4）.

量子力學(xué)基本概念總結(jié)范文第4篇

關(guān)鍵詞：理論力學(xué);公式推導(dǎo);工程案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）20-0169-02

一、引言

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)。這門課程研究的內(nèi)容是速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它以伽利略和牛頓總結(jié)的基本定律為基礎(chǔ)，屬于古典力學(xué)范疇。經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，一般工程中所遇到的大量動(dòng)力學(xué)問題，用古典力學(xué)來解決，既方便又能夠保證足夠的精確性。力學(xué)是從物理學(xué)中分離出來的，與“數(shù)、理、化、天、地、生”并列為七大基礎(chǔ)學(xué)科。物理學(xué)是研究一切自然現(xiàn)象的科學(xué)，而研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是力學(xué)的定義。因此，力學(xué)從物理學(xué)中分離出來已是很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期了。理論力學(xué)與電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)在力學(xué)界稱為四大力學(xué)。理論力學(xué)是牛頓力學(xué)，即所謂經(jīng)典力學(xué)，現(xiàn)代力學(xué)包括經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)和相對(duì)論力學(xué)。力學(xué)是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。[1]

國(guó)際理論與應(yīng)用力學(xué)學(xué)會(huì)把力學(xué)分成基礎(chǔ)力學(xué)和應(yīng)用力學(xué)。上世紀(jì)30年代蘇聯(lián)建立了突出基礎(chǔ)力學(xué)教育的教育體系。同時(shí)期，歐美建立了強(qiáng)調(diào)應(yīng)用力學(xué)教育的教育體系。我國(guó)力學(xué)教育在解放后的十年間，受蘇聯(lián)力學(xué)教育體系的影響比較大，多數(shù)高等學(xué)校使用的理論力學(xué)教材都是從俄文翻譯過來的。70年代末，歐美的理論力學(xué)教材進(jìn)入我國(guó)高等教育界。直到80年代，理論力學(xué)還以120學(xué)時(shí)作為四年制機(jī)械類等專業(yè)課程的設(shè)置原則。

1980年5月，在南京召開高等學(xué)校工科力學(xué)教材編審委員擴(kuò)大會(huì)，通過了教育部委托西北工業(yè)大學(xué)等高校提出的120學(xué)時(shí)機(jī)械類專業(yè)試用的“理論力學(xué)教學(xué)大綱”。二十多年來，隨著高等教育教學(xué)體制改革的深化，理論力學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)思想和觀念上都發(fā)生了很大變化?，F(xiàn)在我院為機(jī)械類設(shè)置的理論力學(xué)課程只有70學(xué)時(shí)，而教學(xué)基本要求與20年前的差別不大。由于學(xué)時(shí)急劇減少，迫使教師采用多媒體現(xiàn)代化教學(xué)手段，增大信息量，強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)，通過精講多練，使學(xué)生能夠比較牢固地掌握理論力學(xué)的基本知識(shí)。建設(shè)理論力學(xué)精品課程的要求正是在這樣的教學(xué)改革背景下應(yīng)運(yùn)而生的。

理論力學(xué)是理工科院校的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。但對(duì)許多理工科學(xué)校的學(xué)生來講，學(xué)習(xí)理論力學(xué)并不是一個(gè)輕松的過程。普遍反映“課堂能聽懂，一做作業(yè)就無(wú)從下手”，甚至有人將之稱為“頭疼力學(xué)、煩人力學(xué)”。究其原因，主要還是由于很多學(xué)生對(duì)于理論力學(xué)的基本概念、基本理論和分析方法等總是處于一種似懂非懂的狀態(tài)，沒有對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深刻理解。理論力學(xué)的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的邏輯性，前后章節(jié)的關(guān)系環(huán)環(huán)相扣。前面章節(jié)沒學(xué)好，后面章節(jié)自然就學(xué)不好，越到后面越是緊密聯(lián)系前面章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。再者，理論力學(xué)的定理、公式往往是“非構(gòu)造性”的，不能用簡(jiǎn)單代公式的方法來計(jì)算，而是必須要有分析的過程，沒有清晰的概念就無(wú)從下手[2]。可以說，對(duì)理論力學(xué)問題的求解非常鍛煉人的宏觀把握能力。因此，迫切需要對(duì)現(xiàn)行的理論力學(xué)教學(xué)方法及內(nèi)容進(jìn)行改革?；诖?，工程案例教學(xué)方法應(yīng)用而生。

二、工程案例教學(xué)

伴隨著擴(kuò)招，生源質(zhì)量也有所下降，顯得參差不齊。上同一門課，有些學(xué)生學(xué)習(xí)能力比較強(qiáng)，課堂不能滿足需求，顯得“吃不飽”;另外有些學(xué)生又不能跟上課堂教學(xué)的進(jìn)度，學(xué)習(xí)比較吃力。因此，理論力學(xué)課堂改革就顯得很有必要。學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)，第一印象――感性認(rèn)識(shí)是很重要的。只有通過感性認(rèn)識(shí)抓住學(xué)生的好奇心，才能有興趣把相關(guān)的內(nèi)容學(xué)習(xí)好，甚至于通過自學(xué)來滿足自身對(duì)知識(shí)的渴望。而通過工程案例教學(xué)不但可以激發(fā)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的學(xué)生的積極性，還可以通過大量工程案例的引入滿足學(xué)有余力的學(xué)生對(duì)課堂外知識(shí)的渴求。工程案例的教學(xué)主要通過以下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。

1.工程案例的整理及提煉。和力學(xué)相關(guān)的案例可以說是隨處可見，小到日常生活，大到航空航天。怎樣選擇合適的工程案例就顯得比較關(guān)鍵。好的工程案例既能引導(dǎo)學(xué)生快速理解工程背景，又能提煉工程當(dāng)中的力學(xué)原理，達(dá)到實(shí)踐和理論有機(jī)結(jié)合的效果。因此，工程案例的收集整理就很有必要了。比如理論力學(xué)當(dāng)中的力矩問題，就可以用常見的吊車起吊重物來舉例說明：某事故現(xiàn)場(chǎng)，吊車起吊出事的卡車，結(jié)果卡車沒吊上來，吊車反而由于起吊位置選擇的不合適而翻倒了。這個(gè)實(shí)例可以很好的說明力矩，通過這個(gè)實(shí)例學(xué)生也能快速的將力矩理論與工程實(shí)際結(jié)合起來。又比如裂紋和斷裂，這兩個(gè)概念相對(duì)而言比較抽象。只有比較專業(yè)的課程才會(huì)談到與裂紋有關(guān)的斷裂問題。裂紋和斷裂也可以通過生活當(dāng)中的實(shí)例來說明：乘坐公交車應(yīng)該是很多人都有過的生活經(jīng)歷，而公交車的安全錘就可以很好的說明裂紋和斷裂。公交車上的紅色安全錘是為了在緊急情況下讓乘客逃生用的。當(dāng)公交車出現(xiàn)緊急情況時(shí)，乘客只需要用安全錘敲擊鋼化玻璃的四個(gè)角。由于安全錘錘頭很尖，接觸面積小，手握安全錘大約用兩千克的力就可以砸開玻璃的邊角。對(duì)鋼化玻璃而言，一點(diǎn)點(diǎn)的開裂就意味著玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布受到了破壞，從而在瞬間產(chǎn)生無(wú)數(shù)蜘蛛網(wǎng)狀裂紋，此時(shí)只需用錘子輕輕的再砸?guī)紫戮湍軐⒄娌Ａг议_。用這個(gè)實(shí)例不但可以講清楚裂紋和斷裂，還可以闡明應(yīng)力和應(yīng)力集中，可以將學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐緊密相連。

2.工程案例的講授。有了好的工程案例，還需要有好的教師在合適的章節(jié)恰如其分的引入。這就對(duì)教師的綜合素質(zhì)提出了較高的要求[3]。毋庸諱言，力學(xué)尤其是基礎(chǔ)力學(xué)，上課教師的數(shù)量偏少，質(zhì)量也略顯不足。針對(duì)很多二本院校，基礎(chǔ)力學(xué)的上課學(xué)生比較多，教師的教學(xué)任務(wù)相對(duì)較重，這也使得很多教師沒法精心研究工程案例在教學(xué)當(dāng)中的運(yùn)用。另外，有些高校的基礎(chǔ)力學(xué)教師并非“科班”出身，這也使得教師自身對(duì)有些課程的理解還不是特別深刻，當(dāng)然也就不能更好的促進(jìn)課堂教學(xué)的完善和發(fā)展。

三、工程案例教學(xué)的實(shí)踐

從工程實(shí)踐以及日常生活當(dāng)中整理提煉了大量典型的工程案例，通過教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師進(jìn)行課堂教學(xué)，能否達(dá)到預(yù)期的效果，這也是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題。為了驗(yàn)證工程案例教學(xué)的實(shí)際教學(xué)效果，本文選擇機(jī)電一體化及車輛工程兩個(gè)專業(yè)進(jìn)行對(duì)比。機(jī)電一體化4個(gè)班進(jìn)行工程案例教學(xué)，而車輛工程3個(gè)班采用常規(guī)教學(xué)。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，從平時(shí)的課堂問答到期末考試都反映出，工程案例教學(xué)要優(yōu)于常規(guī)教學(xué)。采用工程案例教學(xué)的機(jī)電一體化班最高分比車輛班高出10分，最低分高出15分，平均分高出12分。

四、結(jié)語(yǔ)

基礎(chǔ)力學(xué)特別是理論力學(xué)課程的工程案例教學(xué)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱巨的任務(wù)，需要投入大量的人力、物力和時(shí)間。學(xué)生通過案例教學(xué)的學(xué)習(xí)可以快速地掌握理論知識(shí)在實(shí)際工程中的運(yùn)用，從而更好的將理論與實(shí)踐結(jié)合起來。案例教學(xué)還可以培養(yǎng)、訓(xùn)練學(xué)生從工程實(shí)踐中抽象力學(xué)模型繼而求解優(yōu)化工程問題的能力，因此從該意義上來說，工程案例教學(xué)的作用可以說絲毫不亞于數(shù)學(xué)建模的功效[4]。再者，工程案例教學(xué)還可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和動(dòng)腦的能力。比如講到桁架部分，通過桁架橋梁的案例講解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。人們常說“興趣是最好的老師”，一旦學(xué)生對(duì)桁架充滿興趣，就會(huì)在課堂外富有興趣的動(dòng)手制木制桁架，還會(huì)通過傳感器等來測(cè)量桁架中的桿件是否為二力桿等。這樣一來，學(xué)生對(duì)桁架的理解就會(huì)相當(dāng)深刻。另外，工程案例教學(xué)還可以促進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件如MATLAB、ANSYS等在教學(xué)中的應(yīng)用。通過工程案例教學(xué)還可以培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，從學(xué)習(xí)階段開始就以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待工程實(shí)際。最后，工程案例教學(xué)也可以提高教師的綜合素質(zhì)，豐富教師的課堂教學(xué)素材，使原本相對(duì)枯燥的課堂教學(xué)一下變得豐富有趣起來[5]。

工程案例教學(xué)使得師生都能很好的將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的最初目的：從實(shí)踐中來，到實(shí)踐中去。

參考文獻(xiàn)：

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量子力學(xué)基本概念總結(jié)范文第5篇

[關(guān)鍵詞]科學(xué)革命；哲學(xué)思維；常規(guī)科學(xué)；科學(xué)危機(jī)；范式轉(zhuǎn)換

在近代自然科學(xué)從哲學(xué)中分離出來之前，一切學(xué)問或?qū)W術(shù)可以說都在哲學(xué)這一母體內(nèi)孕育和成長(zhǎng)。那么，當(dāng)自然科學(xué)以及其他學(xué)科逐步從哲學(xué)這一母體分娩并走上自身發(fā)展道路之后，包括自然科學(xué)在內(nèi)的各門科學(xué)，能脫離哲學(xué)及其思維方式而獨(dú)立發(fā)展嗎？或者說各門科學(xué)與哲學(xué)之間那個(gè)連接胎兒和母體的“臍帶”真的能被剪斷或真的被剪斷了嗎？這是一個(gè)過去和當(dāng)代任何一門學(xué)科或科學(xué)的形成和發(fā)展都必須面對(duì)并要加以認(rèn)清的問題，否則任何一門學(xué)科或科學(xué)的形成和發(fā)展都難以實(shí)現(xiàn)。本文力求從自然科學(xué)發(fā)展中的科學(xué)革命及其思維過程角度來探索這個(gè)問題。

一、科學(xué)革命及其實(shí)質(zhì)

所謂“科學(xué)革命”，是指“一種整體性的革命，這既可以針對(duì)整個(gè)科學(xué)而言，也可以針對(duì)某一學(xué)科而言。至于某一學(xué)科內(nèi)部某個(gè)理論體系中的個(gè)別科學(xué)觀念的變化，我們一般不稱其為科學(xué)革命，而把它視為科學(xué)觀念的局部變革（也有人稱之為‘局部革命’或‘小型革命’）。這種變革雖然也是科學(xué)觀念的部分質(zhì)變，但并未引起整個(gè)科學(xué)觀念的根本質(zhì)變和整體質(zhì)變”。這里所說的“科學(xué)革命”，“其最極端、最易于識(shí)別的形式可以用哥白尼主義、達(dá)爾文主義和愛因斯坦主義的出現(xiàn)作為例證——在這種事件中，一個(gè)科學(xué)共同體放棄一種長(zhǎng)期看待世界、探索科學(xué)的方式，轉(zhuǎn)而支持另一種往往不相容的探索這個(gè)科學(xué)的進(jìn)路”。例如，拉瓦錫的氧化說取代燃素說所帶來的化學(xué)革命，物理學(xué)中牛頓革命和愛因斯坦革命及其所帶來的相應(yīng)的整個(gè)科學(xué)革命，等等。

最早明確提及科學(xué)革命的思想家也許是彭加勒。在1905年，他就敏銳地洞察到物理學(xué)危機(jī)和革命的征兆，并對(duì)它進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和論證。李醒民把彭加勒關(guān)于科學(xué)革命的基本觀點(diǎn)概括為：（1）由于新實(shí)驗(yàn)與舊理論的尖銳沖突，物理學(xué)已處于危機(jī)之中；（2）危機(jī)能加速物理學(xué)的根本變革，是物理學(xué)進(jìn)入新階段的前兆；（3）要擺脫危機(jī)，就要在新實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上重新改造物理學(xué)。由此，可以得出結(jié)論：（1）科學(xué)革命是新的科學(xué)理論代替舊的科學(xué)理論，并且新理論與舊理論有根本的不同，是理論的根本變革，即科學(xué)理論發(fā)生根本的質(zhì)變和飛躍；（2）科學(xué)革命前有一個(gè)危機(jī)時(shí)期，它是新實(shí)驗(yàn)與舊理論的尖銳沖突，即舊理論處于危機(jī)之中。

繼承并發(fā)揮了彭加勒科學(xué)革命思想中科學(xué)理論質(zhì)變和飛躍思想的科學(xué)革命論者是波普爾。他把科學(xué)看做人類心靈的探險(xiǎn)事業(yè)，認(rèn)為科學(xué)的本質(zhì)就在于永無(wú)止境的探索。他把問題作為整個(gè)科學(xué)探索的起點(diǎn)，運(yùn)用“證偽”或“否證”概念，把科學(xué)看做四階段的發(fā)展：P，（問題1）TT（試探性理論）E（消除錯(cuò)誤）P2（問題2）?？茖W(xué)探索和發(fā)展就是這樣一個(gè)周而復(fù)始、永無(wú)止境的過程。

然而，庫(kù)恩不滿意波普爾把理論看做科學(xué)變革實(shí)體的思想，認(rèn)為波普爾“過分集中注意了科學(xué)理論的革命性變革”，“只是盯住科學(xué)發(fā)展中的非常規(guī)事件或革命事件”，“把科學(xué)事業(yè)中非經(jīng)常性的革命部分的特點(diǎn)賦予了整個(gè)科學(xué)事業(yè)”；應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)常規(guī)科學(xué)的作用，因?yàn)椤罢浅Ｒ?guī)科學(xué)而不是非常規(guī)科學(xué)，最能把科學(xué)同其他活動(dòng)區(qū)別開來”。當(dāng)然，庫(kù)恩也繼承和發(fā)揮了彭加勒的科學(xué)革命前有一個(gè)危機(jī)時(shí)期即舊理論處于危機(jī)之中的思想。在這一點(diǎn)上，彭加勒、波普爾和庫(kù)恩是一致的，“都強(qiáng)調(diào)新理論拋棄并取代了與之不相容的舊理論的革命過程”。

可以說，庫(kù)恩的科學(xué)革命思想是對(duì)彭加勒科學(xué)革命思想的具體展開和深化。他對(duì)科學(xué)的發(fā)展提出了更為動(dòng)態(tài)、細(xì)致的描述模式：前科學(xué)一常規(guī)科學(xué)一危機(jī)一科學(xué)革命一新的常規(guī)科學(xué)一十……在庫(kù)恩的描述模式中，常規(guī)科學(xué)就是有確定的范式并在范式指導(dǎo)下的有固定套路和方法的解題活動(dòng)；危機(jī)是出現(xiàn)反?！蟹妒较虏荒芙鉀Q的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象，是隨著反常的增多而產(chǎn)生的對(duì)原有范式的懷疑和動(dòng)搖；革命是新理論的產(chǎn)生并取代舊理論而成為新的范式；因而革命是范式的轉(zhuǎn)變——新范式取代舊范式。其中，常規(guī)科學(xué)中出現(xiàn)的反常以及所引發(fā)的危機(jī)是科學(xué)革命不可或缺的前奏。

庫(kù)恩對(duì)科學(xué)革命與常規(guī)科學(xué)、反常、危機(jī)之間的辨證發(fā)展關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。在庫(kù)恩看來，在常規(guī)科學(xué)時(shí)期，“科學(xué)家不是革新者，而是解決疑難的人，他所集中注意的疑難，恰恰是他相信在現(xiàn)有科學(xué)傳統(tǒng)范圍中既能表述、也能解決的”。“然而——問題就在這里——受這種傳統(tǒng)束縛的研究工作，最終的結(jié)果還是一定會(huì)改變這個(gè)傳統(tǒng)。幾次三番地連續(xù)致力于闡述公認(rèn)的現(xiàn)行傳統(tǒng)，最終還是會(huì)在基本理論中、在問題領(lǐng)域以及在科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)一種變換，即我以前所說的科學(xué)革命?！笨墒?，常規(guī)科學(xué)研究為什么“更能產(chǎn)生打破傳統(tǒng)的新事物”？“這是因?yàn)?，任何其他類型的工作都不能這么容易通過注意力的長(zhǎng)期集中而找到困難的所在和危機(jī)的原因，而基礎(chǔ)科學(xué)最根本的進(jìn)展正是依賴于對(duì)這種困難和危機(jī)的認(rèn)識(shí)上”。庫(kù)恩認(rèn)識(shí)到，當(dāng)“理論碰到了麻煩……科學(xué)家需要徹底依附于一種傳統(tǒng)，但要取得完全成功又必須與之決裂。部分是由于科學(xué)家常規(guī)研究的問題性質(zhì)，要求這樣的依附。我們已看到，這通常都是一些深?yuàn)W的疑難，疑難的挑戰(zhàn)性并不在于解答所揭示的內(nèi)容，而在于為提出任何解答都有待克服的技巧上的困難。人們只有確信的確存在一種可以由創(chuàng)造能力揭示的解，才能研究這些問題，也只有現(xiàn)有的理論才有可能保證這種信心。只有理論給大多數(shù)常規(guī)研究題目以意義。懷疑理論，往往也就是懷疑構(gòu)成常規(guī)研究的復(fù)雜的專門疑難是否真有一個(gè)解”。因而，在庫(kù)恩看來，常規(guī)科學(xué)研究的目的“在于完善現(xiàn)有范式，而非發(fā)明新范式。只有當(dāng)這種完善工作失敗后，科學(xué)家才會(huì)遭遇第三類現(xiàn)象，即公認(rèn)的反?，F(xiàn)象，其特征是無(wú)法被現(xiàn)有范式同化。只有這類現(xiàn)象才會(huì)促成新理論的發(fā)明”。而且“反常只在范式提供的背景下顯示出來。范式越精確，涵蓋面越廣，那么它作為對(duì)反常的一個(gè)指示器就越靈敏……范式不會(huì)太輕易地被拋棄，科學(xué)家將不會(huì)輕易地被反常煩擾，因而導(dǎo)致范式改變的反常必須對(duì)現(xiàn)存知識(shí)體系的核心提出挑戰(zhàn)……常規(guī)科學(xué)具有強(qiáng)烈的傳統(tǒng)性質(zhì)，也標(biāo)志著這種傳統(tǒng)的追求為常規(guī)開展自身的變化徹底地鋪設(shè)了道路”。

從常規(guī)科學(xué)到科學(xué)危機(jī)再到科學(xué)革命，其間有不可分離的張力和辨證推進(jìn)的發(fā)展過程，可以說，沒有常規(guī)科學(xué)研究的推進(jìn)就不可能有科學(xué)危機(jī)，而沒有科學(xué)危機(jī)也就不可能有科學(xué)革命的發(fā)生。因此，“富有成果的科學(xué)家也必須是個(gè)傳統(tǒng)主義者，他很樂于用已有規(guī)則玩復(fù)雜的游戲，以便成為一個(gè)發(fā)現(xiàn)用來玩游戲的新規(guī)則和新棋子的成功的革新家”。庫(kù)恩還用發(fā)散和收斂之間的相互補(bǔ)充及其張力來形象地描述常規(guī)科學(xué)與科學(xué)革命之間的關(guān)系。他說：“科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明本質(zhì)上通常都是革命的。因此，它們確實(shí)要求思想靈活、思想開放，這是發(fā)散式思想家的特點(diǎn)……如果不是大量科學(xué)家具有高度思想靈活和思想開放的特性，就不會(huì)有科學(xué)革命，也很少有科學(xué)進(jìn)步?！比欢?，“常規(guī)研究，甚至是最好的常規(guī)研究，也是一種高度收斂的活動(dòng)，它的基礎(chǔ)牢固地建立在從科學(xué)教育中獲得的一致意見上，這種一致意見又在以后專業(yè)研究的生活中得到加強(qiáng)?？梢钥隙?，在典型情況下，這種收斂式的或者說受一致意見制約的研究工作終將導(dǎo)致革命……收斂式研究的持久時(shí)期正是革命轉(zhuǎn)換所必不可少的準(zhǔn)備?！睆膸?kù)恩的描述可以看出，收斂式的常規(guī)科學(xué)研究是革命發(fā)生的不可或缺的準(zhǔn)備，沒有持久的常規(guī)科學(xué)研究，也就不可能發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)反常和危機(jī)，也就不可能有科學(xué)革命和科學(xué)的進(jìn)步?！翱茖W(xué)研究只有牢固地扎根于當(dāng)代科學(xué)傳統(tǒng)之中，才能打破舊傳統(tǒng)，建立新傳統(tǒng)。這就是為什么我要談到一種隱含在科學(xué)研究之中的‘必要的張力’?！?/p>

顯然，庫(kù)恩的核心問題是科學(xué)革命，但他著墨的重點(diǎn)卻在常規(guī)科學(xué)上，強(qiáng)調(diào)常規(guī)科學(xué)研究的持久和堅(jiān)定所導(dǎo)致的物極必反的效力——舊范式的突破而導(dǎo)致科學(xué)革命。因此，在庫(kù)恩的思想中，不論是常規(guī)科學(xué)、反常、危機(jī)還是科學(xué)革命，都是圍繞范式而展開的。常規(guī)科學(xué)是范式不變并在范式指導(dǎo)下的解題活動(dòng)；危機(jī)是范式的動(dòng)搖；科學(xué)革命是范式的轉(zhuǎn)換。

總之，科學(xué)革命是新理論取代舊理論，是新范式取代舊范式的范式轉(zhuǎn)換，這是一個(gè)從常規(guī)科學(xué)到出現(xiàn)反常再到危機(jī)并最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)革命的持續(xù)發(fā)展的過程。

二、哲學(xué)思維貫穿科學(xué)革命始終

上述分析表明：從形式上看，科學(xué)革命是有與舊理論根本不同的新理論的產(chǎn)生，是有不同于舊范式的新范式的產(chǎn)生和確立。那么，新理論與舊理論的根本不同到底在什么地方呢？它是怎樣產(chǎn)生的呢？

對(duì)此，李醒民在總結(jié)諸多科學(xué)哲學(xué)家關(guān)于科學(xué)理論的要素和結(jié)構(gòu)的論述基礎(chǔ)上，認(rèn)為“成熟的或高級(jí)的科學(xué)理論是由科學(xué)公理（基本概念和基本假設(shè)）、導(dǎo)出命題或科學(xué)定律、科學(xué)事實(shí)（感覺經(jīng)驗(yàn)和觀察資料的科學(xué)陳述）三大要素組成的嚴(yán)密的邏輯演繹體系?！逼渲校茖W(xué)公理是科學(xué)理論的邏輯前提或概念框架，是科學(xué)理論大廈的建筑基礎(chǔ)，離開它們，科學(xué)理論就失去賴以立足的基礎(chǔ)和進(jìn)一步展開的依據(jù)，就根本無(wú)從建立起來。也就是說，科學(xué)理論的更新是基本概念和基本假說的更新，是創(chuàng)建出比原有科學(xué)理論的基本概念和基本假說更適合于自然對(duì)象、具有更大解釋力的新的基本概念和基本假說的過程。因此，要進(jìn)行科學(xué)革命，必然要有新的基本概念和基本假說的創(chuàng)立，這是前提，也是最為關(guān)鍵之點(diǎn)。也可以說，建立在新的基本概念和基本假說基礎(chǔ)上而形成的新理論及其被科學(xué)共同體所接受，就實(shí)現(xiàn)了科學(xué)革命。在李醒民看來，科學(xué)的概念基礎(chǔ)和基本假設(shè)是科學(xué)理論賴以立足的本體論和邏輯基礎(chǔ)?！霸诳茖W(xué)理論的更迭中，特別是在科學(xué)史上為數(shù)不多的科學(xué)革命中，摧毀的正是這個(gè)基礎(chǔ)，而不是別的”；“在科學(xué)革命中，科學(xué)家用新的基本概念和基本假設(shè)取代了舊的科學(xué)公理，比如用牛頓力學(xué)的公理基礎(chǔ)取代亞里士多德的概念框架和分類范疇，用相對(duì)論的基本概念和基本假設(shè)取代牛頓力學(xué)的公理基礎(chǔ)，這就是所謂的范式轉(zhuǎn)換”。對(duì)此，愛因斯坦也認(rèn)為，在面臨科學(xué)革命時(shí)，“整個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)可能需要從根本上加以改造”；“我們關(guān)于物理實(shí)在的觀念絕不會(huì)是最終的。為了以邏輯上最完善的方式來正確地處理所知覺到的事實(shí)，我們必須經(jīng)常準(zhǔn)備改變物理學(xué)的公理基礎(chǔ)”。

那么，什么樣的科學(xué)家才能擔(dān)當(dāng)此任（改變科學(xué)理論的公理基礎(chǔ)）呢？答案是：只有那些有意識(shí)地對(duì)科學(xué)所遇到的疑難問題進(jìn)行哲學(xué)思維、在哲學(xué)思維的層面上工作的少數(shù)科學(xué)家。事實(shí)上，具體的科學(xué)理論都有特定的哲學(xué)世界觀為其基礎(chǔ)，要建立新的科學(xué)理論就必須找到新的哲學(xué)世界觀作為其基礎(chǔ)；而新的哲學(xué)世界觀的形成，必須在比科學(xué)理論層次更高的、哲學(xué)世界觀的層面上來思考問題，它不再是科學(xué)層面上的問題，而是更高、更抽象的哲學(xué)思維層面上的問題了。

在哲學(xué)思維層面上，范式不僅包括科學(xué)理論的公設(shè)，而且也包括關(guān)于這些公設(shè)必須適合的世界的預(yù)設(shè)，關(guān)于它們應(yīng)該如何適合那個(gè)世界的預(yù)設(shè)，關(guān)于試圖使它們適合的恰當(dāng)步驟和判斷何時(shí)是成功的或不成功的標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)設(shè)，這些都與哲學(xué)世界觀層面上的基本概念和基本假說相聯(lián)系。這依賴于人的整體論（wholism），“整體論導(dǎo)致與傳統(tǒng)觀點(diǎn)的巨大差異。所謂的整體論，我意指下述觀點(diǎn)：組成部分融入這樣的統(tǒng)一體，以至于即使部分本身的性質(zhì)也受到那個(gè)統(tǒng)一體的影響。整體的性質(zhì)在某種意義上是部分本身的性質(zhì)的決定因素。庫(kù)恩的整體論奠基于整體論的感知理論和整體論的（或融貫論的）意義理論?！睂?duì)此，馬根瑙（H，Margenau）進(jìn)行了具體的闡述：在頂端一級(jí)，我們遇到所謂的原始經(jīng)驗(yàn)（protocol experience），即感覺材料、觀察，它們無(wú)凝聚力，本身沒有秩序，需要用在原始領(lǐng)域沒有直接給出的輔助概念（supplementary con—cepts）來“說明”或理論化；說明包含著概念化的程序，處于原始經(jīng)驗(yàn)之下的一級(jí)結(jié)構(gòu)；在底部，每一門科學(xué)都顯示出十分普遍的命題，它們被稱為公理或公設(shè)；無(wú)論給定的科學(xué)在給定時(shí)刻的公理是什么，它們都通過演繹的形式分析導(dǎo)出高一級(jí)的即較少的普遍的命題，通常稱它們?yōu)槎苫蚨ɡ?；由定律或定理還可以推出比較特殊的推論；這些推論借助對(duì)應(yīng)規(guī)則與經(jīng)驗(yàn)資料聯(lián)系，以決定其去留。

關(guān)于此，庫(kù)恩有經(jīng)典的闡述：“在公認(rèn)的危機(jī)時(shí)期，科學(xué)家常常轉(zhuǎn)向哲學(xué)分析，以作為解開他們領(lǐng)域中的謎的工具?？茖W(xué)家通常并不需要當(dāng)哲學(xué)家，也不想當(dāng)哲學(xué)家。的確，常規(guī)科學(xué)通常與創(chuàng)造性的哲學(xué)保持一段距離，而且這可能有充分的理由。在常規(guī)研究工作中能夠利用范式作為模型進(jìn)行時(shí)，就無(wú)須使規(guī)則和假定弄得很清楚明白……由哲學(xué)分析所找出的整套規(guī)則，甚至也并不非要不可。但這不是說，尋找假定（甚至是不存在的假定）不可能是削弱心理上的傳統(tǒng)束縛、并為新傳統(tǒng)提供基礎(chǔ)的一條有效途徑。17世紀(jì)牛頓物理學(xué)的突現(xiàn)，20世紀(jì)相對(duì)論和量子力學(xué)的突現(xiàn)，并不是偶然事件，而是兩者都以相同時(shí)代研究傳統(tǒng)的基本哲學(xué)分析為先導(dǎo)和相伴隨的。在這兩個(gè)時(shí)期，所謂的思想實(shí)驗(yàn)在研究的進(jìn)步中起到如此重要的批判作用，也不是偶然的。”在此，庫(kù)恩表達(dá)了這樣幾層意思：（1）在常規(guī)科學(xué)時(shí)期，科學(xué)與哲學(xué)保持距離，科學(xué)家不做哲學(xué)家的事，也不想當(dāng)哲學(xué)家；（2）在危機(jī)時(shí)期，科學(xué)家常常轉(zhuǎn)向哲學(xué)分析，并且這種哲學(xué)分析是擺脫舊傳統(tǒng)建立新傳統(tǒng)的有效工具和途徑；（3）牛頓物理學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué)等的科學(xué)革命，都說明了這一點(diǎn)。

當(dāng)然，這種哲學(xué)層面上對(duì)問題的分析，也必須結(jié)合原有科學(xué)理論背后的哲學(xué)世界觀問題來進(jìn)行，即挖掘并揭示原有科學(xué)理論與其背后的哲學(xué)世界觀的深層關(guān)系。這一點(diǎn)，庫(kù)恩也進(jìn)行了闡述，認(rèn)為“在成熟科學(xué)中，新理論以及越來越新奇的發(fā)現(xiàn)不能從頭誕生。相反，它們是從舊理論中涌現(xiàn)的，是關(guān)于世界應(yīng)包含什么現(xiàn)象和不應(yīng)包含什么現(xiàn)象的舊信念的母體中涌現(xiàn)的。通常這種新奇事物太過于奧妙莫測(cè)，引不起未受很多科學(xué)訓(xùn)練的人的注意。即使受過相當(dāng)?shù)挠?xùn)練……更為可能的是，即使敢于闖進(jìn)這些領(lǐng)域的科學(xué)家，僅僅依賴于他接受新現(xiàn)象的能力以及對(duì)新的組織模式的靈活性，也將一事無(wú)成。倒不如說他會(huì)使他的學(xué)科退回到意見尚未一致或自然狀態(tài)的歷史階段?！?/p>

通過上面的分析，我們可以看出，科學(xué)革命實(shí)際上是形成科學(xué)理論基本概念、基本假說、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、思維方式的變化，是哲學(xué)世界觀的改變。因此，科學(xué)革命是一場(chǎng)科學(xué)觀念和思維方法的徹底重建。當(dāng)然，科學(xué)革命并沒有拋棄已有的經(jīng)驗(yàn)材料和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，只是改變理解原有材料和知識(shí)的方式和規(guī)則：“科學(xué)革命打碎的只是科學(xué)理論的舊框架，摧毀的只是科學(xué)的舊基礎(chǔ)。”

因此，從本質(zhì)上看，如何實(shí)現(xiàn)科學(xué)革命——基本假設(shè)的革命即世界觀和方法論的變革，這是一個(gè)哲學(xué)問題，只是在自然科學(xué)中它是由科學(xué)家來表述、刻畫和解決的。純粹的哲學(xué)家很難解決這些專業(yè)內(nèi)的科學(xué)問題。但是，專業(yè)的科學(xué)家如果還在原有范式指導(dǎo)下工作而不進(jìn)行哲學(xué)創(chuàng)新思維，也是不能實(shí)現(xiàn)科學(xué)中的革命的（這并不是說，在科學(xué)危機(jī)時(shí)期，科學(xué)家要接受哲學(xué)家的指導(dǎo)而從事科學(xué)研究；而是說，如果科學(xué)家在該學(xué)科中不進(jìn)行本體論和方法論的思考和創(chuàng)新，從而打破原有范式的本體論和方法論禁錮，是不可能實(shí)現(xiàn)科學(xué)理論創(chuàng)新即科學(xué)革命的）。所以，在科學(xué)革命中，科學(xué)家就是在做哲學(xué)的工作?？茖W(xué)家和哲學(xué)家都提出某種本體論和方法論，但哲學(xué)家要對(duì)這種本體論和方法論進(jìn)行展開和論證，而科學(xué)家的工作是把新的本體論和方法論即科學(xué)基本概念和基本假說具體化為新學(xué)科的理論并用實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)。這恰如查爾默斯所說，“對(duì)基本原則進(jìn)行持續(xù)的批判，最恰當(dāng)?shù)卣f，是哲學(xué)而非科學(xué)所具有的特征”。而對(duì)基本原則進(jìn)行持續(xù)的批判，只能是少數(shù)的具有哲學(xué)思維能力的科學(xué)家所進(jìn)行的工作?？茖W(xué)家“經(jīng)常不能”完成新舊范式的轉(zhuǎn)變，而且，即使那些有哲學(xué)思維能力的科學(xué)家，如果科學(xué)不處于危機(jī)中，他們也不能進(jìn)行或完成科學(xué)革命。因而，“替論的發(fā)明恰恰是科學(xué)家們很少做的，除非在其科學(xué)發(fā)展的前范式階段和在其后演變期間非常特殊的場(chǎng)合”。在一個(gè)學(xué)科內(nèi)，如果像波普爾“猜想和反駁”的方法所表征的那樣，不斷地對(duì)基本原則提出質(zhì)疑，那么該學(xué)科就不可能取得重大進(jìn)步。這是因?yàn)槟切┰瓌t沒有足夠長(zhǎng)的不受到挑戰(zhàn)的時(shí)間使專門的工作得以完成。雖然愛因斯坦憑借他所具有的創(chuàng)造性和勇氣對(duì)物理學(xué)的一些基本原則進(jìn)行了挑戰(zhàn)并取得了重大進(jìn)展，但是我們不應(yīng)忽視這一事實(shí)：正是經(jīng)過在牛頓范式框架內(nèi)200年的逐一的具體工作，以及在電磁學(xué)理論內(nèi)100年的工作，才揭示出愛因斯坦將會(huì)認(rèn)識(shí)到并且用他的相對(duì)論來解決的問題。

因而，“在科學(xué)革命中，科學(xué)家用新的基本概念和基本假設(shè)取代舊的科學(xué)公理”。在波普爾看來，科學(xué)革命就是一個(gè)科學(xué)理論被另一個(gè)科學(xué)理論所取代，就是一組主張被另一組不同的主張代替；同樣，庫(kù)恩也認(rèn)為，一場(chǎng)科學(xué)革命不僅涉及一般定律的變化，也涉及看待世界的方式的變化，還涉及在那些評(píng)價(jià)理論時(shí)所要持有的標(biāo)準(zhǔn)的變化。

總之，科學(xué)革命是一個(gè)量變到質(zhì)變的過程，革命包含在危機(jī)及解決危機(jī)的艱難的探索過程之中，沒有對(duì)危機(jī)和解決危機(jī)的探索，就沒有科學(xué)革命。這一過程，必須打破原有常規(guī)科學(xué)時(shí)期的科學(xué)觀念，并創(chuàng)立新的科學(xué)觀念，即新的基本概念和基本假說并建立新的理論范式，才能最終實(shí)現(xiàn)。而“獲得新范式、做出這些基本發(fā)明的人，幾乎總是非常年輕的人，或者新進(jìn)入一個(gè)其范式將由它們所改變的領(lǐng)域的人，也許對(duì)此不需要再做更明確的說明，因?yàn)楹苊黠@，他們很少在以前的實(shí)踐中受常規(guī)科學(xué)傳統(tǒng)規(guī)則的束縛，他們特別有可能看出，那些規(guī)則已經(jīng)不再適用了，并且去設(shè)計(jì)出另一套規(guī)則代替它們。”

即使在有不同理論競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的威脅時(shí)，科學(xué)家的哲學(xué)思考也是必要的。由于常規(guī)科學(xué)時(shí)期科學(xué)家接受訓(xùn)練的方式以及他們?nèi)粝胗行У毓ぷ骶捅仨毥邮艿挠?xùn)練的方式，他們對(duì)他們?cè)谄渲泄ぷ鞯姆妒降拇_切性質(zhì)，將是一無(wú)所知的，也無(wú)法加以闡述；但當(dāng)一個(gè)范式受到某個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的威脅時(shí)，他們就必須努力清楚地說明一個(gè)范式中所包含的普遍定律以及形而上學(xué)原則和方法論原則，以便保護(hù)它們免遭有威脅的新范式中的那些替代者的傷害。庫(kù)恩總結(jié)說，“科學(xué)家面臨反?；蛭C(jī)，都要對(duì)現(xiàn)在范式采取一種不同的態(tài)度，而且他們所做研究的性質(zhì)也將相應(yīng)地發(fā)生變化。相互競(jìng)爭(zhēng)的方案的增加，做任何嘗試的意愿，明確不滿的表示，對(duì)哲學(xué)的求助，對(duì)基礎(chǔ)的爭(zhēng)論，所有這一切都是從常規(guī)研究轉(zhuǎn)向非常規(guī)研究的征兆”。當(dāng)人們認(rèn)為反常正在給某個(gè)范式提出嚴(yán)重問題時(shí)，一個(gè)“明顯的無(wú)專業(yè)安全感”的時(shí)期便來臨了。此時(shí)，常規(guī)科學(xué)家開始進(jìn)行哲學(xué)和形而上學(xué)的爭(zhēng)論，并且試圖依據(jù)哲學(xué)論據(jù)為他們的創(chuàng)新辯護(hù)。

三、哲學(xué)與科學(xué)的關(guān)系

事實(shí)上，科學(xué)革命不但沒有改變科學(xué)與哲學(xué)之間原有的生成關(guān)系，從某種程度上看反而在這個(gè)過程中強(qiáng)化了這種生成關(guān)系。從這方面看，具體科學(xué)不但是從哲學(xué)這一母體中生發(fā)出來的，而且在它獨(dú)立后的每一次的科學(xué)革命中，都要回到哲學(xué)思維的層面才能得以完成?？梢哉f，具體科學(xué)的每一次重大發(fā)展（科學(xué)革命）都是借助于哲學(xué)思維（哲學(xué)世界觀的改變而形成新的基本概念和基本假說）來完成的。

其實(shí)，理論思維，就是確立基本概念和基本假說，然后形成判斷、推理的過程；沒有這種從概念到判斷、再到推理的過程，就沒有理論及其理論思維?？茖W(xué)理論的發(fā)展就是基本概念的邏輯展開，就是圍繞基本概念和基本假說的建構(gòu)而進(jìn)行的。從這個(gè)意義上說，科學(xué)理論的關(guān)鍵和核心就是確立并描述各種范疇如何圍繞基本概念而展開并得出結(jié)論的。可以說，由基本概念構(gòu)成的理論的邏輯基礎(chǔ)決定著這個(gè)理論的本質(zhì)以及它在認(rèn)識(shí)對(duì)象上可能達(dá)到的程度。概念是科學(xué)理論大廈的基石，基本概念及其關(guān)系構(gòu)成了科學(xué)理論的邏輯基礎(chǔ)。而哲學(xué)思維是科學(xué)革命的酵母，無(wú)論是在科學(xué)的創(chuàng)立之時(shí)還是在科學(xué)危機(jī)以及科學(xué)革命時(shí)期，哲學(xué)思維都起到關(guān)鍵性的作用。按照馬克思從“抽象到具體”的上升方法，科學(xué)理論的邏輯展開必須不斷地與現(xiàn)實(shí)對(duì)象接觸；從理論的抽象的一般到它的任何一個(gè)具體形態(tài)，都必須有中間環(huán)節(jié)作為對(duì)應(yīng)原理，即科學(xué)理論的結(jié)構(gòu)形式是由抽象一般、經(jīng)驗(yàn)具體和中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的演繹的邏輯體系。

于是，科學(xué)和哲學(xué)的關(guān)系，可以具體地表述為：一切科學(xué)的最基礎(chǔ)部分、也是最深處，都是哲學(xué)問題，都必須進(jìn)行哲學(xué)思考。有人把哲學(xué)看做概念思維，是很準(zhǔn)確的。哲學(xué)就是形成對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象的基本概念和基本假說，而推理、演算和驗(yàn)證就成了具體科學(xué)的事了。因而，在哲學(xué)和科學(xué)之間永遠(yuǎn)保有切不斷的“臍帶”，科學(xué)借助這一“臍帶”從哲學(xué)母體中不斷獲得新生的根基和養(yǎng)分；哲學(xué)通過這一“臍帶”，從各門豐富發(fā)展的科學(xué)理論中不斷獲得重生的形式。按庫(kù)恩的說法就是：“恰恰是拋棄批判性對(duì)話才是轉(zhuǎn)變到科學(xué)的標(biāo)志。一個(gè)領(lǐng)域一旦轉(zhuǎn)變成為科學(xué)，只有在基礎(chǔ)搖曳的危機(jī)時(shí)刻才會(huì)出現(xiàn)這種批判性對(duì)話。只有對(duì)相互競(jìng)爭(zhēng)的理論必須進(jìn)行選擇時(shí)，科學(xué)家的行動(dòng)才像是哲學(xué)家?！?/p>

更一般地說，哲學(xué)是回答為什么（why）的問題，而科學(xué)是回答怎么樣（how）的問題。前者是講道理、講原理的學(xué)問，后者是講機(jī)制、講理論的學(xué)問；機(jī)制、理論來自于道理和原理，沒有道理和原理就沒有機(jī)制和理論。就像地基和大樓的關(guān)系一樣，有什么的地基才能建起什么樣的大樓，大樓是由地基決定的；但從思考建什么樣大樓的角度看，也可以說，要想建造什么樣的大樓，就要思考打造什么樣的地基的問題。一個(gè)是大樓與地基的原理關(guān)系問題，一個(gè)是如何造大樓的機(jī)制問題。一般情況下，我們并不一定要認(rèn)識(shí)為什么的問題，才能回答怎么樣的問題；但解決了怎么樣的問題，一定包含著對(duì)其中為什么問題的正確的原則性理解，即隱含了對(duì)為什么問題的原理的理解，雖然我們并不一定知道其中的具體的原理是什么。在科學(xué)革命中，科學(xué)家從怎么樣的問題回到為什么的問題，即從建什么樣的大樓回到要建什么樣的地基的問題；而在常規(guī)科學(xué)中，科學(xué)家面對(duì)的是在一定的地基上如何具體建造大樓的問題。在這個(gè)意義上，一般地說，哲學(xué)家做的是打地基的工作，而科學(xué)家做的是在一定的地基上如何建大樓的工作；但在不得不推倒舊大樓而建造更高的新大樓時(shí)，問題首先還得回到建造合適的地基問題上，雖然這時(shí)的工作還得由科學(xué)家來做，但科學(xué)家必須在哲學(xué)家工作的意義上展開工作，否則他將一事無(wú)成。并且這樣的工作，也只能由少數(shù)的、有哲學(xué)家頭腦的科學(xué)家來完成。