量子力學研究方向精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的量子力學研究方向主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：量子力學研究方向范文

“裘槎前瞻科研大獎2016”得獎學者簡介

歐陽灝宇博士（香港大學理學院化學系助理教授）：主要研究方向是超分子化學及分子識別，特別是理解分子是如何識別和彼此交互，利用分子間的相互作用作為復雜結構的自組裝手段，K從中創(chuàng)建不同的功能材料。歐陽博士其中一個研究方向，是在復雜的生物環(huán)境中，選擇性地識別和檢測有機小分子的新型分子識別系統(tǒng)。其中一項研究重點，是識別出兒茶酚胺（Catecholamine）等有重要作用的有機化學物。兒茶酚胺（例如多巴胺）是人類神經(jīng)系統(tǒng)中，負責神經(jīng)細胞之間的信號傳遞的化合物之一。歐陽博士的另外一個研究重點，是探索對於拓撲復雜分子，例如具有多個互鎖大環(huán)索烴的不同裝配策略。這些分子環(huán)狀結構，與分子存儲器以及微型物質穿透等分子器件和新興有機材料的研究息息相關。不同的環(huán)狀裝配策略，對新物料等的研發(fā)有著重要的示。

“裘槎前瞻科研大獎2016”得獎學者簡介

崔鶴鳴博士（香港大學工程學院計算機科學系助理教授）：研究領域包括作業(yè)系統(tǒng)、程序設計語言、分散式系統(tǒng)以及云計算等等。他此次獲獎的研究項目專注於構建一套新型的軟件系統(tǒng)，旨在大大地提升目前網(wǎng)上服務的可靠性和安全性。網(wǎng)上服務，包括社交網(wǎng)絡系統(tǒng)、電子商務平臺，以及金融交易平臺，已經(jīng)廣泛地深入人類的生活。然而，這些軟件服務都是運行於計算機之上，而計算機的軟件和硬件故障，無可避免地會傷害這些網(wǎng)上服務的可靠性，從而導致巨大損失。崔博士的研究，有望為問題提供突破性的解決方案。崔博士近期的研究成果包括成功申請數(shù)項美國專利、開源軟件項目、以及在世界頂級計算機系統(tǒng)軟件和程序設計語言的國際會議（例如SOSP， OSDI，PLDI， 以及ASPLOS）。

“裘槎優(yōu)秀科研者獎2016”得獎學者簡介

陳冠華教授（香港大學理學院化學系系主任）：主要從事理論化學和計算科學的研究，專注於研究量子力學中著名的薛丁格方程式（Schr?dinger equation）?ψ=Eψ的數(shù)值解法。他在激發(fā)態(tài)線性標度量子力學方法、開放體系的第一性原理方法、量子力學/電磁學（QM/EM）跨尺度耦合方法、神經(jīng)網(wǎng)絡方法在量子力學計算的應用等領域都做出了開創(chuàng)性的工作，極大的拓展了量子力學計算方法的應用范圍。近年來，陳冠華教授致力於發(fā)展開放體系第一性原理量子力學方法和多尺度量子力學/電磁學耦合方法，實現(xiàn)了對新興納米電子器件及新興電子材料的計算類比與探索。將該方法同工業(yè)界現(xiàn)有的簡約模型、電路模型整合，可以實現(xiàn)從原子細節(jié)出發(fā)預測電路的行為。由於這一系列原創(chuàng)性的工作，陳冠華教授2011年當選為英國皇家化學會會士，2014年當選為美國物理學會會士。陳教授是卓越學科領域《新興電子器件的理論、模型和模擬》項目協(xié)調人。

第2篇：量子力學研究方向范文

量子力學誕生于1926年，是人類對微觀世界加以認識的理論基礎之一。量子力學和相對論之間的不相容性在1935年被愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證后，約翰•貝爾于1964年提出貝爾理論，，阿斯派克等人于1982年證明了超光速響應的存在。1989年第一次演示成功量子密鑰傳輸，1997年量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫嶒烌炞C由奧地利蔡林格小組在室內首次完成，2004年，該小組又將量子態(tài)隱形傳輸距離成功提高到600米。2007年開始我國架設了長達16公里的自由空間量子信道，于2009年成功實現(xiàn)世界上量子隱形傳態(tài)的最遠距離。

二、量子通信技術的發(fā)展趨勢

量子通信技術的研究方向除了包括量子隱形傳態(tài)還包括量子安全直接通信等，突破了現(xiàn)有信息技術，引起了學術界和社會的高度重視。與傳統(tǒng)通信技術相比，量子通信除具有超強抗干擾能力外且不需對傳統(tǒng)信道進行借助；與此同時量子通信的密碼被破譯的可能性幾乎沒有，具有較強的保密性；另外，量子通信幾乎不存在線路時延，傳輸速度很快。量子通信發(fā)展僅僅經(jīng)歷了20年左右，但其發(fā)展卻十分迅猛，目前已經(jīng)被很多國家和軍方給予高度關注。

量子通信在國防和軍事上具有廣闊的應用前景，作為量子技術的最大特征，量子技術的安全性是傳統(tǒng)加密通信所無可企及的。量子通信技術的超強保密性，能夠有效保證己方軍事密件和軍事行動不被敵方破譯及偵析，在國防和軍事領域顯示出無與倫比的魅力。另一方面，在破解復雜的加密算法上，也許現(xiàn)有計算機可能需要好幾萬年的時間，在現(xiàn)實中是完全無法接受且?guī)缀鯖]有實用價值的。但量子計算機卻能在幾分鐘內將加密算法破解，如果未來這種技術被投入實用，傳統(tǒng)的數(shù)學密碼體制將處于危險之中，而量子通信技術則能能夠抵御這種破解和威脅。

在民間通信領域量子通信技術的應用前景也同樣廣闊。中國科技大學在2009年對界上首個5節(jié)點的全通型量子通信網(wǎng)絡進行組建后，使得實時語音量子保密通信被首次實現(xiàn)，城市范圍的安全量子通信網(wǎng)絡在這種“城域量子通信網(wǎng)絡”基礎上成為了現(xiàn)實。

三、總結

第3篇：量子力學研究方向范文

人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題，學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高，最終地球上所有的能最將轉換為計算的結果一造成熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運動被哲學界認為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計算機的計算能力必有上限。而以mM研究中心朗道為代表的理論科學家認為到2l世紀30年代，芯片內導線的寬度將窄到納米尺度．此時，導線內運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律一牛頓力學沿導線運行，而是按照量子力學的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導致芯片無法正常工作：同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸后，晶體管也將受到量子效應干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應。哲學家和科學家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機計算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在2l世紀前30年內終止。著名科學家，哈佛大學終身教授威爾遜指出：“科學代表著一個時代最為大膽的猜想。它純粹是人為的。但我們相信，通過追尋“夢想一發(fā)現(xiàn)一解釋一夢想”的不斷循環(huán)，我們可以開拓一個個新領域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的?！?/p>

二、各種新型計算機

硅芯片技術高速發(fā)展的同時，也意味看硅技術越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。

（1）量子計算機。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。量子計算機(quorum computer)是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。量子計算機是通過量子分裂式、量子修補式來進行一系列的大規(guī)模高精確度的運算的。其浮點運算性能是普通家用電腦的CPU所無法比擬的。量子計算機大規(guī)模運算的方式其實就類似于普通電腦的批處理程序，其運算方式簡單來說就是通過大量的量子分裂，再進行高速的量子修補，但是其精確度和速度是普通電腦望塵莫及的。

（2）光子計算機?，F(xiàn)有的計算機是由電子來傳遞和處理信息。電場在導線中傳播的速度雖然比我們看到的任何運載工具運動的速度都快。但是，從發(fā)展高速率計算機來說，采用電子做輸運信息載體還不能滿足快的要求，提高計算機運算速度也明顯表現(xiàn)出能力有限了。而光子計算機以光子作為傳遞信息的載體，光互連代替導線瓦連，以光硬件代替電子硬件，以光運算代替電運算，利用激光來傳送信號，并由光導纖維與各種光學元件等構成集成光路，從而進行數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。在光子計算機中，不同波長、頻率、偏振態(tài)及相位的光代表不同的數(shù)據(jù)，這遠勝于電子計算機中通過電子狀態(tài)變化進行的二進制運算，可以對復雜度高，計算量大的任務實現(xiàn)快速的并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數(shù)上升。

（3）分子計算機。分子計算計劃就是嘗試利用分子計算的能力進行信息的處理。分子計算機的運行靠的是分子晶體可以吸收以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。憑借著分子納米級的尺寸，分子計算機的體積將劇減。

三、探究研究策略的依據(jù)

筆者認為開展計算機發(fā)展史研究的一種思路是：本著實用主義的態(tài)度，分階段提取計算機發(fā)展過程中的關鍵問題。圍繞這些問題展開研究，尤其要著力于問題解決過程中碰到的困難，以及問題解決后發(fā)現(xiàn)的新問題。

（1）“實用主義”無褒貶之分。彌補對計算機發(fā)展的歷史認知，不宜再去重做實驗，推倒人類已有的技術規(guī)范重來：只能進一步的學習和研究，在研究和學習中發(fā)現(xiàn)問題，找出規(guī)律。同時，“實用’，也是發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢的應有之義。

（2）緊緊圍繞“問題”。在科學發(fā)展的歷史進程中，問題要比問題的解決更重要，“一個好的問題堪比一所好的大學”計算機的發(fā)展也是在不斷地提出問題、解決問題中發(fā)展進步，每一次問題的提煉和解決都促進了計算機水平得到一次升華和提高。

（3）事物的發(fā)展是動態(tài)的，已有問題的解決必然帶來新的問題新的問題是對已有問題解決方法的挑戰(zhàn)與審視，抑或是新科學新技術尋找用武之地發(fā)揮作用的要求，嘗試主動提出可預見的問題并設法解決是現(xiàn)代思維方式的一個顯著特征，愛岡斯坦曾說：提出一個問題往往比解決一個問題更重要，正是這個意思。提新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，這一切需要有創(chuàng)造性的想象力。往往是獲得認識突破的契機，這種習慣或者素養(yǎng)是極其寶貴的。

四、結束語

計算機是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一。在這個世紀之交，知識經(jīng)濟時代呼嘯而來，作為知識和信息的處理、傳輸和存儲之載體的計算機。在即將來臨的2I世紀，將會不斷地開發(fā)出新的品種。而這些新穎的計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型并行處理和智能化。為達到預想的目的各種新型材料將被運用到新型計算機的開發(fā)當中，如量子、光子分子等。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，對人類社會的發(fā)展產生深遠的影響。

參考文獻：

[1]劉科偉等．量子計算與量子計算機．計算機工程與應用，2002(38)

[2]王延?。務劰庾佑嬎銠C．現(xiàn)代物理知識，2004，(16)．

第4篇：量子力學研究方向范文

有的同學可能會問，現(xiàn)代社會的通信方式已經(jīng)如此先進了，它還有進步的空間嗎？答案當然是“有”，而且科學家們早就有了研究方向――量子通信，一種利用量子力學的全新通信手段。像美國、日本以及歐洲的一些發(fā)達國家，都已經(jīng)在量子通信方面取得了不錯的成績。

對于量子通信的研究，中國自然不甘人后。2016年8月16日，我國成功將世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星（以下簡稱“量子衛(wèi)星”）“墨子號”發(fā)射升空，這標志著中國在量子通信的道路上邁出了重要的一步。

什么叫“量子”？

物質似乎是可以被無限細分下去的：分子、原子、原子核、質子……但量子理論認為，物質和能量都存在最小的不可分割的基本單位，這個基本單位就是“量子”。舉個例子，光子就是光能量的最小單位，所以不可能存在“半個光子”。

“墨子號”織就“天地網(wǎng)”

“墨子號”量子衛(wèi)星重約640千克，運行在高度約500千米的極地軌道，設計壽命為兩年。而這顆量子衛(wèi)星之所以叫作“墨子號”，是因為墨子最早提出光線沿直線傳播，設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。以中國古代偉大科學家的名字命名量子衛(wèi)星，也將提升我們的文化自信。

根據(jù)科學研究需要，我國目前已建成一個天地一體化量子科學實驗系統(tǒng)，包括位于太空的“墨子號”量子衛(wèi)星和一個地面科學應用系統(tǒng)。

中國量子衛(wèi)星首席科學家潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信構建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的“網(wǎng)”，那么“墨子號”量子衛(wèi)星就像一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標槍”。當這張縱橫寰宇的量子通信“天地網(wǎng)”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。

量子通信的基礎――量子疊加和量子糾纏

量子疊加就是指一個量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。這是什么意思呢？就是說一個粒子的量子態(tài)是同時處于多種狀態(tài)中的，打一個不是很恰當?shù)谋确剑热缫粋€人身處量子世界，那他既是健康狀態(tài)，又是疾病狀態(tài)。不過，當你觀察到這個量子態(tài)的粒子的時候，它就會表現(xiàn)出確定的狀態(tài)。這就是量子世界的神奇之處。

而關于量子糾纏，中國科學技術大學量子實驗室的郭光燦院士曾經(jīng)用一個有趣的比方來形容這種特性。在美國的女兒生下孩子那一瞬間，遠在中國的媽媽就自動升級成外婆，即使這位媽媽自己并不知情。之所以媽媽一定會成為外婆，就是因為她和女兒之間有一種“糾纏”關系。當兩個微觀粒子處于糾纏態(tài)，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態(tài)做任何改變，另一個會立刻感受到，并做出相應改變。

量子通信其實就是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式。我們事先構建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個粒子分別放在通信雙方。當一端的人觀察到手中的粒子狀態(tài)后，立刻就能得知另一端的人手中的粒子狀態(tài)。再通過一些技術性操作，不就實現(xiàn)了某種程度上的信息傳遞了么？

APT技術功不可沒

2016年8月26日凌晨，興隆量子通信地面站成功實現(xiàn)了與“墨子號”的天地對接（天上的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息通道與地面上的通信站數(shù)據(jù)信息通道，實現(xiàn)標準規(guī)范轉換接通，投入運行），并接收到850納米的通信信號，是幾個地面量子通信站中首個完成對接測試實驗的地面站。

第5篇：量子力學研究方向范文

1、自然和自然的法則在黑夜中隱藏；上帝說，讓牛頓去吧！于是一切都被照亮。——蒲柏

2、自從牛頓奠定了理論物理學的基礎以來，物理學的公理基礎的最偉大變革，是由法拉第、麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的。——愛因斯坦

3、這是我一生中碰到的最不可思議的事情，就好像你用一顆15英寸的大炮去轟擊一張紙而你竟被反彈回的炮彈擊中一樣。很生動地描述了湯姆遜模型碰到的困難，即原子不可能是質量均勻分布大小為1埃的球。——盧瑟福

4、弦就好比是應該出現(xiàn)在二十一世紀物理學的一鴻半爪，偶然掉落在二十世紀一般。——維敦

5、物理學家總認為你需要著手的只是：給定如此這般的條件下，會冒出什麼結果？——費曼

6、物理學的任務是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。因為這樣的規(guī)律的最簡單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向。——勞厄

7、物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應致力于觀察和實驗。——普朗克

8、我可以很確定的告訴大家：沒有人真正了解量子力學。——狄拉克

9、萬有引力、電的相互作用和磁的相互作用，可以在很遠的地方明顯的表現(xiàn)出來，因此用肉眼就可以觀察到；但也許存在另一些相互作用力，他們的距離如此之小，以至無法觀察。——牛頓

10、所有的科學不是物理學，就是集郵。——拉塞福

11、實驗物理與理論物理密切相關搞實驗沒有理論不行但只停留於理論而不去實驗科學是不會前進的。——丁肇中

12、實驗可以推翻理論，而理論永遠無法推翻試驗。——丁肇中

13、判天地之美，析萬物之理。——莊子

14、科學家不是依賴于個人的思想，而是綜合了幾千人的智慧，所有的人想一個問題，并且每人做它的部分工作，添加到正建立起來的偉大知識大廈之中。——Rutherford

15、固執(zhí)于光的舊有理論的人們，最好是從它自身的原理出發(fā)，提出實驗的說明。并且，如果他的這種努力失敗的話，他應該承認這些事實。——托馬斯。楊

16、給我一個支點，可以撬起整個地球。——阿基米德

17、方程式之美，遠比符合實驗結果更重要。——狄拉克

第6篇：量子力學研究方向范文

1983年出生，2006年獲南京大學物理系學士學位，隨后進入中國科學院理論物理研究所學習。2008年赴英國留學，進入劍橋大學三一學院，在劍橋大學天文和宇宙學研究所攻讀博士學位。

如果，我們能夠找到一個可以描述宇宙起源的完整理論，它應該可以被所有的人所理解和掌握，而不僅僅是這個領域的科學家。它也意味著，人類理性獲得的巨大成功，和人類透析上帝思考的偉大智慧。

――斯蒂芬?霍金《時間簡史》

浩渺的宇宙，總是激起人們無限的遐想與追問：宇宙從何而來，宇宙如何演化，宇宙將走向何方，在宇宙中我們是否是孤獨的人類？要找出這些神秘問題的答案，只能訴諸于復雜和抽象的物理理論，以及精確的實驗技術。當我在燦爛的星空下仰望蒼穹，心中升起種種猜想和疑惑時，一條世界重大科技新聞，將我的目光和興趣聚焦到了天體物理學和宇宙學。

在南大確定研究方向

1998年，美國加州大學伯克利分校和約翰?霍普金斯大學的2個研究組，通過對超新星光度距離的研究，發(fā)現(xiàn)了宇宙暗能量的存在。通過分析，他們發(fā)現(xiàn)，距離太陽系遠處的超新星，正加速向我們離去。從1929年起，哈勃(Edwin Hubble)就告訴人們，遠處的星系正向我們退行，即宇宙在膨脹。然而由于萬有引力，物質之間會不斷地吸引，以及塌縮。因此，人們認為宇宙即使膨脹，也應該減速膨脹。然而，1998年的發(fā)現(xiàn)卻徹底改變了人們的預期：星系正在加速向我們離去，宇宙在加速膨脹!

那么，是什么神秘的物質驅動宇宙加速膨脹的呢？這便是舉世聞名的“暗能量問題”。

2002年，我進入南京大學學習。南大的學風很好，較少受到社會上浮躁之風的影響。上大學期間，物理系組織的針對本科生的報告，我基本上每一次都去。南大物理系的優(yōu)勢在于凝聚態(tài)物理和微電子物理（應用物理），所以報告基本上都是圍繞這兩方面的內容。但對于天體物理和基本粒子物理學方面的報告，卻非常少。

凝聚態(tài)物理的報告，比如納米科學、晶體生長、磁性材料等等，其實很有意思。坦率地說，我也學到了不少東西，但我總感覺這不是我想要研究的。直到2004年，一次報告將我的視野一下子打開了。這一年，美國宇航局和普林斯頓大學的WMAP衛(wèi)星實驗組，了該衛(wèi)星測量宇宙學基本常數(shù)的數(shù)據(jù)，確定了宇宙中暗能量占74%，暗物質占22%，可見物質只占4%。中國科學院理論物理研究所的李小源研究員和高能物理研究所的杜東生研究員作了一個“時間、空間、物質和能量的科學”的報告，介紹了國際上這方面的前沿進展。他們將微觀世界的基本粒子和整個宇宙的演化相聯(lián)系，解釋當今宇宙的星系、星系團結構是如何和宇宙及早期的微觀世界的動力學相聯(lián)系的。那個晚上精彩的演講，我至今記憶猶新。

我于是便認準了我感興趣的領域。南京大學離紫金山天文臺（辦公樓在南京市的北京西路，觀測站在紫金山上）不遠，陸院士領導的天體物理研究組每周都有討論，我爭取每周都前往參加討論，雖然那時候對宇宙中結構形成還不是很清楚，但對于暗物質和暗能量問題已有一定的了解。

我決定在畢業(yè)以后去中國科學院理論物理研究所（以下簡稱“理論所”）去攻讀理論天體物理學研究生。讓我感到慶幸的是兩件事：（1）我在大學第四年期間，已經(jīng)把研究生的理論物理學課程全部跟班學習了一遍，并且參加了考試，其中有一門還得了滿分。這讓我在之后的研究過程中有了一定的基礎；（2）由于當時成績還可以，我被保送進入理論所讀碩士研究生，這使得我有了大量的時間去研究和思考一些專業(yè)問題。如果沒被保送而需要參加統(tǒng)考的話，我會花費很多時間去準備“考研”。我面試的時候，理論所在全國一共招收20名學生，如果我沒記錯，我當時面試總成績是99分，排名第一。我后來見到了李淼教授（弦理論專家），我還跟他討論過一個面試時我遇到的量子力學的問題。

難忘中國科學院

我到了中科院理論所之后，并沒有直接進入暗物質和暗能量的研究，而是花了很長的一段時間，學習廣義相對論的唯一性定理的知識。后來事實證明，這部分時間花得不是很值當，因為該理論的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，沒有太多可以開拓的空間。我還在宇宙的擾動理論方面花了很多的時間，成效也不是很大。因為這些東西都已經(jīng)被人們非常好地發(fā)展起來了，可做的新東西不多。這時我開始逐漸地思考，以后的研究該怎樣定位，怎樣才能做一些有新意，比較獨特的研究。

暗能量的理論問題，人們尚未把它搞清楚，主要的原因是，人們對于真空能(Vacuum Energy)的本質還不甚了解，不知道究竟是哪一種基本的量子場，或者是由某種時空幾何決定的。這其實是當今國際理論物理學界的頭號難題。因此，在沒有基礎理論上取得根本進展的前提下，人們試圖去構造一些唯象（即現(xiàn)象學上的解釋）上的模型，去解釋宇宙的加速膨脹。當然，這些模型目前都只是唯象上的近似，并非已經(jīng)得到公認的基礎理論。但是研究它們，對于天文觀測也是一種促進，因為你知道了不同的模型會有一些不一樣的宇宙觀測的預言，可以期待著在天文的一些觀測上得到驗證或排除。

我花了一段時間研究了全息暗能量，探討了它在觀測上的一些可能的預言，以及利用當時最新的天文觀測數(shù)據(jù)（超新星、微波背景輻射等）去限制了這個模型，并且首先用統(tǒng)計學上的貝頁斯證據(jù)(Bayesian Evidence) 去計算了它與宇宙常熟模型的之差等等。后來，在美國洛杉磯2008年初舉辦的“暗物質與暗能量”會議上，我應邀報告了這方面的一些工作。

隨著研究的深入，我逐漸感覺到，要真正地探究這些宇宙中的神秘物質，找到宇宙的起源與結構形成的一些實驗上的關鍵證據(jù)，必須掌握豐富的天文觀測資料，并具備強大的數(shù)據(jù)分析方法。在這方面，國內的研究實力很有限；應該說，不僅是中國，整個亞洲在這方面的研究都非常薄弱；于是，當2008年初我拿到一筆劍橋大學的獎學金時，我決定赴劍橋大學留學。

英國的留學生活

能來劍橋大學，實屬幸運。劍橋有一個研究實力很強的天文研究所（我現(xiàn)在所在的研究所），幾乎在相關的領域，研究所都有世界著名的科學家，比如唐納德?耶丹?貝爾（Donald Lyden-Bell）（星系、黑洞、廣義相對論）、馬丁?里斯（Martin Rees）(宇宙學、星系)、安德魯?費邊（Andrew Fabian）（X射線與黑洞）、羅伯?肯尼卡特（Rob Kennicutt）(恒星形成)，以及我后來的導師喬治?艾夫斯塔修（George Efstathiou）(宇宙學)。就算是一些資歷較淺的研究員也相當知名。另外，離研究所不遠，還有另外2個研究所：霍金的“理論宇宙學中心”，以相對論和宇宙弦(Cosmic String)的研究而出名；卡文迪許實驗室(Cavendish Laboratory)的天體物理研究組，以發(fā)現(xiàn)脈沖星和開創(chuàng)射電天文學而聞名。這些單位之間經(jīng)常會有一些討論。

這幾年天體物理學的研究方向，主要是宇宙微波背景的研究(Cosmic Microwave Background)，以及星系和星系團等宇宙中大尺度結構的形成的研究。為什么人們要研究這些東西呢？主要的原因在于，人們試圖去了解宇宙中結構的形成，即我們所觀察到的星系團、星系、恒星系統(tǒng)，究竟是如何演化來的，即動力學上是如何形成的。因此，要想回答這個問題，有兩個要素是必須要了解的：星系和恒星體統(tǒng)形成的初條件是如何，以及動力學方程是怎樣的？而宇宙之所以復雜，就是在于動力學上，有一些很復雜的、尚未被科學家搞清楚的物理學過程（比如重子物質如何與暗物質發(fā)生相互作用等等），這會給研究結構形成的動力學帶來很多的不確定性。人們所采取的辦法主要有2個：一是觀測上要掌握大量的實驗資料，尤其是對不同種的星系和恒星系統(tǒng)的資料都要掌握；另外，在理論上，通過數(shù)值模擬，可以計算那些不同的微觀機制(比如上面提到的相互作用)，究竟會對最后形成的星系和恒星系統(tǒng)有多大的影響，從而通過與觀測對比，確定下來可能的機制。在攻讀博士學位階段，我的一些對星系的速度場的研究，主要遵循的是這個思路。

另外，對于結構形成初條件的觀測，也是非常的重要，因為這方面的觀測量，會直接影響到對早期宇宙初條件的限制。它所發(fā)生的物理學過程是這樣的：宇宙在極早期由于量子效應會產生一些時空上的量子漲落，而這些漲落經(jīng)過宇宙的演化會“進化”為宇宙中不同物質密度的漲落（比如光子、可見物質，以及暗物質等等）。那么通過對于這些物質漲落能譜的觀測，我們就可以推測在宇宙的極早期，究竟是哪些量子效應在起作用，從而對宇宙的起源問題給出一些有意義的啟示。這對于理論物理學家會是非常感興趣的內容，因為理論物理學面臨的最大問題，即“大統(tǒng)一”問題（Grand Unification Theory），就是要去尋找能夠統(tǒng)一電磁力、弱相互作用、強相互作用力，以及引力的基本理論，而這種理論描述能量極高的物理，而通常的地面的加速器提供不了這么高的能量。但現(xiàn)在天文學家和宇宙學家卻有可能在宇宙中，找到驗證這些理論的辦法，這當然是非常重要的研究方法。沿著這條線，我也持續(xù)在做一些研究工作。

由于衛(wèi)星、地面望遠鏡等天文觀測手段的不斷加強，有一些領域不斷地受到人們的重視，因為它們有可能在未來提供一些解答難題的關鍵性的實驗證據(jù)，比如：

1.再電離（Reionization）：宇宙中的原初星系是如何形成的。

2.引力波（Gravitational Waves）：驗證廣義相對論，尋找引力在早期宇宙的效應。

3.太陽系外行星問題（Extra-solar Planet）：太陽系外的行星，它們的環(huán)境如何，有沒有生命的存在等等。

這些問題，每一個都很宏大，都不是人們在幾年內就能夠輕易弄明白的，因為其中任何一個問題如果能夠被觀測到，都意味著天文學領域的重大突破。因此我認為，我們應該時刻思考著宏偉的物理圖像，并且時刻注意這方面的觀測和實驗上的突破與新的證據(jù)，以及理論方面的進展。

我時常在想，怎么樣才能真正地認識大自然，了解大自然。我逐漸找到了一條方法論，就是去認識大自然的結構，認識大自然的動力學過程。浩渺的星空，就給了我們無窮無盡的探索的空間，給了人們以“重新發(fā)現(xiàn)”大自然的機會。從這個意義上來說，天文學是一門有著無窮寶藏的的學科，而人類就像是在撿著貝殼的孩子，去試圖勾勒一片大海的美麗圖景。

第7篇：量子力學研究方向范文

文章編號：1674-9391（2014）03-0073-03

基金項目：西南民族大學研究生學位點建設項目（項目編號：2013XWD-S0101）。

作者簡介：李元光（1962-），男，哲學博士，西南民族大學政治學院教授，研究方向：宗教哲學。四川 成都610041

在藏傳佛教博大精深的理論體系（教）與修行體系（證）中，蘊含了豐富的哲學智慧。也正是這一豐富的哲學智慧，構成了藏傳佛教一千多來自我發(fā)展創(chuàng)新之智慧源頭；也正是這一豐富的哲學智慧，通過歷代論師的深入闡發(fā)和艱辛的創(chuàng)造而“擔負起幫助信仰者體悟人的生命真諦的責任，而且要為眾生覺悟成佛，進入涅??之境，最終脫離輪回之苦進行哲學理論論證，也就是扮演著為神學主旨服務的角色?！比欢?，如此重要和根本的藏傳佛教哲學，卻一直沒有得到系統(tǒng)梳理和體系化的呈現(xiàn)。劉俊哲先生所主持的國家社科基金課題的最終成果《藏傳佛教哲學思想研究》[1]（后簡稱“研究”）填補了這一空白。

“藏傳佛教既是追求出世又在世間，把出世和在世有機統(tǒng)一起來，所以其哲學既是世間的哲學又是出世間的哲學”。這段文字不僅道出了作者對藏傳佛教的哲學智慧的精髓的把握，也不僅揭示了宗教的本質和靈魂，而且還以最精煉的語言概括了“研究”的自身主題和宏觀思路。

宗教因為信仰而產生。信仰是對彼岸的守望，因而宗教始終是神性的，更是神秘的。然而正如費爾巴哈所指出：上帝的本質就是人的本質，神學就是人本學。揭開宗教的神秘面紗，就其本質講，真的信仰，乃是人對自我生存的誠念；宗教，不過是人性學，或者說宗教就是人學，就是人類的自我完善、自我超越的歷史學和創(chuàng)造學。因而，在人類歷史上，每一種人文宗教都既要面對存在的現(xiàn)實而耕耘現(xiàn)實，又必朝向未來而守望理想；或者，任何一種宗教都必須以完美的自我理想而引導和規(guī)范現(xiàn)實。這就是宗教的入世原則和出世精神的對立統(tǒng)一，藏傳佛教亦不例外。劉俊哲先生的《藏傳佛教哲學思想研究》，其洋洋60余萬字，其實就是圍繞藏傳佛教的入世原則和出世精神來探討藏傳佛教的豐富哲學思想智慧，并對其予以爬梳、提煉，再創(chuàng)造性地呈現(xiàn)藏傳佛教所蘊含的深刻的哲學思想體系和方法體系。這種探討和設計思路的創(chuàng)新，應該是“研究”所體現(xiàn)出來的一大特色。

湯用彤先生曾說：“佛法，亦宗教、亦哲學。宗教情緒，深存人心，往往以莫須有之史實為象征，發(fā)揮神妙之作用?！軐W精微，悟入實相，古哲慧發(fā)天真，慎思明辨，往往言約旨遠，取譬雖近，而見道深弘?！盵2]方東美也指出“亦哲學亦宗教為佛學的特質”[3]更進一步講，關于佛的學問，它的“致用”的形態(tài)是宗教，它的“致道”的內容是哲學。所以，哲學與宗教構成了佛學之表里。宗教作為佛學的致用形態(tài)，敞開為兩個層面，即在世之用和出世之用：佛學的在世之用就是為擺脫苦海、走向涅??之佛境而修行與做人；佛學的出世之用，就是對彼岸的信仰和對來世的想望。佛學的致道形態(tài)，就是哲學思想和方法，具體地講，就是形上論、知識論和實踐論?！把芯俊本褪峭高^佛學的致用形態(tài)的系統(tǒng)梳理來揭示佛學的致道內容――即構建藏傳佛學的哲學思想體系。“研究”圍繞在世和出世兩個維度的致用而展開對藏傳佛學之哲學體系的構建，亦體現(xiàn)其自身的創(chuàng)新特征。

首先，對藏傳佛教哲學體系生成的主題的把握，這個主題就是性空論：性空論就是藏傳佛教哲學的一根紅線，將其宇宙論、知識論、心性學、倫理學、人生哲學、修行論等等貫穿起來，形成一個完整的思想體系的整體：“一句話，離開了空性之智就無法真正理解和把握佛法，提升人的精神境界，脫離輪回之苦也就根本不能實現(xiàn)?！?/p>

其次，藏傳佛教哲學雖然博大精深，但“研究”以性空為主線，分別從形上學、知識論和實踐論三個方面，對藏傳佛學哲學予以多層次、多角度、多側面的探討，使一個復合性的藏傳佛學哲學體系得到首次呈現(xiàn)。

其三，揭示藏傳佛教的根本哲學性質，并且其整個研究都是印證其本有的、相對其它宗教而論卻是獨有的哲學性質：藏傳佛教就“致道”層面的哲學而言是反“神創(chuàng)論”的，帶有唯物論性質。因為藏傳佛教哲學直接繼承了印度密宗的六大緣起論，認為世界由五大物質構成，即世界上所有的有情感的生命物，都是由地、水、火、風、空五種物質實體所構成，并且藏傳佛教中的“六大”中的“識”，同樣是以其“五大”為基礎、為土壤生成出來的。

正是藏傳佛教哲學的唯物論指向，才形成了藏傳佛教哲學的合理性?！把芯俊敝赋?，藏傳佛教哲學的科學特性，主要體現(xiàn)在它的空性論與現(xiàn)代物理學的對接性上。“空性論與量子理論雖然屬于宗教與科學兩個不同的領域，但不是如同有的學者認為的那樣不可進行相互之間的對話。實際上，它們之間是能夠對話的，因為二者之間存在著對話的一定的哲學基礎：佛教空性論對于一切現(xiàn)象的獨立存在和最終實存性的否定，與量子力學引發(fā)的對主客體關系、決定論與非決定論等問題的哲學思考，存在著哲學上的相似性。因此，量子力學理論與作為佛教哲學最高成果之一的佛教空性論展開對話，存在著邏輯上的必然性。”這一觀點同美國Colgate大學物理與天文學系的曼斯菲爾德（V.Mansfield）教授“嘗試理解重要的和經(jīng)實驗證實的哲學論斷，使得關于某些量子屬性缺乏獨立存在的個別化理論獨立化，并將其與中觀的空性原理結合起來”，[4]不謀而合。

“研究”從三個方面對藏傳佛教的形上學內容予以了歸納和概括：這即是宇宙本原、生成論和本質論。

本原論即是本體論，藏傳佛學的宇宙本體論即是五大論，即地、水、火、風、空這五種物質，宇宙萬物、生命、包括人的精神（即“識”）都是以此“五大”物質形態(tài)為基礎并從此“五大”物質形態(tài)中生成出來的。但它又認為地、水、火、風、空這“五大”物質形成的最終根源卻是“因緣”：因緣構成藏傳佛學之宇宙本原論的內在根源。緣起才能緣生，“研究”指出，緣生才構成藏傳佛教哲學之宇宙世界萬物生成的的最終根據(jù)，即“只有緣生才是宇宙生成的真正根據(jù)。”。緣起緣生，緣生“五大”，五大生“識”（包括理念、理、上帝、自我、絕對精神、意志等），地、水、火、風、空、識，此六者生成宇宙萬物生命，這就是宇宙生成論?！把芯俊敝赋觯钪嫒f物生成于緣起，而內在地規(guī)定其“五大”本體的卻是性空：“性空論就是宇宙萬物的本質論?！薄！把芯俊边€指出，藏傳佛教關于宇宙的性空本質論，與希臘前期自然哲學的“始基”論、唯物主義的“唯物”論、唯心主義的“精神論”完全不同，因為這些本質論都只講的是“物質或精神就是世界的實體性本原。”而藏傳佛教的性空卻是從有無自性而言的，具體地講，佛教性空論是對獨立性、單一性和不變性的否定，“性空論尋求宇宙萬有的普遍的本質和一切事物的共同性，它既否定了世界是神秘的上帝所創(chuàng)造的創(chuàng)世說，又否定了本質是精神性的實體論的唯心論”，“宇宙間沒有一個事物不是緣起之物，而都是由眾緣和合而生，又由眾緣分散或消失而滅，即在一定條件下、一定時間內的可變的、暫時的、相對的存在，而不是永恒的、絕對的不變存在?！?/p>

哲學形上學，解決的是存在的問題。對存在的拷問乃目的于生存，因而，通過形上學而對存在論的構建，不過是謀求生存展開認知之路而奠定一個出發(fā)點，一個參照系，一個最終依據(jù)和標準、尺度。藏傳佛教哲學同樣如此，當其構建起了以緣起為最終根據(jù)、以“五大”為本體、以緣生為動力、以性空為本質規(guī)定的存在論思想，必然要指向對知識論和實踐論的構建。“研究”就是沿著這一思路，在系統(tǒng)探討藏傳佛教哲學的存在論思想的基礎上，進一步深入考察藏傳佛教哲學的知識論，提煉出藏傳佛教哲學的知識論體系。最后“研究”從人生論、生死論、倫理道德觀、修行論這四個方面予以概括，并由此總結、提煉出藏傳佛教哲學之實踐論學說體系。

第8篇：量子力學研究方向范文

關鍵詞：計算機模擬；蒙特卡洛方法；化學教學

文章編號：1005－6629(2008)03－0001－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 引言

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，極大地豐富了科學研究方法的內容。從最初亞里士多德所倡導的推理演繹的理論研究方法，到伽利略的實驗研究方法，人類對于自然的認識隨著手段的不斷完善而更加深刻。化學作為一門核心的自然科學，在過去的100多年里，創(chuàng)立了研究物質結構和形態(tài)的理論、方法和實驗手段，認識了物質的結構與性能之間的關系和規(guī)律，合成制備了數(shù)以萬計的化學物質，為人類認識物質世界和人類的文明進步做出了巨大的貢獻。

然而，20世紀以來，面對生命科學、材料科學、信息科學等其他學科迅猛發(fā)展的挑戰(zhàn)和人類對認識和改造自然提出的新要求，化學的發(fā)展趨勢逐漸變?yōu)椋河珊暧^到微觀、定性到定量、穩(wěn)定態(tài)到亞穩(wěn)態(tài)的發(fā)展；由經(jīng)驗逐漸上升到用理論來指導設計和開拓新的研究領域和思路。同時，在與其他自然科學的相互滲透過程中不斷地產生新的研究方向，并向探索生命科學和宇宙起源的方向發(fā)展。也就是說，化學正向更加復雜的方向發(fā)展：系統(tǒng)方面，呈現(xiàn)多組分、多反應和多物種的復雜性特征；結構上，主要是多層次的有序高級結構；過程上的復雜性主要體現(xiàn)在有復雜系統(tǒng)參加的化學反應中，而復雜過程是由時空、有序地受控等一系列事件構成，同時狀態(tài)變化的復雜性又是過程復雜性的表現(xiàn)。在這樣的背景下，常規(guī)的實驗手段和實驗水平已經(jīng)不能完全滿足理論研究的需要，甚至很多方面的研究很難用現(xiàn)有的手段實現(xiàn)，這就迫切需要一種新的技術來對實驗方法進行補充和深化。

計算機作為一種科學研究的重要工具，自問世以來，已經(jīng)應用在自然科學的各個領域并由此發(fā)展了許多新的理論與方法?，F(xiàn)在公認的是，計算機是理論研究的重要補充[1-4]。它可以不加近似的給出某一模型的數(shù)值結果及直觀圖像，進而可以與試驗相對照，從而對新理論的提出起到指導作用。所以，計算機模擬已經(jīng)不再僅僅是理論物理學家手中的武器，而逐漸成為實驗化學家必不可少的工具。隨著計算機模擬技術的日益發(fā)展，化學研究的手段得到更新的發(fā)展和深化，化學研究也進入了一個新的階段。

2 計算機模擬方法

傳統(tǒng)的計算機模擬采用的方法大致分為兩種類型：確定性模擬方法即在統(tǒng)計物理中稱為分子動力學模擬方法；隨機模擬方法即蒙特卡洛方法(Monte Carlo)，這兩種方法在微觀模擬領域都起到了重要的作用。在時間趨于無窮時，兩種算法是等價的。

分子動力學計算機模擬是研究復雜的凝聚態(tài)系統(tǒng)的工具。它是基于牛頓方程。在原子核和電子所構成的多體系系統(tǒng)中，其中每一個原子核都被視為在全部其它原子核和電子作用下運動，通過計算機分析系統(tǒng)中各粒子的受力情況，用經(jīng)典或量子的方法求解系統(tǒng)中各粒子在某時刻的位置和速度，以確定粒子的運動狀態(tài)，進而計算整個系統(tǒng)的結構和性質。這一技術既能得到原子模擬的運動軌跡，還能像做實驗一樣進行各種觀察。由于分子動力學模擬方法計算的體系比較大，是目前模擬研究核酸、蛋白質等生物大分子結構和性質以及配體――受體相互作用的主要方法。

自然界有的過程本身就是隨機的過程，如物理現(xiàn)象中粒子的衰變過程、粒子在介質中的輸運過程等。蒙特卡洛方法是通過不斷產生隨機數(shù)序列來模擬過程。其基本思想是按照實際問題所遵循的概率統(tǒng)計規(guī)律。

用電子計算機進行直接的抽樣試驗，然后計算其統(tǒng)計參數(shù)。該方法也通常稱為直接蒙特卡洛模擬法，它充分體現(xiàn)出無可比擬的特殊性和優(yōu)越性，也就是人們所說的“計算機實驗”。

同樣，如果我們用蒙特卡洛方法也可以人為地構造出一個合適的概率模型，依照該模型進行大量的統(tǒng)計實驗，使它的某些統(tǒng)計參量正好是待求問題的解，這也就是所謂的間接蒙特卡洛方法。

3計算機模擬技術在化學中的應用

計算機模擬技術自九十年代初以來發(fā)展迅速，其在新材料的設計開發(fā)領域已成為一種十分重要的方法和工具。它不僅能提供定性的描述，而且能模擬出分子體系的一些結構與性能的定量結果。例如，在研究沸石催化劑的吸附和擴散性質、溫度對擴散系數(shù)的影響、選擇合適的沸石結構時，計算機模擬技術就成為一種有力的工具。對尋找可以用于形態(tài)選擇性反應的可能的催化劑這方面的工作來說，利用計算機建立沸石和被吸附分子的模型，采用分子圖形法(moleculargraphics)可以很快在計算機屏幕上顯示出各種反應物或產品的分子與候選的(candidate)沸石孔的形狀與尺徑的匹配程度，用量子力學或分子動力學研究沸石內的分子擴散情況可以提供對所顯示的分子圖像的證明，從而選擇有效的催化劑。

隨著非線性科學突飛猛進地發(fā)展，蒙特卡洛方法在化學上已經(jīng)取得了可喜的進展。進入九十年代，蒙特卡洛方法在化學的各個領域都已成為研究前沿，這標志著化學一場新的革命的到來。尤其是在實驗和理論上解釋都有一定困難的高聚物微觀機理方面：如單鏈聚乙烯在特殊情況下化學鍵的參數(shù)；支鏈含量和長度在共聚烯結晶中作用；支鏈點對晶體的作用；高分子凝膠網(wǎng)的溶脹平衡等方面的研究[5]，蒙特卡洛方法顯示了其巨大的優(yōu)越性。

活性自由基聚合（CRP or LRP）是近年來高分子合成領域中研究的熱點之一。其特點是通過一個休眠/活化的平衡反應來降低體系中的自由基濃度，從而達到可控聚合的目的。而這個間歇休眠的過程是否對聚合產物的結構產生影響是需要關注的課題。傳統(tǒng)的實驗方法只能用13C-NMR來分析聚合物的序列結構，用這樣的方法得到的結果無法排除引發(fā)、副反應及實驗條件的影響。蒙特卡洛模擬很好地解決了這些問題，只要建立合適的模型，就可以用計算機模擬實際接近的反應，追蹤到整個反應的進程，從而對產物的結構有相當完整的認識。

同時，計算機模擬方法不僅局限于科研領域，在工業(yè)生產中也發(fā)揮著巨大的作用。比如對于一個反應釜，利用計算機模擬程序，根據(jù)設定的參數(shù)可以得出生產所需要的壓力，溫度等參數(shù)，省時省力，節(jié)約了資源。反之，對于相應的生產條件可以根據(jù)需要的反應參數(shù)來設計反應釜的大小、數(shù)目、參數(shù)。

4 計算機模擬在化學教學中的應用

計算機輔助教學作為一種嶄新的教學手段，在現(xiàn)代教學技術中顯示出強大的生命力。與傳統(tǒng)的教學方法相比，計算機輔助教學更加生動、直觀，無疑顯示出巨大的優(yōu)勢。例如，用三維動畫模擬分別由羧酸和醇脫羥基的兩種反應模式，引導學生觀察化學鍵的斷裂和重新組合，從而了解到底是羧酸還是醇提供羥基。而本文所討論的計算機模擬并不僅局限于模擬演示實驗，利用上述的兩種計算機模擬方法可以解決常規(guī)實驗方法較難證明的問題。通常，這種計算機模擬技術是通過建立一個理論模型，利用計算機語言編寫程序，實現(xiàn)對研究對象的模擬，通過計算，與實驗事實形成對照互補，這樣可以對理論模型給出一個直觀的印象，加強教學的效果。同時，由學生進行程序設計，可以加深對理論模型的理解。例如，用MATLAB語言設計編寫蒙特卡洛法處理化學反應動力學問題的程序，將所編的程序用于模擬鄰苯二甲酸二甲酯的堿性水解反應，用模擬結果與實驗結果及常規(guī)化學反應動力學公式的計算結果相比較。事實證明用蒙特卡洛模擬方法對于預測反應動力學具有較高的準確性[6]。 再比如，利用計算機模擬程序來研究溶劑對化學凝膠化過程的影響[7]， 建立改進的晶格鍵流模型，引進緊鄰不飽和單元相互作用參數(shù)Z來描述溶劑的品質，模擬的結果表明，溶劑品質對凝膠化時間、簇平均時間、簇尺寸分布等有明顯的影響。

在高校的課程中，已經(jīng)有了程序設計課程，這為計算機模擬技術的運用創(chuàng)造了很好的前提，同時也增強了學生學習化學和計算機的興趣，能夠培養(yǎng)出既能夠從事計算機模擬又能掌握化學原理的復合型科研人才，適應社會的需要。

參考文獻：

[1]王守緒.計算機在化學中的應用研究進展[J].化學研究與應用，2000，12(2).

[2]周明紅. 淺論計算機與化學的關系[J]，山西大學學報，2003(2).

[3]趙文元，王亦軍. 計算機在化學化工中的應用技術[M]，北京:科學出版社，2001.

[4]方亦文. 計算機在化學中的應用[M]，廣州：華南理工大學出版社，2000.

[5]呂中元等.2,4-二氟戊烷的構象與能量的理論研究[J].高等學?；瘜W學報[J]，2005，7.

第9篇：量子力學研究方向范文

[關鍵詞]光纖通信 多媒體 教學

[作者簡介]張競秋（1974— ），女，吉林長春人，長春理工大學通信工程系，講師，碩士，研究方向為光纖通信、通信網(wǎng)理論；樸燕（1964— ），女，朝鮮族，吉林吉林人，長春理工大學通信工程系，教授，博士，研究方向為數(shù)字圖像處理；王宇（1974— ），女，吉林梨樹人，長春理工大學通信工程系，副教授，博士，研究方向為數(shù)字圖像處理。（吉林 長春 130022）

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]1004—3985（2012）29—0169—02

“光纖通信”課程是電子信息類本科生的一門重要專業(yè)主干課程，在培養(yǎng)通信工程、電子科學與技術、電子信息工程等專業(yè)人才中占有重要地位。該課程結合光電子和通信技術的飛速發(fā)展，系統(tǒng)介紹了現(xiàn)代光纖通信的基本原理、基本概念、基本技術和基本分析設計方法、光纖光纜、通信光器件及光纖通信系統(tǒng)原理等，為學生學習后續(xù)的光纖通信設備、光纜線路工程、綜合布線工程、寬帶接入技術及現(xiàn)代通信技術等通信專業(yè)課程奠定基礎；同時，對培養(yǎng)學生綜合應用以前所掌握的通信系統(tǒng)基本知識、數(shù)字通信基本知識等有良好的促進作用?！肮饫w通信”課程涉及了諸如通信、材料、固體物理、量子力學、電子等眾多學科的內容，具有理論基礎深、涉及內容廣、知識更新快等特點，是一門基礎理論與工程實踐聯(lián)系十分緊密的專業(yè)課程。

一、“光纖通信”課程多媒體教學的現(xiàn)狀

1.過分強調和依賴多媒體。就“光纖通信”課程來說，其內容繁多復雜，課程內容更新較快，而同時由于教學改革的需要，課時普遍不足。在這樣的情況下，大部分教師過分追求教學進度和信息量，使得在“光纖通信”的課堂上經(jīng)常是教師滿堂灌，學生眼球跟著多媒體課件如過眼云煙地聽課，沒有足夠的理解和記憶的時間，這樣的多媒體教學顯然影響學生對知識的掌握。

2.多媒體課堂主導和主體缺失。在“光纖通信”課程多媒體教學的課堂上，教師的主要注意力多數(shù)放在了演示和解說上，學生的主要注意力多數(shù)也只能約束在被動地接受上。課堂上忽視了教學過程中教師為主導、學生為主體的教學理念。教學過程中，缺少教師和學生的交流互動，課堂氣氛單調、枯燥、乏味。這樣的課堂氛圍會使學生產生厭倦情緒，非常不利于課堂教學。

3.多媒體使用形式單一。光纖通信課程的內容涉及了許多不同類型的知識點，比如理論性較強的光傳輸?shù)幕靖拍?、定理；實踐性較強的光通信器件和設備；前沿性較強的光通信新技術等。但在多媒體教學中反映出來的一個問題是，多媒體教學沒有具有針對性地服務于這些不同類型、不同特點的知識點，而只是放電影似的把教師的教學課件在課堂上放映一遍。這樣的多媒體教學形式單一，不能很好地服務于光纖通信的課堂教學，無法達到形式與內容的完美統(tǒng)一。

4.多媒體課堂內容安排不盡合理。光纖通信課程涉及的知識面較廣，包括了很多學科的知識，如電子、通信、材料、量子力學、固體物理等。這就使得在光纖通信課程的教學過程中必須要很好地把握知識結構和脈絡、分清主次和各部分知識之間的關系。而在本課程的多媒體課堂教學中，有很多教師一味地追求內容的廣度，凡是與課程內容有牽連的內容，不論學生的接受程度如何統(tǒng)統(tǒng)納入到多媒體課件中來，這就造成了多媒體課堂喧賓奪主，重點、難點內容不突出，從而使各部分知識點很難在學生的頭腦中形成清晰的框架，嚴重影響了教學效果。

二、“光纖通信”課程多媒體教學的探索

1.適量使用多媒體。毋庸置疑，運用多媒體教學是實現(xiàn)現(xiàn)代化教學的手段之一，但它絕不是教學現(xiàn)代化的全部。多媒體教學主要有兩大優(yōu)點，其一是用多媒體教學比較直觀、生動，容易突破重點難點；其二是可以有效擴展課堂容量，提高教學效率，開闊學生視野。光纖通信課程多媒體教學中我們要了解運用多媒體教學的目的，適量地使用多媒體，使之真正成為提高教學質量、增強教學效果的輔助教學手段。在光纖通信的多媒體課堂教學中，多媒體教學目的之一在于要比較直觀地反映一些比較難于理解的基本概念、基本理論，例如對于光傳輸理論中抽象的概念就可以采用動畫演示的方法，而在重要公式的推導、重要例題的講解上則不適合采用多媒體講解。這樣在課堂上才能準確把握課堂節(jié)奏，使學生既理解了抽象的基本概念又能跟上教師的思路，掌握公式定理的來龍去脈，從而更好地掌握各個知識點。

2.適時使用多媒體。課堂教學是師生共同活動的過程。在多媒體課堂教學中，教師、學生、教材和媒體四要素必須相互聯(lián)系，相互制約，形成一個有機的整體，才能達到很好的教學效果。教師是教學過程中的組織者、指導者、幫助者和促進者，而不是知識的灌輸者；學生是知識意義的主動建構者，而不是外界刺激的被動接受者和知識的被灌輸者；教材中所提供的知識是學生主動建構的對象，而不是教師向學生灌輸?shù)膬热?。媒體是創(chuàng)設學習情境，學生主動學習、協(xié)作、探索和完成知識意義建構的認知工具，而不是教師灌輸知識的手段和方法?？梢姸嗝襟w輔助教學仍然要充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用，同時突出多媒體教學的輔助功能?！肮饫w通信”課程既有較強的理論性，又有很強的實踐應用背景，要使學生掌握必需的基礎理論，同時又具備動手能力，達到應用型人才的培養(yǎng)目標，最大限度地調動學生學習的主動性和積極性，必須采用靈活多樣和行之有效的教學方法和教學手段。在“光纖通信”課堂上教師更應注重展開互動式教學，不時地提出一些啟發(fā)性的問題，讓學生思考，進行討論，打開思維。這樣學生置身于“提出問題（帶著問題）—分析問題—實際驗證（解決問題）—再提出問題” 的循環(huán)中，把教師課堂知識的傳授過程轉化為學生不斷解決問題的過程，不僅可以使學生對相關理論有更深刻的認識，而且可以使學生在分析問題、解決問題的能力方面受到訓練、得到提高。這就要求在光纖通信的多媒體課堂教學中要適時地使用多媒體，使教與學在不斷互動的過程中完成。例如在講解光纖通信技術起源的內容時要在“光纖技術的起源—光通信的需求—為什么是光纖—有什么用—要解決什么問題”思路的帶領下逐步深入。首先通過圖片、畫面等展現(xiàn)光通信技術的起源，然后提出問題：光通信的需求是什么？為什么是光纖？通過學生和教師的互動交流，最后利用多媒體總結光纖的特點、展示光纖的作用。接下來可以繼續(xù)就“需要解決什么問題”，結合前面學生已經(jīng)掌握的知識點展開更進一步的討論，從而激發(fā)學生對后續(xù)內容學習的興趣。

3.科學使用多媒體?！肮饫w通信”課程教學內容分為光纖傳輸理論、光器件、光纖通信系統(tǒng)、光纖通信新技術四大部分。采用多媒體教學時應根據(jù)各部分知識的特點科學地選擇不同形式的多媒體，以便讓學生更容易接受并掌握知識。光纖傳輸理論這部分內容抽象、公式復雜，如光在光纖中傳輸?shù)牟▌釉?，其公式推導非常煩瑣抽象，致使學生理解起來非常困難。在教學過程中可以采用Matlab軟件將其中的數(shù)學推導及分析過程簡化，使相應分析形象具體地展現(xiàn)給學生，使學生能夠理解其中抽象的理論知識。光器件部分主要涉及光纖通信中使用的無源光器件，如光連接器、光定向耦合器、分支器光分差復用器、光濾波器、隔離器等，以及有源光器件，如激光器、光探測器、光放大器、全光波長變換器、MEMS器件、光開關、光路由器等。對光器件部分的講授應盡量采取理論聯(lián)系實際的教學方式。在專業(yè)實驗室沒有光通信相關光器件的情況下，可以通過多媒體手段向學生展示各類光器件的外觀及應用情況，以彌補學生沒有感性認識的缺憾。此外，光纖通信技術的發(fā)展可以說是伴隨著光通信器件技術水平的發(fā)展而發(fā)展的，因此在多媒體教學過程中應著重介紹這些光器件的近期研發(fā)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。光纖通信系統(tǒng)這部分內容分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，主要突出設計思想和實際應用，因此最適合采用軟件仿真的演示教學法，使學生能夠對光纖通信系統(tǒng)的實際應用更直觀地了解，提高學生的綜合應用能力。為節(jié)約課堂占用過多時間，可以采用教師課堂演示仿真過程、講授建模的基本原理和學生課下自學仿真方法的方式，通過一些簡單例子，培養(yǎng)學生對于該部分內容的學習興趣，加深學生對基本原理的掌握，提高各種通信系統(tǒng)的總體設計能力。對于光纖通信新技術這部分內容，由于光纖通信的發(fā)展日新月異，其新技術層出不窮，為有效拓展學生的知識眼界可以在多媒體教學過程中采用如下方式：（1）將搜集到的光纖通信新技術資料以PPT的形式向學生講授和展示，使學生對該部分內容有具體的了解。（2）視頻播放部分專題科教片，之后讓學生自由選題撰寫文獻綜述性論文，充分調動學生的自主學習能力。

4.合理安排多媒體。就光纖通信課程來說，由于涉及的知識面較廣、技術更新較快，要在有限的課時內既交代清楚基本理論同時又能實時地介紹新材料、新技術、新方法，就要求教師在多媒體課堂教學內容安排上精心設計、合理安排，做到結構框架清晰、教學重點突出、教學難點突破，避免過分追求信息量和新奇特，造成喧賓奪主。例如在光通信用器件課程內容上應簡潔清晰地反映各種器件的外部特性和實際應用，而避免涉及過多的器件內部原理；在光通信新技術內容上，應注重采用專題式的按照幾大發(fā)展方向提綱挈領地介紹，應避免過分追求面面俱到而沖淡了對課程整體方向的把握。

三、“光纖通信”課程多媒體教學效果的體現(xiàn)

在光纖通信課程多媒體教學方法的不斷探索和實踐過程中，通過合理、適量、適地、適當?shù)厥褂枚嗝襟w，調整多媒體授課方式方法，取得了一些顯著的教學效果：一是提高了課堂教學效率，優(yōu)化了課堂教學結構。對光纖通信課程繁多復雜的知識內容，在48學時有限的教學時間內，多媒體教學的合理應用使得課堂教學結構明顯改善、教學效率明顯提升。二是突出了課堂教學重點，突破了課堂教學難點。特別是對光纖通信課程中光傳輸理論內容中較難理解和掌握的基本概念基本理論，課堂效果很好。三是體現(xiàn)了學生的主體地位，突出了教師的主導作用。多媒體教學方法的調整，改善了以往教學中教師學生缺乏互動交流、教學氛圍沉悶、枯燥的現(xiàn)象，課堂教學異?；钴S。

總之，形式多樣的多媒體教學，以其自身具有的直觀性、交互性、動態(tài)性和多功能等優(yōu)勢，為光纖通信課堂教學提供了嶄新的教學手段，在光纖通信課程教學中起著十分重要的作用。但是任何先進的教學手段都必須通過教師才能發(fā)揮作用，多媒體教學的使用也必須建立在充分發(fā)揮教師這一“活媒體”功能的基礎之上。教師應在用好、用活軟件上多下工夫；在多方法結合、多手段應用上多做文章；在教學觀念、教學思想、教學設計上多用氣力，充分發(fā)揮和提升多媒體教學的優(yōu)勢，使光纖通信的教學效果進一步提升。

[參考文獻]

[1]時書麗，曾子銘.計算機輔助教學在光纖通信專業(yè)課程中的應用[J].遼寧大學學報（自然科學版），2006（4）.

[2]裴文彬.多媒體使電類專業(yè)課的教學如虎添翼[J].科學大眾（科學教育），2011（6）.

[3]曹雪，李新營.《光纖通信》課程教學內容與方法的改革[J].甘肅聯(lián)合大學學報（自然科學版），2010（1）.