物理本科生畢業論文
摘要：本文結合材料物理專業中的基礎課程――《量子理論》的發展史，從哲學的角度出發，淺談了材料學科發展中的哲學思想，并以哲學思想為主線，來進一步指導學生對現代科學技術發展的理解，對加強學生的世界觀、物質觀以及運動觀的進一步理解，具有重要的指導意義。
關鍵詞：量子力學 教學研究 哲學思想
“大學之道，在明明德，在親民，在止于至善。”溫故知今，止于至善，提高當代大學生的哲學素養、人文情懷和科學素養，是素質教育的要求之一。
以牛頓運動三定律、電磁理論和熱力學及統計物理學為基礎的經典力學誕生于17世紀，成功地解釋了大量物理學現象，取得了輝煌的科學成就，曾經被人們信奉為客觀真理。
在19世紀末20世紀初，人類以巨大的熱情來研究原子核和放射現象，導致了兩大理論成果的誕生：量子理論和相對論。
隨后，激光器、二極管、三極管、集成電路、互聯網、移動通信、登月等等，這些輝煌的成就促使人類邁進了信息時代。
運動著的電子――一個小小的微觀粒子，卻促使人類文明進入了電子信息時代。
事實表明，現代信息技術的理論基礎是物理學，信息的產生、發送、接收和處理，都是由一個個物理的系統來實現，因此信息世界的物理體系歸根結底要受到物理定律的制約。
現在人們明白了，經典物理理論僅適用于宏觀低速運動的物體的場合，而對于微觀小尺度下、接近于光速運動的粒子的運動規律誤差會變得很大，必須使用相對論和量子理論來描述。
而經典物理理論僅僅是量子理論和相對論在低速宏觀范圍下的良好近似。
量子理論是二十世紀最偉大的發現之一。
量子理論的形成和發展，是整個物理學發展中最值得書寫的，也是對青年大學生最具有啟發意義的過程，在此期間包括了愛因斯坦的奇跡年(1905年)。
梳理和探究整個過程中所包含的科學思維，科學方法，科學理論，科學素養……都是值得我們去探索、去深思、去挖掘的。
一、對青年大學生物質觀和運動觀的進一步加深具有重要意義
科學技術發展到21世紀，人類對于物質世界的認識進入到了納米尺度。
材料學科的研究中出現了很多量子效應。
量子理論中的許多不同于經典力學的物理現象顛覆性地發展了經典力學的思維，拓寬了人類認識物質世界的視野，使人們對運動的本質有了更進一步的了解。
隨著人類認識的不斷深入和材料尺寸的不斷縮小，電子運動的量子效應愈加明顯。
現在人們已經明白了，電子既是一種微觀粒子，同時也是一種波，這就是所謂的波粒二象性。
與經典物理現象不同的是，微觀粒子的諸多物理量之間受到量子規律的束縛，其中之一便是著名的不確定性原理，例如時間與能量之間、動量與位置之間等。
此外，另一個有趣的現象是電子的勢壘貫穿效應，即能量小于勢壘高度的電子或者其它微觀粒子可以以一定的幾率，越過勢壘，運動到勢壘的右邊去。
盡管一個理性的人對這種解釋可能不滿意，但是我們必須明白“隧穿”僅僅是我們為了理解的方便而構造的一個東西，除非人們對量子世界的認識更進一步。
我們唯一能確定的是當滿足一定條件的時候，隧穿效應就會發生。
二、對青年大學生思維拓展與創新具有重要的啟發意義
量子理論是描述微觀粒子運動規律的理論，其概念體系與研究宏觀現象及其規律的經典物理學有很大的不同。
量子理論的出現，是人類對物質世界認識日益深化的結果，為其他自然學科的發展開辟了廣闊的前景。
從培養研究型科學人才的角度來說，量子理論是與現代科學研究聯系最緊密的課程之一。
這對當代青年大學生提出了更高、更嚴格的要求。
第一，必須尊重客觀世界的運動規律，堅持創新思維，深刻認識微觀世界的規律。
規律是物質在運動過程中表現出來的必然的、穩定的、永恒的聯系，任何事物之間都有聯系，都是矛盾的對立統一體，這就需要在實際的學習探索中抓住主要矛盾以及矛盾的主要方面。
同時，矛盾具有特殊性，內因是事物發展的根據，決定著事物發展的方向和主要性質，外因是事物發展的次要因素。
在實際的處理過程中要區別對待。
第二，注意量變到質變的積累。
量變是指事物單純數量上的增加或減少，事物保持其質的穩定性。
質變是指事物根本性質的變化，“量變→質變→新的量變”是事物發展的基本規律。
注意收集數據，逐步地總結規律。
任何重大的發現，都有一個辛苦的積累過程，面對紛繁雜蕪的實驗數據，如何去偽存真，由表及里，層層剖析?這需要尊重客觀規律，逐漸挖掘深層次的信息，切勿急于求成或者違背客觀規律。
這方面在量子理論的發展過程中體現得尤為重要。
第三，量子理論是開放的理論，對量子理論的爭論一直在繼續。
量子理論過去的成功并不意味著它是一個徹底完善的物理學理論。
自量子理論誕生以來，關于量子理論的思想基礎和基本問題的爭論，從來就沒有停止過。
人們對于量子理論本身的完備性及其一些基本觀念的理解，甚至持有截然不同的觀點。
其他的理論也是在不斷地爭論中不斷完善。
三、量子力學中的數學思想及其知識框架
量子力學中主要的數學知識，主要是Hilbert內積空間，這是學生在學完微積分初步、線性代數以及概率論后需要掌握的、在工程領域內應用最為廣泛的一門數學學科，也是對空間解析幾何的推廣和延伸。
其中包括了對前面提到的幾門學科的綜合應用，例如量子力學中的力學量，用線性算符來描述，則必須是厄米的;用海森堡的矩陣力學表示，則要求該矩陣的本征值和平均值均為實數;還有，在計算不同物理量表象的矩陣元時，要用到定積分的運算;而不同表象之間的變換，需要用到矩陣變換;此外，在講到微擾論和變分法時，還需要進一步的用到更多的數學知識。
這些數學學科分支的交叉出現，足以讓學生對該門課程的進一步學習產生畏懼心理。
如何消除和轉變學生的這種畏懼心理，這就要求教師在課堂上增強授課的趣味性。
事實上，一部量子力學的發展史，包含了太多的啟迪、方法、思維和科學研究的因素，因利勢導，重視基礎知識的講解，將所有涉及到的數學知識及其發展史，生動地傳授給學生。
筆者經過近五年的課堂教學，認為對當前的大學本科學生，倘能在授課中能做到這一點，那么，學習《量子力學》的意義就達到了。
結論：以量子理論為核心的量子物理無疑是本世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。
它不僅代表了人類對微觀世界基本認識的革命性進步，而且帶來了許多劃時代的技術創新，直接推動了社會生產力的發展，從根本上改變了人類的物質生活。
讓學生在不斷的思考和探索中，體會到學習和思考的快樂;對學生的世界觀、物質觀以及運動觀的進一步深入，具有重要的指導意義。
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