量子力学研究范文1
关键词:课程思政;量子力学;教学改革
在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节［1］。要把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，要用好课堂教学渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。在此背景下，如何在专业课程的教学中将课程思政元素融入课堂、如何育人成为当前各个高校和教师们关注的热点［2－6］。量子力学是物理学专业的核心课程之一，它的主要内容是以微观世界粒子为研究对象，根据量子力学的五大基本假设，通过解薛定谔方程得到微观粒子的力学量本征值，进而得到微观世界粒子运动的基本规律。量子力学在物理学中占有极其重要的位置，也是从事当代科学技术研究的基础之一。量子力学可以培养学生扎实的物理基本功，为固体物理学和半导体物理学等后继课程的学习做准备。量子力学被广泛地应用到化学、电子学、计算机科学、天体物理学等其他学科。量子力学课程的学习对培养学生严谨的科学学风、科学方法及抽象逻辑思维能力、创新精神等起到十分重要的作用。因此，充分发掘和运用量子力学中蕴含的思政教育资源，强化思想理论教育和价值引领，在量子力学课程的教学中融入课程思政元素，对于塑造学生的马克思主义世界观、人生观和价值观具有重要的理论和现实意义。已有研究者通过对量子力学的知识结构的再梳理，以及对量子力学课程中所蕴含的思政元素的深入挖掘，形成思政案例，探索了量子力学课程与思政元素相融合的问题［7－9］，这些工作对量子力学课程思政教育理念的推广起到了很好的促进作用。然而，在探索和实践地方本科高校量子力学课程思政教育的过程中，量子力学课程与思政元素的有机结合仍然有很多困难和问题，需要去探索和解决。
一、课程思政教学的基本现状
(一)专业课教师思政元素的提炼能力稍显不足。按照课程思政的育人要求，专业课教师在培养人才、讲授专业知识和技能的同时，要引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观。教师是执行课程思政育人功能的第一责任人，其自身要具备一定的思政素质和修养。然而，地方普通高校尤其是应用型本科高校的多数理工科专业教师在参加工作后，很少有机会学习如何将思政元素系统地应用于专业课程教学中的方法。按照传统的课程归类和育人模式，人们通常认为思想政治教育是思政教师和学生党团组织的事情，专业课程的育人功能主要体现在专业课教师对专业知识的讲授上。这就导致很多专业课教师在课程思政是什么的问题上陷入迷茫，更不知道如何开展课程思政。另外，很多理工科专业教师毕业于非师范类高校，缺少系统的教师技能培训。如果不对这部分教师进行课程思政教学技能培训，只是机械地在专业课堂中加入思政内容，就会造成课程思政与专业课教学相脱节的问题，达不到课程思政的育人目的。
(二)专业课程教材的思政元素表现不足。当前制约地方本科高校开展课程思政教育的另一个重要问题就是专业课程的教材建设。地方本科高校由于受办学历史短、积累少、师资力量薄弱、课程建设经费投入不足等多方面因素的影响，都是直接采用省部级以上规划教材或重点大学的教材。这类专业教材的主要特点是非常重视专业知识的能力培养和训练。像量子力学这类物理学核心课程，教材强调知识体系的完整性，内容呈现专业化、数学化和系统化的特点，几乎找不到用思政元素来描述知识点的语句。这就在客观上增加了教师将思政元素融入教学的难度，同时也造成学生在学习的过程中想不到量子力学课程中还有思政元素存在。因此，地方普通本科高校要实施好专业课程的思政育人功能，就必须加大课程思政教学研究力度，积极构建适合专业人才培养需求的课程思政教材体系。
二、提升量子力学课程思政教学效能的有效路径
教育部提出课程思政教育理念后，从学校到基层教学组织单位都强调要加强课程思政教学，但是对教师如何在专业课的教学中开展课程思政教学的具体措施强调得比较少。为此本研究在开展量子力学课程思政教学过程中进行了一定的探索和实践。
(一)提升专业教师对课程思政的理解和认知。教师是进行课堂教学的第一责任人。开展课程思政教学，教师首先要主动学习和理解课程思政的思想内涵。本研究通过查阅上级和学校教育管理部门下发的课程思政文件，查阅一些课程思政探索类文献，并与河南工程学院马克思主义学院的教师进行交流，逐渐对当下党中央为什么要开展课程思政有了深刻的理解。第一，课程思政不是一门或一类特定的课程，而是一种教育教学理念、一种育人思维方式。任何一门课程都有培养专业能力及思想政治教育双重功能。在专业教学过程中，教师要有意、有机、有效地对学生进行思想政治教育，培养学生具有辩证唯物主义的世界观、人生观和价值观。第二，课程思政不同于思政课程，教师不能简单直接地把思政课的部分内容搬到专业课的教学中，也不能停留在每节课的教学内容上进行一番空洞的思想政治说教。课程思政不是要学生死记硬背、生搬硬套政治口号，而是要结合课程的知识点讲授，在探索知识产生的过程中，师生共同感受到活的价值观、方法论。例如，教师在讲授量子力学知识点、挖掘知识点产生过程的时候，让学生感受到在追求真理的道路上要实事求是，要尊重科学，尊重事物发展的规律，只有按规律办事，才能达到事半功倍的效果。第三，课程思政是党中央提出的“三全育人”工作目标的具体体现和实现这一育人目标的有效载体。课程思政要求各级各类学校通过构建全员、全过程、全课程的育人格局模式，实现专业课程与思想政治课同向同行，形成协同效应。最终目的就是要以新时代中国特色社会主义思想为指导，坚持专业知识传授和价值引领相结合，培养大学生的理想信念、家国情怀，把个人的发展和社会的责任紧密结合起来，进而实现党中央提出的“立德树人”的教育根本任务。为此，专业课教师就必须通过精心的课程思政教学设计、丰富多彩的教学形式，达到启迪学生心智、陶冶情操、让学生潜移默化地感受到专业课程中所蕴含的丰富思政元素的效果。
(二)提升专业课教师对思政元素的储备和提炼能力。课程思政是一种全新的育人理念，专业课教师由于受学校办学历史和办学层次等因素的影响，很少进行系统的思政理念学习，导致自身所储备的思政元素资源有限。因此，要想讲好课程思政，专业课教师就必须积极努力做好课程思政元素的备课工作，以免出现“巧妇难为无米之炊”的困境。挖掘课程思政元素可从三个方面入手:一是教研室组织学习。专业课教师在教授专业课的同时以教研室为单位系统学习马克思主义立场、观点和方法及相关课程的课程思政案例。二是让思政课教师下沉到学校各二级学院的教研室。由专业课教师负责课程体系构建，思政课教师负责凝练课程中的思政元素，让专业教育与思政教育相辅相成，把握正确的育人方向。三是教师自主学习。教师可以在政府网站、教育管理部门网站、学习强国平台等找到大量的思政素材，及时了解最新时事热点，提升自己的思想政治修养和理论水平。挖掘课程的思政元素之后，就要充分发挥基层教学组织———教研室的作用。首先，教研室可以开展集体备课、集体讨论研究，认真挖掘专业课程中所蕴含的丰富的思政资源。其次，教研室将这些思政资源纳入教学大纲、教学讲义和课件。最后，借助多媒体等现代教学手段和教学方式的再加工，融入专业课程的教学过程中，切实做到教学目标与教学内容的统一。这样才能让学生自然而然地从内心接受课程思政的熏陶和教育，而不至于让学生感觉课程思政和专业课教学存在“两张皮”的问题。
(三)提升专业课教师对课程思政教学体系的设计能力。教案是任课教师的具体教学实施方案。教师在授课前要通过精心的设计，将思政元素巧妙地融入量子力学课堂，潜移默化地引导学生。下面是笔者在课堂教学中采用的几个案例。案例1:在讲授量子力学的前言章节时，从创新的角度来分析量子力学的产生过程。借助量子物理发展中的10个基本问题展开讲解，让学生深刻体会量子力学的课程之美、育人之美。向学生介绍20世纪初众多年轻的物理学探索者，代表人物如普朗克、德布罗意、爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔和狄拉克等，讲述他们如何冲破固有思维，挑战已有权威，勇于突破经典物理理论权威的束缚，才使得量子力学挣脱牢笼，在实践中形成和发展起来的故事。进而介绍量子力学如何推动了20世纪科技的发展，为现代高新技术提供了重要的理论基础。最后得出结论:没有创新，就没有量子力学，也就没有当前的现代高新技术。在课堂上向学生介绍这个激动人心的过程，对于增强学生的学习兴趣、激发学生的创新意识、培养学生创造性思维有重要意义。创新是一个民族进步的灵魂，正如在报告中这样深情寄语年轻一代:“青年兴则国家兴，青年强则国家强。青年一代有理想、有本领、有担当，国家就有前途，民族就有希望。中国梦是历史的、现实的，也是未来的;是我们这一代的，更是青年一代的。中华民族伟大复兴的中国梦终将在一代代青年的接力奋斗中变为现实。”［10］案例2:在讲述物质波部分时，着重讲述量子力学创立者之一德布罗意的成长故事。德布罗意是法国理论物理学家、物质波理论的创立者、量子力学的奠基人之一。他从小就酷爱读书，中学时代就显示出文学才华，18岁开始在巴黎索邦大学学习历史，1910年获文学学士学位。1911年他听到第一届索尔维物理讨论会秘书莫里斯谈到光、辐射、量子性质等问题后，产生了对物理学的强烈兴趣，特别是他读了庞加莱的《科学的价值》等书后，转向研究理论物理学。1913年获理学学士学位。第一次世界大战期间，他在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役六年，熟悉了有关无线电波的知识。他的哥哥M．德布罗意是一位实验物理学家，从哥哥那里他了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，进一步产生了对物理学的极大兴趣。经过一番思想斗争，德布罗意放弃了已决定的研究法国历史的计划，选择了物理学的研究道路。1924年德布罗意获巴黎大学物理学博士学位，在博士论文中他首次提出了“物质波”概念。1929年德布罗意获得诺贝尔物理学奖。以他的成长经历来激发学生兴趣，能使学生感受到他们还年轻，还有时间和机会成为优秀的物理学工作者，进而树立积极向上的人生观、价值观。案例3:在讲述不确定原理时，向学生展示2018年度国际物理学领域的十项重大进展之一的“墨子号”卫星照片，简要向学生介绍“墨子号”卫星是我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子卫星的成功发射和在轨运行，有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。指出:“实践反复告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”［11］这个案例的学习可以引导学生树立学习量子力学的信心，树立国家荣誉感和自豪感。
(四)提升专业课教师引导学生参与课程思政的广度与深度。教学的最终目的是培养人。一门课程建设的成效最终要通过课程的接受者———学生的反馈来体现。开展课程思政教学改革后，对专业课程的考核就应增加课程思政方面的考核。然而，课程思政作为一种育人理念，很难通过标准化考试的方式进行考核，可行的办法就是通过平时成绩来体现。为此，在课堂教学中，笔者通过图片、音乐、电影等多媒体工具和手段增加学生的学习兴趣。笔者根据教学内容给学生布置课外调研内容，让学生撰写心得体会，开展课堂讨论等。一方面通过观察学生学习的主动性和参与性，考查学生是否具备了良好的职业素养;另一方面也考查学生是否通过课程思政的学习树立了正确的世界观、人生观和价值观。
三、结语
量子力学研究范文2
关键词：互联网；信息安全；加密算法；设计
当前，随着信息技术的不断发展，信息通信过程中的安全性和保密性越发重要，尤其是在军事和国家机密方面，实现互联网通信保密等级的提升，能够保障我国的国家机密及军事机密得到更好的保护。
1量子加密算法设计分析
目前为了保障互联网信息安全能够得到更好的优化，可以使用量子加密算法，并且以量子密码学作为相应的理论基础，对算法进行合理的设计和优化。量子力学的理论基础是通过作出不同的假设，然后使用逻辑推理的方法对假设进行推理和演算，确保其能够验证出假设是否具备准确性[1]。第1个量子力学的假设是，物理状态为空间中的一个态势量，并且对质量进行完全描述，因为在量子力学中根据概率进行诠释和粒子相伴的波函数平方具有一定的概率密度意义，而波函数因为自身不表示任何概率及物理量，所以，其主要表示概率的幅值在量子力学中使用概率幅值。其根本区别是能够优于任何一种经典的传统设计方法，波函数的物理意义是能够准确描述出系统测量的结果概率性的分布情况，同时还可以记录出系统在制备过程中的不同信息，根据不同的态对物理性质做出相应的响应。第2个量子力学的假设是在经典的力学中每一个力学值都可以去写相应的算符的本征值，在描述了一个系统的态势量以后，将本征值和该粒子的力学量进行测量，保证其数值能够相等。第3个量子力学的假设是通过演化和推算，根据时间的顺序利用方程对系统的算符进行演算。第4个量子力学的假设是因为测量力学量F的可能值谱就是算符F的本征值谱，所以可以将系统统一的规划为一个态势量，并且将其所描述的状态利用力学之和算符本征值进行描述，然后通过展开系数进行相应的计算。在使用量子加密算法设计之前，要明确量子态的基本性质，其基本性质体现在以下几点，首先是具有量子态的叠加原理，如果将量子系统中可能出现的态进行叠加，则会形成整个系统的叠加态。在经典的物理学中叠加态主要是指振幅进行叠加，并且其可以呈现出线性的叠加趋势，然后是量子相干性，在任何一个微观世界中，相关性都是量子态的基本属性，量子的相干性能够保证在叠加的过程中可以互相干涉，进而使量子比特，能够携带更多的量子信息。其次是量子态还具有不可克隆的特性，利用量子加密算法在进行加密设计的过程中，通过量子的不可克隆定理，能够保证量子所携带的信息更加具备保密性和安全性，从而避免其他黑客对所携带的信息进行篡改[2]。然后针对以上分析对量子加密算法进行相应的设计，首先要明确量子密钥的分发协议，主要使用了BB84协议，这种协议是现阶段利用量子密码学提出的第1个分发协议，也是现阶段使用最多的协议之一，其主要包含的编码机分别是z基和x基。通过光子的4种不同偏振态，对程序进行相应的编码，其中，z基的偏振态为|00》与|900》，x线的偏振态为|450》与|1350》，然后将在z上的偏振光子与x线上的偏振光子在不同的状态上进行正交，可以明确两个不同线上的偏振光子状态互不相交，其编码的规则如下所示：BB84协议主要有两个通信信道，第1个通信信道为经典信道，利用这个信道接收信息和发送信息的双方能够将一些必要的信息进行交换，然后是量子信道，在传输过程中主要依据量子态进行随机性的信息传输，，并且量子信道的传输具有一定的随机性。其协议的实现流程如下所示，第1步是利用Alice制备长度为（4+δ）n的随机密钥串，然后同样使用Alice，制备长度为（4+δ）n的随机输出串b，然后对比特串的比特进行分析，如果其数值为0，则使用z基编码对密钥串a进行编码，而如果比特币的比特率为1，则应该使用Alice，x基编码对密钥串a进行编码。在编码完成以后需要通过Alice，将量子态发送给Bob，这时Bob则能随机的选择z基和x基，对测量出的比特串进行发送，利用经典信道能够将随机数串b的信息传输给Bob。通过对Bob和Alice的编码及测量机进行相应的对比，并且将其比特值记录下来，如果其编码器和测量的数值不相同则丢弃掉，而如果其数值相同并且都大于2n，则应该将数值进行记录并且传输，如果其长度小于2n，仍然要重新开始以上传输流程，直到其长度大于2n则结束整个协议的实现流程[3]。在正常环境下，BB84协议具有良好的运输效果，但是在噪声环境下，可能会对BB84分配协议产生一定的影响，由于Alice和Bob在错误区分的过程中，导致窃听错误，主要因为噪声，所以在通信的第2个阶段中可能会出现信息的传输错误，目前带有噪声的BB84协议主要由无噪声协议和4个阶段组成，并且其在公共的信道上进行传输。在进行信息传输任务时，a和b主要是从原始的密钥中将错误的位进行剔除，然后保证公共密钥中的数码串能够保持无误，第一步是需要通过Alice，通过公共频道与Bob进行公开性的讨论，然后对奇偶进行校验，如果位的奇偶性出现了错误则应该再一次进行比较，如果仍然出现错误，则将最后一位进行丢弃，然后是可以使用二分法的方式来进行错误的寻找，即将错误的字块分为两个部分，如果两个字块的奇偶性校验一直出现错误，则将不一致的字块进行丢弃，然后删除掉错误的位。因为使用奇偶校验的方法只能够发现奇数位上出现的错误，所以在后期信息传输的过程中，偶数位上也可能会存在小部分错误，所以还需要反复执行上一操作流程，保证重新排列后的原始密钥能够具有更高的准确性和安全性。通过以上协议的分析和现实系统的应用，即使没有窃听者，其通信的过程，也可能会存在一定的差错，所以为了保证密钥能够具有绝对安全的性质，还应该在合法通信的前提下将所有的差错进行检测，并且估算出Lve中的最大信息量以及泄漏的信息量。
2超混沌加密算法设计分析与优化
当前超混沌加密算法也是现阶段改善计算机信息传输过程中安全性的主要算法之一，在超混沌算法之前，常见的混沌系统为三维现象，其最为明显的特征是主要包含了李雅普诺夫指数，因为其运行的轨迹较为固定，而且不具有相应的稳定性，所以，超混沌系统和一般混沌系统的区别是能够在一定程度上改善相应的运动轨迹，并且保证运动轨迹不会局限在同一个方向上，但是因为这些应用优势也决定了，超混沌的系统在实际设计过程中空间更为复杂，所以使用超混沌加密算法保证系统不会轻易被入侵者和黑客进行破译和篡改[4]。目前主要是用了Rossler系统和Lorenz系统对超混沌加密算法进行相应的设计及计算，公式如下所示。加密端的方程为：解密端的方程为：如果保证两个方程的参数及初始状态值都能够相同，则在信息传输的过程中不会出现较大的失误，因此密文则会准确地转变为明文。在进行实践的过程中，首先要在计算机页面上打开加密设置，然后将所有的数据设置为标准的加密强度。在加密、解密的过程中，同时还要选择加密和解密功能，并且对加密级别的参数进行设置，在口令输入完成以后，点击开始处理进行加密操作。目前为了保证信息能够具有更高的安全性和隐秘性，主要对音频和视频文件进行加密处理，在加密处理后无法观看或者听到原始的文件信息，并且文件信息主要有噪音或者乱码取代，只有通过解密完成以后，才可以获取原始的准确信息，因此对一些相对较为重要的视频文件或者音频文件进行保密时，利用超混沌加密算法具有重要的意义。
3结语
由于很多互联网黑客在使用窃听技术、篡改技术和伪造技术等对国家机密信息进行攻击的过程中，使我国的保密机制受到了严重的损害。通过设计合理的加密算法，改变传统加密算法的局限性，能够使互联网的信息安全得到优化，从而不仅为我国国家机密信息的保护奠定良好的基础，还能够保障国民在使用互联网时，其隐私权可以得到更好的保护。
参考文献：
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[3]雷国雨，姜颖.典型加密算法分析与信息安全加密体系设计[J].西南科技大学学报，2005（04）：26-28.
量子力学研究范文3
量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰•贝尔于1964年提出贝尔理论，，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989年第一次演示成功量子密钥传输，1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利蔡林格小组在室内首次完成，2004年，该小组又将量子态隐形传输距离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16公里的自由空间量子信道，于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。
二、量子通信技术的发展趋势
量子通信技术的研究方向除了包括量子隐形传态还包括量子安全直接通信等，突破了现有信息技术，引起了学术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比，量子通信除具有超强抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助；与此同时量子通信的密码被破译的可能性几乎没有，具有较强的保密性；另外，量子通信几乎不存在线路时延，传输速度很快。量子通信发展仅仅经历了20年左右，但其发展却十分迅猛，目前已经被很多国家和军方给予高度关注。
量子通信在国防和军事上具有广阔的应用前景，作为量子技术的最大特征，量子技术的安全性是传统加密通信所无可企及的。量子通信技术的超强保密性，能够有效保证己方军事密件和军事行动不被敌方破译及侦析，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法上，也许现有计算机可能需要好几万年的时间，在现实中是完全无法接受且几乎没有实用价值的。但量子计算机却能在几分钟内将加密算法破解，如果未来这种技术被投入实用，传统的数学密码体制将处于危险之中，而量子通信技术则能能够抵御这种破解和威胁。
在民间通信领域量子通信技术的应用前景也同样广阔。中国科技大学在2009年对界上首个5节点的全通型量子通信网络进行组建后，使得实时语音量子保密通信被首次实现，城市范围的安全量子通信网络在这种“城域量子通信网络”基础上成为了现实。
三、总结
量子力学研究范文4
关键词：课程思政；固体物理；教学模式；课程评价方式；改革
要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。[1]”中共教育部党组在2017年印发的《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》中提出了课程育人质量提升体系。大力推动以“课程思政”为目标的课堂教学改革，优化课程设置，修订专业教材，完善教学设计，加强教学管理，梳理各门专业课程所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，融入课堂教学各环节，实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一[2]。北方民族大学是国家民委直属的一所建立在民族自治区省会城市的综合性民族类普通高等院校，多数学生来自我国少数民族和边疆地区，经济落后，人才紧缺，对北方民族大学这样的高等院校而言，为少数民族和边疆地区培养高素质创新型人才，并对这部分学生适时进行课程思政，加强爱国主义教育，将学生培养成具有家国情怀、专业素质过硬的经济和社会主义建设者就显得尤为重要。固体物理作为材料类专业学生的一门专业核心课程，起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用[3-4]。学习固体物理往往需要前期系统学习高等数学、热力学与统计物理、量子力学和电动力学。根据北方民族大学19版培养方案的要求，材料类专业的学生往往只学习一年的高等数学和普通物理，热力学统计物理和电动力学在普通物理只讲了很少的一部分，量子力学根本没有接触。加之民族院校学生大多数来自少数民族和边疆地区，学生基础差，学习固体物理课程时感觉很困难，尤其是遇到理论推导时，学生难以理解，从而造成部分学生产生厌学情绪。为了改变北方民族大学材料类各专业固体物理教学过程中教师难教、学生畏学的现状，必须对固体物理的教学模式进行改革，采取一系列措施提高学生的参与度，提高课堂效率。结合多年固体物理教学经验，将从教学大纲修订、调整教学内容、改变教学模式和课程评价方式等方面进行思考和探索；结合固体物理课程的学科背景和特点，在教学中适时切入思政素材，将爱国主义、民族责任感和家国情怀融入到固体物理教学中，激发学习兴趣，培养正确的世界观、人生观和价值观，达到思政育人的目的。下面就课程思政视阈下民族院校固体物理教学模式改革谈几点看法。
一、制定科学的固体物理课程思政的教学大纲
根据课程思政育人目标、北方民族大学学情、课程特征和时展的要求，适当删减和调整部分重点难点内容和讲授次序，并在固体物理讲授中融入思政素材，把社会主义核心价值观和大国工匠精神等爱国主义教育融入到教学大纲，重新修订教学大纲，依据教学大纲确定教学目标。彰显教师要树立“课程思政”育人的主体意识，从根本上保证思政元素进入课堂。
二、教学内容和教学模式改革
目前多数高校使用的固体物理教材，内容基本包括晶体的结构、晶体的结合、晶格振动与晶体的热学性质、晶体中的衍射、金属电子轮和周期场中的电子态等内容。作为一个学期的专业核心课程，大部分的高校计划64学时，而北方民族大学材料类专业的学时数只有48学时，只能讲授固体物理基础的部分内容。加之缺少热力学统计物理与量子力学方面的知识，全面讲授固体物理有很大的困难。为了解决这个矛盾，将对授课内容做以下调整。（1）有选择性地讲授。对固体物理各章节讲授要有主次之分，重点内容精讲，在其他课程中涉及的内容可以略讲或不讲[5]。例如，固体物理中关于什么是晶体、晶体结构和晶体结合等内容学生已经在材料科学基础里学过了，所以在讲授这部分内容时只选择性地讲解重点和难点，对基本概念和术语一带而过[5]。（2）重思想轻推导。对于有些章节的难点，不追求烦琐的数学推导，更多地突出物理思想的表达[5]；比如应用量子力学的微扰理论求解准自由电子模型和紧束缚模型时，力求讲清量子力学的处理思路，对于求解复杂的薛定谔方程的过程可以一带而过，不要陷入复杂的公式推导和繁杂的方程求解过程中。对于某一个具体理论要重点讲述其建立过程与物理模型。物理模型尽量简单，深入浅出，让学生学会用固体物理学的方法思考和处理问题。（3）适时增加固体物理学科前沿内容的讲授，合理补充与固体物理学科联系紧密的半导体物理学科最新的学术成果与进展[5]。引导学生积极参与老师的科研实验，鼓励学生多听学校邀请的国内专家的学术报告，了解最新的学术动态，培养对科学研究的兴趣，为学生继续深造和从事科研工作奠定基础。
三、找准思政教育在固体物理课堂的切入点，让爱国主义家国情怀进入课堂
课程思政并非“思政课”，在讲授固体物理时千万不可牵强地大讲思政。只讲大道理和强拉硬拽式的课程思政就全方位育人而言效果甚微，把握不好反而会使学生对固体物理课程失去兴趣甚至产生反感，要深刻领会隐性教育的理念和原则，在不经意中达到“润物细无声”的育人目标。经过广泛搜集和慎重考虑，选取和固体物理高度关联的思政素材，适时切入课堂，以期达到课程思政全方位育人的目的，学生在学习固体物理知识的同时形成正确的世界观、人生观和价值观，成为德才兼备，具有家国情怀的优秀人才。（1）固体物理的学科背景是建立在量子力学之上的一门学科[4]，以此为切入点，讲述量子力学的发展简史。量子力学是在世人的反对和质疑声中诞生和逐步发展起来的，是一部曲折且充满传奇色彩的发展史，在此过程中，尤以普朗克、爱因斯坦和波尔等伟大科学家的付出和努力最大。早在1894年普朗克受其导师———基尔霍夫的重托，开始研究长期困扰经典物理理论的黑体辐射问题，大约花了6年的时间，提出叫作“基础无序原理”的解决方法，在此基础上最终成功地推衍出著名的普朗克黑体辐射定律，并于1900年在德国物理学会上首次公布。之后不久，由于普朗克提出的量子思想和经典物理理论格格不入，遭到当时几乎所有科学家的反对，这其中也包括其导师———基尔霍夫，于是普朗克在一片质疑和反对声中抛弃了量子思想，“量子”便成为一个弃婴，流浪在荒野之中。流浪了5年之久，时间来到了1905年，偶遇了当时还比较落魄的爱因斯坦，据说爱因斯坦在大学期间一直思考那个追光实验，没有引起老师们的注意，毕业时没有老师愿意推荐其到大学和研究所工作，使得他毕业后很长一段时间没有工作。经过多番努力，最后在瑞士的一个专利局谋到了一名小职员的职位，专门为科技工作者整理专利资料，工作之余继续思考他的追光实验，当时困扰经典物理学的又一问题———光电效应长期得不到理论解释，这一问题引起了爱因斯坦的注意，其经常深夜把自己关在一个小房间，潜心研究光电效应问题，不经意间读到了普朗克在6年前发表的论文，其中的量子思想引起了爱因斯坦的注意，把当年被普朗克抛弃的量子思想应用到光电效应实验中，提出了著名的光量子假设，成功解释了光电效应。但是量子思想还是得不到物理学界的承认，因为一份不连续的思想和经典物理连续的思想始终格格不入，于是“量子”在被爱因斯坦领养之后不久又被抛弃了，继续过着流浪的生活。“量子”又流浪了7年之久，时间来到了1913年，丹麦物理学家玻尔为了解释导师卢瑟福提出的原子核式结构模型中电子绕原子核运动问题，当时的经典电磁理论解释不了核外电子的运动问题，波尔苦思冥想，突然间想起了曾经被普朗克和爱因斯坦两度抛弃荒野的“量子”，应用量子思想提出了有名的核外电子运动的定态假设，成功解释了原子核外电子运动问题，从此打开了人们通向微观世界的大门，揭开了微观世界神秘的面纱。自此，流浪的“量子”终于得到世人的承认，此后得到薛定谔和海森堡等科学家的发展，最终发展为一门学科，名曰量子力学。从量子力学曲折且充满传奇色彩的发展史来看，三位科学家在寻求科学真理的道路上经受了全世界的质疑和反对，义无反顾地提出和应用量子思想，成功地解决了长期困扰经典物理理论的世界性难题：黑体辐射、光电效应和原子的核式结构。这就是宝贵的科学精神，在追求真理的道路上敢于质疑和挑战，实现了自己的人生价值，由此启发学生要树立实事求是、崇尚科学和追求真理的世界观、价值观和人生观。（2）固体物理中能带理论是半导体物理与器件的主要理论基础，在讲完这部分内容时，适时切入思政素材，讲述自新中国成立以来，居民家用电器从无到有，产品不断升级、更新换代的发展历程，戏说我国在这一领域取得的伟大成果，让同学们了解我国半导体行业的发展概况。在新中国成立之际，中华大地千疮百孔，满目疮痍，百废待兴；人民生活条件极其艰苦，在党和国家的坚强和正确领导下，全国人民奋勇前行，不向困难低头，加班加点，积极投入到劳动和工作中来，艰苦的生活条件较新中国成立之前有很大改善，但是全国人民的生活水平依然很低，仅仅在吃穿上有所改善，直到20世纪70—80年代，条件好的百姓家里有了唯一的家用电器———手电筒，收音机只有条件更好的家庭才能买得起，甚至有的一个村才有一台收音机或者广播，这是唯一和外界联系的设备；那时很多人都没有见过固定电话，打电话更是一种奢望，只能在电影的场景里看到，遇到急事迫不得已只能去邮局发电报。现如今，我国在经济和科技等方面取得了巨大的发展，基于“互联网+”的生活方式彻底改变了传统的生活方式，“一机在手，出门无忧”已成为现代社会生活的主旋律；网上购物、购票、排队，线上就医挂号，线上教学，线上点餐等，将20世纪80年代中国农村和城市的生活方式和条件与现在相比较，让同学们在惊讶和不可思议中感受中国改革开放40多年以来在经济建设和科技等方面所取得的巨大成就，中国在微电子领域发展得太快太好，尤其在通信领域，引领全世界5G网络的构建和发展，触动了以美国为代表的西方国家的利益，由于我国的设备用的芯片还要国外公司代工，美国抓住这一弱点实施制裁；结合美国断供我国华为、中兴事件，适时讲解中国航空航天和量子科技领域的发展历程。想当初我国开始涉足航天领域时是零基础，去和别人谈合作的条件都没有，怎么办？只能自己干，没人愿意帮助，必须从零开始，经过我国几代航天人的努力付出，中国航天人努力实现载人航天和登月两大历史性任务，2003年中国神舟五号飞船搭载一名航天员绕地在轨运行14圈，历时21小时23分；表明中国掌握载人航天技术，成为中国航天事业在21世纪的一座新的里程碑。此后神舟六号的多人多天的绕地飞行；神州七号飞船满载3名宇航员在轨飞行，实现了宇航员在轨出舱任务；神州八号飞船组合体在轨飞行，实现了和天宫一号的刚性连接；神舟九号首次完成与天宫一号载人交会对接任务；神舟十号实现了与天宫一号目标飞行器实现手控交会对接；神舟十一号载人飞船是中国第六次载人飞行任务，也是创造中国载人航天在轨飞行时间的新纪录的重要里程碑[6]；神舟十二号载人飞船是空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务，也是空间站阶段首次载人飞行任务。目前各项任务都已圆满完成，可喜可贺。同时，我国也发起了对月球的探测，实施绕、落、回三步走战略，嫦娥一号和嫦娥二号实现了奔月，嫦娥三号和嫦娥四号分别携带月球巡视器玉兔号和玉兔二号实现了登月，并打卡互拍；有了“四位姐姐”前期的奔月和登月准备，嫦娥五号携带着陆器和上升器组合体与轨道器和返回器组合体，闯过月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接和再入返回等多个难关后，历经重重考验携带月球样品，成功返回地面。通过一件件科技强国案例，进一步增强学生的爱国热情和民族责任感和自尊心，激发学生的学习兴趣和动力，鼓励同学们要以我国航天人为榜样，刻苦、努力学习，将来学有所成之时敢于攻克科技难关，为科技强国战略贡献自己的力量，从而增强学生的民族责任感、自豪感和爱国热情；待学生毕业之时，鼓励并引导同学们积极响应党和国家的就业政策，回到基层，回到少数民族和边疆地区，到祖国最需要的地方去，以过硬的技能和满腔热情投身到国家的各项建设中去。在我国现阶段的发展中以身作则，敢于冲锋陷阵，贡献自己的智慧。
四、课程思政视域下的评价方式改革
基于我国基本国情的考虑，少数民族和边疆地区教育落后，学生基础知识差既成事实，学习专业课有很大困难，部分学生即使在课中和课后很认真地学习固体物理，在期末考试中仍不及格，导致这部分学生失去学习信心，认为即使努力学习，期末考试仍不及格，这门课仍不过关，各级学生口口相传，从而导致低年级学生惧怕学习固体物理，从一开始就放弃学习固体物理[7]。造成多数学生不来上课的现状，即使来上课了，也会形成要么睡觉，要么玩手机等非常消极的课堂氛围。据此，为了改变如此沮丧、被动的课堂氛围，必须进行课程评价改革，着重加强教学过程性评价的比重。加大课堂评价和学习过程评价在总评中的比重，达到50%，旨在改善课堂学习氛围和课后学习的积极性，不管学生基础如何，有多大能力，就做多大的事，先鼓励学生全身心投入到课堂教学中来，只要学生在课堂中用心积极思考，就有收获，就有可能提高学习效果。具体来讲就是加强学生出勤、课堂讨论和课后学习成果（作业）的评价比重：比重依次为20%、60%和20%，三项总分按100分计。只要学生来上课，就能获得出勤评价成绩；课前预习、查阅相关文献资料，积极主动参与课堂讨论，并根据所学内容回答老师随时随机所提问题，根据学生讨论和回答问题情况现场打分，学生在课上每一分钟的表现都能为自己挣得高的课堂评价成绩；认真做作业并书写整齐，就能获得很高的作业评价成绩。因此，学生课前查阅、整理的每一份资料，认真上的每一堂课；在课上的每一次讨论和认真做的每一次作业都关系到平时成绩的高低。从而营造了一种不旷课、不迟到、不睡觉和不玩手机的良好课堂氛围，由改革之前的绝望和沮丧转变为满满的参与感和存在感，学生通过积极参与课堂学习活动看到了希望，有了努力的方向，自实行评价改革以来，同学们学习积极性非常高，通过课前、课中和课后参与的每一项学习活动都可争取到过程性评价的平时成绩（这就好比80年代农村生产队包产到户的情形一样，不管是大人小孩，也不论劳动能力大小，只要干自己力所能及的活，都会得到相应的公分报酬，从而使得农村人民参与劳动的积极性飞涨）；不管学生基础如何，只要以积极的态度投入到学习中来，积极参与老师引导的每一项学习活动中来，每天都会有进步、有收获，有收获就会有成就感，有成就感就会让人心情愉悦、舒畅，这样一来，学生的自信心也就上来了，学生爱学习了，爱课堂了，如果大学生四年里的每一天都如这般投入、充实和心情愉悦，学习成绩会差吗?会抑郁吗？心理会出问题吗？回答是：肯定不会！当然，在实施学习过程性评价和期末考试各占50%的评价方案过程中，老师要做到非常了解自己的学生，而且课前要有方案，对每个学生保证公平，给出的每一项学习过程性评价的成绩要公示，在学生中间不能产生异议，随时随机就讲解的内容提问学生，对提问的时机和对象要做到有的放矢，目的是要营造一种学生认真听讲，勤于思考，时刻准备回答问题的课堂学习氛围，当然在提问的过程中可以视学生学习情况而灵活设置，对学习好的同学可以一步步提高问题的难度，对于学习基础差的学生可以先设置难度低的问题，然后再视回答问题的情况逐步提高难度，不管是学习基础好的学生还是基础差的学生，设置问题时首先要做到一上来就能回答70%~80%，给学生以信心，不能设置学生一点都答不上来的问题，容易冷场，接着视学生掌握情况逐步提高问题难度，学生必须经过思考才能回答，营造一种既富有挑战性，又能全神贯注的投入课堂提问交流的氛围[8]。
五、结束语
量子力学研究范文5
关键词：量子技术；量子通信技术；存在问题；技术优势；发展前景
量子通信技术相比于传统的通信技术而言，其信息传输速率更快，保密性更强，是当前世界各国在通信技术研究领域的重要内容。量子通信技术基于量子力学原理，将微观世界的物质特征应用在通信领域中，在保持较高信息传输速率的同时，在通信加密方面具有较大优势，逐渐成为当前通信技术领域研究的热门话题。量子通信技术研究对于提高通信质量有着重要的意义，且当前量子通信技术研究正处于关键阶段，所以必须准确掌握量子通信技术中存在的问题，对问题进行优化创新，才能够全面提高我国量子通信技术水平。
1 量子通信技术内涵分析
1.1 量子通信技术基本概念
量子通信是采用量子相干叠加、量子纠缠效应完成信息传输的一种通信技术，主要包括量子理论和信息理论。从物理学层面出发，量子通信技术是物理极限下采用量子效应实现高性能通信的一种技术，具有物理原理的信息绝对安全性，能够有效解决传统通信技术中无法解决的多项问题[1]。从信息学层面出发，量子通信技术采用量子的不可复制特性和隐性传输特性，通过量子测量方式完成信息传输。量子通信技术中传输信息不是经典信息，而是量子所携带的量子信息，与传统通信技术相比具有多项优势，标志着未来通信技术全新发展方向。
1.2 量子通信技术发展
量子通信技术研究开始于 1980 年之前，1970 年美国哥伦比亚大学著名学者 Wiesner 提出利用量子力学理论提高信息传输安全性的设想；在 1979 年，美国 IBM 企业多位学者联合提出将量子力学理论应用在通信技术领域的设想；1981 年 Feynman 提出采用传输量子信息的设想，标志量子信息理论研究开始。随后，世界多位著名学者和专家开展关于量子通信技术的研究，相继提出量子纠缠、密钥分发等概念，是量子通信理论正式诞生的标志。在 1990 年前后，通过自由空间信道完成第一次演示性量子通信试验，量子通信信息传输距离为32m。1993 年，Bennett 正式提出量子通信概念，同年多位科学家采用经典信号通道与量子纠缠的方法，设计量子隐性信息传输方案；2012 年，中国科学家实现百公里级量子隐性传输，为星地间量子通信技术研究打下基础。
1.3 量子通信技术体系架构
量子通信技术体系架构主要包括量子态发生器、量子通道以及量子测量等设备，量子通信技术的信息传输基本流程为：量子信源→量子编码→量子调制→本地测量/量子传输信道（量子噪声）→辅助信道→本地测量→量子解调→量子解码→量子信宿。在量子通信技术的基本架构以及通信系统中，量子信源为量子信息产生器，表现形式为量子态；量子信宿的主要功能是接收量子信息；量子编码的主要功能是将量子信息转换为量子比特；量子解码的主要功能是将量子信息比特转化为信息。量子信道分为辅助信道与子传输信道两个不同部分，传输信道主要采用量子信息传递，辅助信道是除了量子传输信道与测量信道之外的附加信道，比如经典信道；量子噪声是指外界环节对于量子信号所产生的影响。当前，在量子通信技术系统应用过程中，主要采用量子信道结合辅助经典信道的新式，能够实现非理想的量子密钥分发或者是量子密码通信，在经典信道的作用帮助下，通信双方能够通过量子信道完成量子信息交换，同时能够获取量子密钥，既能够保证量子信息传输速率，同时能够保证量子信息传输安全性[2]。
1.4 量子通信技术的优势分析
量子通信技术与传统的通信技术相比较而言，具有以下几项优势： （1）信息传输效率高。量子通信技术的线路时延性在理论状态下可以无限接近于零。量子信道的信息传输效率相比于经典信道能够超出几十倍以上，同时量子通信技术在信息传递过程中不会受到其他障碍影响，综合信息传输速率较快。 （2）抗干扰能力较强。量子通信在信息传输的过程中不会经过传统信道，且信息传输与信息双方的传播介质无关，不会受到空间环境的影响，综合抗干扰能力较强。 （3）安全性较好。因为量子具有不可复制性，所以量子信息产生后就不会发生改变，在量子信息传输过程中，如果被他人窃取，信息接收方则会直接发现。 （4）隐蔽性较好。量子通信技术不会产生电磁辐射，所以除信息接收方之外其他方面无法对信息进行监测，具有良好的隐蔽性。 （5）噪声较低。在相同的信息传输条件下，量子通信技术所产生的噪声比传统信息传输低 35d B 左右，所以噪声量较低。
2 量子通信技术发展中存在的主要问题分析
根据当前世界各国对量子通信技术的研究情况来看，虽然量子通信技术研究逐渐取得突破，但是依然存在着一些不可忽视的问题，主要体现在以下几个方面。
2.1 单光子分离攻击问题
光的最小单位为光子，但光子具有不可分离特性，当前所采用的传统通信技术中应用弱相干光源技术，包含多种光子。量子通信技术系统的主要功能为量子密码通道、量子远程传输以及量子密码编辑等。对于单光子源技术，是不可以分离的，虽然通道消耗较大，但是能够保证信息传输安全性，但是对于弱相干光源而言，具有一定的安全隐患，如果保护不当可能会出现信息泄露的问题，主要是因为可以通过光子分离攻击虚假的量子通信信道，从而获取量子信息和密钥，在该过程中信息则会被第三方获取，是当前量子通信技术领域尚未完全解决的问题。该问题与上文所述并不冲突，因为量子通信技术在理想状态下，信息传递过程中被第三方获取就会被信息接收方感知，但是受到当前技术水平的限制，采用单光子分离攻击能够获取一定的信息，所以需要针对该安全问题进行创新和优化，才能够全面提升量子通信技术信息传输安全性[3]。
2.2 木马攻击和侧信道共计问题
在采用量子通信技术进行信息传输的过程中，量子密码编码技术具有关键性作用，信号源和信号接收器会受到来自木马病毒的攻击，从而会产生信息泄露的问题。在信息传输过程中，采用侧信道攻击、光能部件高能破坏攻击以及大脉冲攻击等方式，会对量子信息产生很大影响，从而出现信息泄露或密钥泄露的问题。
2.3 光子源产生单光子效率较低的问题
根据量子通信技术的应用实践证明，单光子源具有较强的量子力学性能，但是因为其自身不具有可分割的优势，所以不能保证单光子脉冲具有完善的安全性。虽然在量子通信技术中量子密码通道消耗较大，但是并不会对原信息的传输造成影响。当前，由于技术水平的限制，单光子在制备过程中会产生多个信道，从而导致量子通信技术在实际应用过程中效率较低的问题出现，同时弱光脉冲技术在应用过程中还存在着许多问题，会降低量子密码信道信息传输速率，也会引起量子密码编码错误率提升的问题，从而对量子通信技术的实际应用效果产生很大影响。
2.4 探测效率较低的问题
按照当前量子通信技术的发展基本情况来看，量子测量主要包括正定测量、投影测量以及通用测量三种不同技术方法，在应用过程中，需要利用其他设备和被测量量子之间的相互协作完成信息测量基本流程。在量子探测测量过程中，会对信道中的量子传输状态产生较大影响，从而引起信道测量结果出现偏差。此外，量子在信道中会处于相对统一的状态，在测量过程中会受到弱相干光源的影响，从而导致信道中量子种类出现较大差异，进而会导致量子信道出现塌缩问题，无法保证量子探测测量结果准确性，且综合探测测量效率较低，对于量子通信技术的应用效果会产生很大影响。
2.5 与其他信道结合的问题
在当前的量子通信技术研究中，因为量子密码信道与全光网络信道需要完成高度融合，但是在实际融合的过程中会导致量子信道损耗问题逐渐加剧，从而会导致量子通信技术信息传输速率降低，尤其是在远距离信息传输过程中，影响更为严重，所以当前量子通信技术的信道与其他信道在结合方面还存在着很大问题，尚未得以完全解决，对于量子通信技术质量产生很大影响。
3 量子通信技术发展前景分析
根据上文分析可以看出，量子通信技术是未来通信技术的主要研究方向，与传统的通信技术相比具有许多优势，但是依然存在着一些没有得到妥善解决的问题，所以为了促进量子通信技术水平的提高，使其能够在通信领域发挥出更好的作用，必须针对当前量子通信技术发展过程中存在的问题，对其未来发展前景进行预测和规划，才能够全面提高我国量子通信技术水平。在量子通信领域掌握更多核心技术，是提高我国综合国力的重要方式。 从量子通信技术的发展规划来看，未来量子通信技术可以作为信息存储的重要载体，且能够与互联网概念相结合，在工业生产、机械制造、通信领域以及军事领域等发挥出更好的作用，所以国家和相关部门必须加强对量子通信技术的资源投入，保证量子通信技术研究具有充足的资源保障，才能够完成量子通信技术研究创新，突破当前量子通信技术水平的限制。将量子通信技术的优势在通信领域最大化发挥，不仅能够提高信息传输质量，更有利于保障信息安全，是信息时展过程中的核心技术，为此需要不断加强量子通信技术研究。
4 结束语
量子力学研究范文6
关键词：大学物理；基础课；教学改革
物理学是材料学发展的基础，材料的发展离不开物理，材料科学中遇到的难题不断吸引物理学家去解答，新材料、新工艺和各种微观结构性能的研究又涉及到物理学的各个领域，材料学最新的研究方向更是从偏重化学实验转向偏重物理分析。大学物理是材料类学生的一门重要的基础课程，也是大一新生走进大学校园最先接触到的课程之一，这门课程旨在培养学生对物理原理的理解，为学生进一步学习材料专业的相关理论知识打下良好的基础。与此同时，大学物理还能培养物理特色的思维方式，对学生处理其他问题也具有指导作用：即透过现象看本质、抓主要矛盾、做合理假设、建数学模型，从而真正做到举重若轻、事半功倍。大学物理是世界范围内理工科高等院校普遍开设的基础课程。美国哈佛大学[1]的物理教学模式主要包括，第一，案例教学；第二，互动讨论法教学；第三，教研结合教学；第四，教师独立教学。麻省理工学院提出了以研究为主的大学物理教学模式[2]，在教学过程中，教师只是起到指导作用，学生是教学活动的主体，从而更好的培养和造就科技人才。北卡罗来纳州立大学采用以学生为中心的教学法[3]，学生们在小组里互相合作，进行活动，而教师负责通过讨论，对学生进行指导。伊利诺伊大学香槟分校的大学物理教学中，整个教学过程都是以学生为主体[4]，强调学生的参与，教师在授课过程中，大量提问，学生积极踊跃参与讨论。德国克劳斯塔尔工业大学也注重教学和科研的统一[5]。这种教学与科研密切结合的体制，对提高大学物理教学质量大有裨益。这些世界一流名校的经验对于国内的普通高校未必适用，我们只需加以借鉴，并不一定要完全照搬。目前国内尤其是地方院校，大学物理的教学情况是：学时少，现代化教育手段运用不足。更严峻的是，扩招给地方院校带来巨大的压力，师资力量无法满足需要，而生源质量又大幅下降，因此对大学物理教学的影响压力很大。我们在聊城大学材料科学与工程学院多年的大学物理的教学过程中发现，很多学生认为大学物理内容过于深奥抽象，难以学以致用。还有一部分学生觉得大学物理的内容与自己的专业课程联系不大，没有多少实际用途，以致于学学物理的兴趣不佳，主动性差，甚至有厌学情绪。上课不认真，玩手机，学习其他课程甚至逃课，课后抄袭作业甚至不写作业，考试时作弊等现象比比皆是。很多学生不为学会知识，只为应付考试及格。目前材料专业的大学物理教学基本上是沿袭物理专业的教学模式进行的，这样的模式不适用于材料专业建设和学生主动性培养的要求，主要表现在：1.材料学的发展日新月异，然而我们所用的大学物理教材内容依然是沿用多年前的教材体系，教材里只有极少的现代科技发展的简介，对学生缺乏足够的吸引力。2.大学物理教学内容对学生的专业、学科没有区分，与专业结合不够紧密，教师只注重物理知识的讲授，忽视物理学与材料专业之间的紧密联系及物理知识在实际中的应用，因此无法激发学生的学习热诚。3.大学物理课堂内容多以教师讲述为主，课堂上演示性、设计性实验较少，以致于很多抽象的原理学生理解不了，同时，课堂和课后师生间互动较少，教学质量大大降低。当前，各学校各专业都在积极的探索适合本专业学生的大学物理教学模式，以解决当前阻碍大学物理教学改革的瓶颈。本文根据聊城大学材料学院的实际情况，以提高材料专业大学物理课程教学质量、培养学生科研精神、增强学生分析问题解决问题的能力为出发点，依据大学物理教学的目标与要求，结合材料专业特色，注重物理知识与材料知识的联系，体现物理知识是材料专业研究工具的特点，开展对材料专业大学物理教学模式改革的探讨，最终调动学生的学习热诚，使学生懂得学习物理的重要性并能用物理知识解决专业问题，使物理知识与材料专业知识相辅相成、互相促进。本文的改革方案如图1所示：
一、积极探索，改革教学软件
利用专业软件工具包制作一套适合材料专业学生的大学物理电子教程。大学物理课堂上，加入材料、物理、生物、计算机、天文学的前沿科技，弥补传统教材体系落后于时代、应用性不强的缺点。让学生能够了解到社会的发展和科技前沿的最新动态，将学生代入一个生动、形象、具体的环境，活跃课堂气氛，开阔学生视野，增加学生的求知欲望。
二、将物理学史贯穿融入到物理课的教学中去
讲课过程中，融入与课本相关的物理方面的名人轶事和物理学史。通过讲述科学家的趣事和成长成才经历，让学生体会到大学物理的方法论是如何演绎的，让学生感悟物理学家是如何考虑科学问题，如何解决问题的，了解物理学大师科学创造的思路，使学生从中获得启发、感悟和熏陶。让学生自己体会做学问的三个境界：昨夜西风凋碧树，独上高楼，望断天涯路；衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴；众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。掌握了这三个境界，学生便很自然的掌握了科学的逻辑思维方法。
三、结合专业特色，改革教学内容
针对材料专业特色对大学物理各部分的内容有所取舍，一是要保证基本的大学物理教学内容，二是预留一定的学时，根据学生专业的紧密程度作出调整。例如：力学部分，对材料专业的同学，应花更多的时间讲述利用原始概念通过微积分计算物理量的方法，而对各种守恒规律计算的练习可适量减少，并补充《流体力学》、《工程力学》、《工程材料力学性能》、《材料力学》的相关知识点。热学部分对材料类学生作用很大，因此，这一部分应多花时间。光学部分，增加讲述与《材料研究与测试方法》相关联的内容，着重介绍光谱分析与应用，并对最新的材料检验手段及其基本原理稍做介绍。另外，这部分内容中教材内没有涉及波速的问题，而材料力学牵涉到波速的问题，电磁学部分，要简要介绍对应的实验方法、仪器、结论，简要介绍电路分析方法，将其应用到以后的材料学研究中，讲电容的时候可以增加与功能陶瓷材料性能参数及其表征相关的内容，并讲授色环法识别电阻和电感电容在电子器件中的应用等相关知识，以有助于将来学生工作和科研的需要，这部分内容整体上与材料学关系不太密切，可以略讲。量子力学是现代物理学的基础，要深入了解材料的基本结构，光唯象地知道晶体结构、大致了解统计力学上的朗道相变、“大致”“可能”地定性说明原因，在如今的材料学研究中是远远不够的！就现在的发展趋势而言，材料学已经离以前”炒菜式“的研究方式越来越远了，很多时候都要先进行理论或半定量的粗略计算对性能进行预测，然后再进行制备。很多材料在纳米尺度上量子效应是不能忽视的，因此在计算和预测的过程中需要用到量子力学的内容。而电子材料相关的理论全要用到量子力学，比如能带理论，PN结等都需要用量子力学来解释和分析。固体物理中，近自由电子近似、紧束缚近似等这些模型都需要量子力学的内容来支撑。因此，增加量子力学部分的内容。
四、重视实验教学，拓展演示实验和虚拟仿真实验的教学范围
杨振宁曾在《物理通报》中题词：”物理学是以实验为本的科学“。开展实验探索教学不仅能为学生提供丰富的感性认识，为思维加工提供大量素材，而且能为学生能力培养，创造良好的条件。大学物理演示实验具有形象化，具体化，学生兴趣高的特点，演示实验生动立体，能调动学生的各种感官，让学生更好的了解物理原理与实际生活现象的联系。根据课程需要，购买适用于进行演示实验的教具，例如标准音叉，磁悬浮列车，锥体上滚，手触式蓄电池，茹科夫斯基椅等，让学生明白，物理其实就存在于我们生活中的点点滴滴。由于受到场地、器材等各方面的影响，对于不方便进行道具演示的实验，可以用教学软件进行仿真实验向学生们进行演示，以克服实验室器件、品种、规格和数量不足以及仪器损坏的困难，节约大量昂贵的实验仪器费用。购买合适的仿真实验教学软件，例如LabVIEW图形化编程软件可进行信号分析处理的电路实验，VR编程软件可实现核磁共振系列实验，MATLAB编程软件可实现倒立摆原理的实验等，同时，教师要掌握仿真技术与现代化教学手段，优化教学过程，设计好虚拟仿真形式的物理实验。
五、师生合力，共同打造互动讨论式教学模式
打破传统教学模式中教师讲授的单一方式，通过提炼出一些专题内容，由学生通过自主学习、交流合作和讨论的方式进行自行学习。挖掘学生的自学能力和自学意识。课前给学生提出问题，提高学生自学能力。课堂上通过多媒体、网站等进行演示，以现代教育思想和现代材料科技的成就为主线，向材料类学生介绍现代物理学的整体知识结构，内容从单一基础物理实验到红外应用、超导、液晶显示、低温技术等现代技术领域，并以此为题目给学生布置小论文，充分调动学生探索物理知识的积极性。课堂教学采用“案例教学法”即根据学生的实际情况和教学内容的要求，运用典型案例，进行深入讨论和分析，还可以采用“问题向导式教学”法即以通过精心设计提出问题，引导学生自主分析问题，以理清学生解决问题的思路，使学生的思维处于激活的状态。课后的习题布置要贴近工程实际，典型有趣，能充分体现物理思想、物理方法，便于培养提高学生的探究能力，引发创新冲动。课后还可以开发和设计研究课，激励和引导有需要的学生自由组队进行课外研究，最后由学生代表在课堂上进行讲授，开展学生的自评和互评，整个过程学生自主学习起主导作用。
六、教师定期开展教学研究活动，提高教学水平
规范管理，大学物理的四位任课老师定期和不定期的开展教学研究的活动，一般每周一次。讨论教学内容、教学方法、学生情况等，在交流、讨论、争论中提高教学水平。
七、结束语
综上所述，物理学研究的进展促进了材料科学的发展，同时材料科学中的问题也向物理学家提出意义深远的挑战，材料和物理是紧密结合的，大学物理课程要与科技的快速发展同步，一成不变的教学思想已经不适应当今社会对于培养人才的要求，材料专业的大学物理的教学改革势在必行。通过对大学物理课程的一系列改革，不仅可以让学生积极主动的学学物理，紧密的联系学生的专业知识，紧跟科技前沿，更重要的是培养学生的科学素养和科技创新能力。因此，教师在教学中要注重物理知识与材料知识的联系，实现物理教学与材料专业教学的衔接。学生在学习过程中应加深对大学物理与专业课之间关系的认识，使材料知识与物理知识相辅相成、互相促进。
参考文献：
[1]张立彬，郑先明，李广平.哈佛大学物理教育状况研究[J].大学物理，2011，30（1）：56-61.
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[5]吴颖.考察德国大学物理教学的启示[J].沈阳航空工业学院学报，2004，21.
[6]于一，叶柳.浅议大学物理教学现状与课程改革方向[J].高教学刊，2016（02）：57-58.
量子力学研究范文7
量子是现代物理的重要概念，与经典物理有根本的区别，提供了全新的原理和思考方式。量子具有不确定性和不可测量性，量子的世界不遵循经典物理学定律，因此人们对量子世界的探索存在很多困难。通过科学家的不断探索，在量子信息研究领域有了许多的突破，其中产生了量子通信这一新兴技术。目前量子通信主要有两种应用，一种是较为成熟的量子密码通信，一种是量子隐形传送。2012年度诺贝尔物理学奖，法国科学家塞尔日•阿罗什与美国科学家大卫•维因兰德实现了对单个原子的测量和控制，阿罗什的工作是打造出一个微波腔，借助单个原子在微波腔中会辐射或吸收单个光子的特性，实现了操纵单个光子。而维因兰德则制造出了一个离子阱，先用光来俘获离子，然后用激光冷却离子，进而对离子进行测量和控制。量子计算和精密测量有了变成现实的可能性。
二、量子纠缠
Hilbert空间是欧几里德空间的一个推广，不再局限于有限维，是一个完备的空间，其上所有的柯西序列等价于收敛序列，从而微积分中的大部分概念都可以无障碍地推广到Hilbert空间中。能用Hilbert空间中的一个矢量表示的量子系统称为纯态，反之，如果不是处于确定的态而是以某一种几率分布的，称之为混合态。通常量子比特表示为：|Ψ〉=α|0〉+β|1〉，|α|2+|β|2=1（叠加态形式）。两个纯态|Ψ1〉和|Ψ2〉的线性叠加所描述的量子态|Ψ〉=c1|Ψ1〉+c2|Ψ2〉对应Hilbert空间的一个矢量，也是一个纯态。经过测量的量子态会坍缩到|0〉或|1〉，这个过程是不可逆的。这是二维Hilbert空间中量子态的描述，类似于三维球面上的一个点。在具有n个量子态的系统中，状态空间由2n个基向量组成。在未对系统进行操作之前，量子态可能为2n中的一个，与经典存储系统相比，量子系统能在某一时刻保持2n个状态，因此量子系统具有更大的计算潜力。爱因斯坦不愿承认并称之为“幽灵般的超距作用（spookyactionatadistance）”的量子纠缠，指两个相互独立的粒子可以相互影响，对其中一个粒子进行观测可以即时地影响到其它粒子，无论它们之间的距离有多远。量子纠缠描述了量子子系统相互影响的现象，对一个子系统的测量瞬间影响了其他子系统的状态。一个由|ΨA〉和|ΨB〉两个子系统组成的复合系统|Ψ〉，如果可以表示为|ΨA〉×|ΨB〉，则|Ψ〉处于直积态，否则处于纠缠态。常见的纠缠态有：两个粒子构成的bell基，三个粒子构成的GHZ态等。二粒子纯态纠缠的研究最为完善，bell态是量子通信中最基本的纠缠资源。处于bell态的两个纠缠粒子称为EPR对。四维Hilbert空间中的正交完备基称为bell基。在量子通信中，最常用的测量方法是bell基测量。
三、量子纠缠的应用
目前量子通信的两种主要方式：量子密码通信和隐形传送。量子密码或量子密钥分配是利用了观测一般会干扰被观测系统的量子力学原理来实现的。量子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和破解，进而实现根本上、永久性解决信息安全问题的目标。量子隐形传态需建立在经典物理信道的基础上才能实现。在研究量子领域早期，人们最感兴趣的一个问题是能否利用量子纠缠实现超光速通信，这个问题的答案是否定的，原因在于量子的不可克隆性，仅依靠量子纠缠系统无法传递具体信息，要将原量子态的全部信息提取出来，需分别根据其经典信息和量子信息来构造，因此无法实现瞬间传输。量子隐形传态利用量子纠缠态作为通道,利用量子作为载体,把信息从一个地方传递到另一个地方。量子隐形传态的任务可以简单地描述为：假设存在一对共享的量子比特为A、B，利用A、B来传送量子态C。将A、B分别置于系统的两端，现将量子比特A和C作幺正变换，测量后得到两个经典量子比特的信息，在这个过程中两个量子比特被破坏。量子比特B现在包含了关于C的信息，但观测者仍无法得到C的任何信息，量子比特B处于四个任意的量子态之一。现在需通过经典通信通道将A的测量结果发送到B端，根据A的测量结果，对B作相应的幺正变换,此时量子比特B的状态变为C，实现了量子态的传送。
四、量子通信技术的发展现状
理想量子通信与传统通信相比，有着安全、无障碍通信等优势，但目前仍难以实现，量子测量、量子态的控制仍在不断完善，基于纠缠的量子隐形传态方式仍处在实验室阶段。2012年6月，潘建伟团队在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定了技术基础。2016年8月16日，中国国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，标志着中国在量子通信领域又迈出重要一步。“墨子号”的主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。并在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。量子技术的迅速发展，预示着量子科技的无线前景，将给人类生活和生产带来革命性的成果，对国防、对经济有着重要影响。因此，我们应加快量子通信技术实用化进程，在国际技术竞争中占据有利地位。
作者：黄哲 单位：深圳供电局有限公司
参考文献
[1]《量子安全通信与量子信道理论有关问题的研究》王敏杰
[2]《量子纠缠技术与量子通信》1007-9416(2012)10-0060-01舒娜石际
量子力学研究范文8
正电子，又称阳电子、反电子、正子，基本粒子的一种，带正电荷，质量和电子相等，是电子的反粒子。最早是由狄拉克从理论上语言的。1932年8月2日，美国加州理工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。正负电子一旦相遇，则发生湮灭，是正电子的最基本性质。在这之前是不具有我们理解的正电子的最基本性质。那么对于大学生在学学物理中该如何理解正电子，本人在文章简单介绍了正电子的发现过程，让大学生对正电子的概念有一个基本的了解。
【关键词】
正电子；狄拉克方程；湮灭；空穴
1.引言
正电子的理论预言和实验发现揭开了反粒子的发现之幕，这也无疑是近代物理界的极为重要的和极其有意义的发现，它的发现标志着我们对物质的内涵有了更进一步的理解，尤其是对基本粒子的认识进一步加深。构成物质的基本粒子是既不能产生，也不会湮灭，如电子，我们通常的电子都是指带负电，而且规定电子所带的电量大小为单位电量，直到正电子的发现，对基本粒子的认识翻开了新的一页。现如今，我们发现在一定条件下，正、负电子可以相互转化，成对的产生或者湮灭。我们在认识世界的过程中，总是从感性上升到理性，通过概括和整理，使之成为概念。本文简单介绍我们该如何去理解正电子的概念，这就是本文探索的目的。
2.正电子的理论来源
1928年，英国物理学家提出了著名的狄拉克方程，该方程式描述自旋为12粒子的波函数方程，是对薛定谔方程进行洛伦兹变换得到的，它同时遵循狭义相对论与量子力学的原理，是相对论量子力学重要基础。狄拉克1928年提出了合理真空理论假说———狄拉克之海，认为这些粒子是电子的反物质，很好的解释了方程中反常的负能量问题，对反粒子的存在做出了合理的预言。此外，根据狄拉克方程求解得到的结果，电子不仅有能量取正值的情况，还有负值的情况，而且正负态关于能量为零的点完全对称。虽然这个结果很有意思，但解释起来遇到了“永动机”的问题，这与物理基本规律是肯定矛盾的。针对这个矛盾，狄拉克于1930年提出了空穴理论。该理论考虑了电子是费米子，那就必须满足泡利不相容原理，负电子填满了所有的真空状态，这样电子就不能找到能量更低的态，而且正能量态中也就没有电子，所以任何一个电子都不能找到能量更低的状态，也就是说整个系统非常稳定，电子不可能跳到能量更低的状态，对外辐射能量。此外，我们至少需要两倍于电子静止质量的能量，才能把某个电子从原来的负能态激发到正能态，可以看作一个正能态对应着一个负能态空穴。正能态电子所带电荷为-e，而且所具有的能量大于或等于一个电子静止能量，因为它们必须满足电荷守恒定律和能量守恒定律，所以负能态的电子的带电量应该就是+e，能量也应该大于或等于一个电子静止能量。这个粒子就是狄拉克所预言的“正电子”。
3.实验发现
狄拉克本人虽然对理论作出了完美的解释，空穴理论给出了反粒子概念，但实验上还并没有观测到正电子，正电子理论并没有得到学术界的承认，包括狄拉克本人，当时也不是完全确认理论自身的正确性。不过，狄拉克的预言因为找到实验上的证据被证实了。1932年，美国物理学家安德森等人在研究宇宙射线是电磁辐射还是单纯的粒子问题，观察到高能光子穿过重原子核附近时在磁场中的偏转情况，这一细节引起了他的注意，虽然当时著名的物理学家康普顿做出了解释，但并没有使安德森及其合作者信服，随着后来的观测，在云室中拍摄了一张照片，发现宇宙射线进入云室穿过铅板后，轨迹确实发生了弯曲，而且，在高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全一样，但是弯曲的方向却“错”了。第二年，安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子，从而从实验上完全证实了正电子的存在，正电子得到学术界的广泛认可。
4.结束语
