時(shí)間：2023-12-07 10:20:20
導(dǎo)語：在量子力學(xué)基本概念的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)探索；普通高校
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）50-0212-02
一、概論
量子力學(xué)從建立伊始就得到了迅速的發(fā)展，并很快融合其他學(xué)科，發(fā)展建立了量子化學(xué)、分子生物學(xué)等眾多新興學(xué)科。曾謹(jǐn)言曾說過，量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，也許會(huì)對(duì)21世紀(jì)人類的物質(zhì)文明有更深遠(yuǎn)的影響[1]。
地處西部地區(qū)的貴州省，基礎(chǔ)教育水平相對(duì)落后。表1列出了2005年到2012年來的貴州省高考二本理科錄取分?jǐn)?shù)線，從中可知：自2009年起二本線已經(jīng)低于60%的及格線，并呈顯越來越低的趨勢(shì)。對(duì)于地方性新升本的普通本科學(xué)校來講，其生源質(zhì)量相對(duì)較低。同時(shí)，在物理學(xué)（師范）專業(yè)大部分學(xué)生畢業(yè)后的出路主要是中學(xué)教師、事業(yè)單位一般工作人員及公務(wù)員，對(duì)量子力學(xué)的直接需求并不急切。再加上量子力學(xué)的“曲高和寡”，學(xué)生長期以來形成學(xué)之無用的觀念，學(xué)習(xí)意愿很低。在課時(shí)安排上，隨著近年教育改革的推進(jìn)，提倡重視實(shí)習(xí)實(shí)踐課程、注重學(xué)生能力培養(yǎng)的觀念的深入，各門課程的教學(xué)時(shí)數(shù)被壓縮，量子力學(xué)課程課時(shí)從72壓縮至54學(xué)時(shí)，課時(shí)被壓縮25%。
總之，在學(xué)校生源質(zhì)量逐年下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿逐年降低，且課時(shí)量大幅減少的情況下，教師的教學(xué)難度進(jìn)一步增大。以下本人結(jié)合從2005至10級(jí)《量子力學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一下教學(xué)方面的思考。
二、依據(jù)學(xué)生情況，合理安排教學(xué)內(nèi)容
1.根據(jù)班級(jí)的基礎(chǔ)區(qū)別化對(duì)待，微調(diào)課程內(nèi)容。考慮到我校學(xué)生的實(shí)際情況和需要，教學(xué)難度應(yīng)與重點(diǎn)院校學(xué)生有差別。同時(shí)，通過前一屆的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)教學(xué)應(yīng)有小的調(diào)整。在備課時(shí)，通過微調(diào)教學(xué)內(nèi)容來適應(yīng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力不同的學(xué)生。比如，通過課堂教學(xué)及作業(yè)的反饋，了解該班學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，再根據(jù)班級(jí)學(xué)習(xí)狀況的不同，進(jìn)行后續(xù)課程內(nèi)容的微調(diào)。教學(xué)中注重量子力學(xué)基本概念、規(guī)律和物理思想的展開，降低教學(xué)內(nèi)容的深度，注重面上的擴(kuò)展，進(jìn)行全方位拓寬、覆蓋，特別是降低困難題目在解題方面要求，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)的畏難心理。
2.照顧班內(nèi)大多數(shù)，適當(dāng)降低數(shù)學(xué)推導(dǎo)難度。對(duì)于教學(xué)過程中將要碰到的數(shù)學(xué)問題，可采取提前布置作業(yè)的方法，讓學(xué)生主動(dòng)去復(fù)習(xí)，再輔以教師課堂講解復(fù)習(xí)，以解決學(xué)生因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)差而造成的理解困難。同時(shí)，可以通過補(bǔ)充相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，細(xì)化推導(dǎo)過程，降低推導(dǎo)難度來解決。比如：在講解態(tài)和力學(xué)量的表象時(shí)[2]，要求學(xué)生提前復(fù)習(xí)線性代數(shù)中矩陣特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使學(xué)生掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，這對(duì)理解算符本征方程的本征值和本征函數(shù)起了很大的推動(dòng)作用。
3.注重量子論思想的培養(yǎng)。量子論的出現(xiàn)，推動(dòng)了哲學(xué)的發(fā)展，給傳統(tǒng)的時(shí)空觀、物質(zhì)觀等帶來了巨大的沖擊，舊的世界觀在它革命性的沖擊下分崩離析，新的世界觀逐漸形成。量子力學(xué)給出了一套全新的思維模式和解決問題的方法，它的思維模式跟人們的直覺和常識(shí)格格不入，一切不再連續(xù)變化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或減少。地方高校的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，不愿意動(dòng)手推導(dǎo)，學(xué)習(xí)興趣較低，量子力學(xué)的教學(xué)，對(duì)學(xué)生量子論思維方式的培養(yǎng)就顯得尤為重要。為了完成從經(jīng)典理論到量子理論思維模式的轉(zhuǎn)變，概念的思維方式是基礎(chǔ)、是重中之重。通過教師的講解，使學(xué)生理解量子力學(xué)的思考方式，并把經(jīng)典物理中機(jī)械唯物主義的絕對(duì)的觀念和量子力學(xué)中的概率的觀念相聯(lián)系起來，在生活中能夠利用量子力學(xué)的思維方式思考問題，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。
4.跟蹤科學(xué)前沿，隨時(shí)更新科研進(jìn)展?？茖W(xué)是不斷向前發(fā)展的，而教材自從編好之后多年不再變化，致使本領(lǐng)域的最新研究成果，不能在教材中得到及時(shí)體現(xiàn)。而發(fā)生在眼下的事件，最新的東西才是學(xué)生感興趣的。因此，我們可以利用學(xué)生的這種心理，通過跟蹤科學(xué)前沿，及時(shí)補(bǔ)充量子力學(xué)進(jìn)展到教學(xué)內(nèi)容中的方式，來提高學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。教師利用量子力學(xué)基本原理解釋當(dāng)下最具轟動(dòng)性的科技新聞，提高量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用基本原理解釋現(xiàn)實(shí)問題，從而培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
三、更新教學(xué)手段，提高教學(xué)效率
1.拓展手段，量子力學(xué)可視化。早在上世紀(jì)90年代初，兩位德國人就編制完成了名為IQ的量子力學(xué)輔助教學(xué)軟件，并在此基礎(chǔ)上出版了《圖解量子力學(xué)》。該書采用二維網(wǎng)格圖形和動(dòng)畫技術(shù)，形象地表述量子力學(xué)的基本內(nèi)容，推動(dòng)了量子力學(xué)可視化的前進(jìn)。近幾年計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的迅速提高，將計(jì)算物理學(xué)方法和動(dòng)畫技術(shù)相結(jié)合，再輔以數(shù)學(xué)工具模擬，應(yīng)用到量子力學(xué)教學(xué)的輔助表述上，使量子力學(xué)可視化。通過基本概念和原理形象逼真的表述，學(xué)生理解起來必將更加輕松，其理解能力也會(huì)得到提高。
2.適當(dāng)引入英語詞匯。在一些漢語解釋不是特別清楚的概念上，可以引入英文的原文，使學(xué)生更清晰的理解原理所表述的含義。例如，在講解測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系時(shí)，初學(xué)者往往覺得它很難理解。由于這個(gè)原理和已經(jīng)深入人心經(jīng)典物理概念格格不入，因此初學(xué)者往往缺乏全面、正確的認(rèn)識(shí)。有學(xué)生根據(jù)漢語的字面意思認(rèn)為，測(cè)量了才有不確定度，不測(cè)量就不存在不確定。這時(shí)教師引入英文“Uncertainty principle”可使學(xué)生通過英文原意“不確定原理”知道，這個(gè)原理與“測(cè)量”這個(gè)動(dòng)作的實(shí)施與否并沒有絕對(duì)關(guān)系，也就是說并不是測(cè)量了力學(xué)量之間才有不確定度，不測(cè)量就不存在，而是源于量子力學(xué)中物質(zhì)的波粒二象性的基本原理。
3.提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，適當(dāng)引入思考題，并指導(dǎo)他們解決問題，從而使學(xué)生得到基本的科研訓(xùn)練。比如，在講解氫原子一級(jí)斯塔克效應(yīng)時(shí)，提到“通常的外電場(chǎng)強(qiáng)度比起原子內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度來說是很小的”[2]。這時(shí)引入思考題：當(dāng)氫原子能級(jí)主量子數(shù)n增大時(shí)，微擾論是否還適用？在哪種情況下可以使用，精確度為多少？當(dāng)確定精度要求后，微擾論在討論較高激發(fā)態(tài)時(shí)，這個(gè)n能達(dá)到多少？學(xué)生通過對(duì)問題的主動(dòng)探索解決，將進(jìn)一步熟悉微擾論這個(gè)近似方法的基本過程，理解這種近似方法的精神。這樣不僅可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，還可以得到基本的科研訓(xùn)練，從而引導(dǎo)學(xué)生走上科研的道路。
4.師生全面溝通，及時(shí)教學(xué)反饋。教學(xué)反饋是教學(xué)系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)教和學(xué)雙方都具有激發(fā)新動(dòng)機(jī)的作用。比如：通過課堂提問及觀察學(xué)生表情變化的方式老師能夠及時(shí)掌握學(xué)生是否理解教師所講的內(nèi)容，若不清楚可以當(dāng)堂糾正。由此建立起良好的師生互動(dòng)，改變單純的灌輸式教學(xué)，在動(dòng)態(tài)交流中建立良好的教學(xué)模式，及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)行為。利用好課程結(jié)束前5分鐘，進(jìn)行本次課程主要內(nèi)容的回顧，及時(shí)反饋總結(jié)。通過及時(shí)批改課后作業(yè)，了解整個(gè)班級(jí)相關(guān)知識(shí)及解題方法的掌握情況。依據(jù)反饋信息，對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行修訂。
通過雙方的反饋信息，教師可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)中的反饋信息分析、判定學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，學(xué)生也可以根據(jù)教師的反饋，分析自己的學(xué)習(xí)效率，檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)態(tài)度、水平和效果。同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)行為活動(dòng)和結(jié)果的反饋是教師自我調(diào)控和對(duì)整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行有效調(diào)控的依據(jù)[6]。
四、結(jié)論
量子力學(xué)作為傳統(tǒng)的“難課”，一直是學(xué)生感到學(xué)起來很困難的課程。特別是高校大擴(kuò)招的背景下，很多二本高校都面臨著招生生源質(zhì)量下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿不高的現(xiàn)狀，造成了教師教學(xué)難度進(jìn)一步增大。要增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，教師不僅要遵循高等教育的教學(xué)規(guī)律，不斷加強(qiáng)自身的學(xué)術(shù)水平，講課技能，適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采取與之相對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段，還需要做好教學(xué)反饋，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流，了解學(xué)生的真實(shí)想法，并有針對(duì)性的引入與生活、現(xiàn)實(shí)相關(guān)的事例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。
參考文獻(xiàn)：
[1]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].物理，2000，（29）：436.
[2]周世勛，陳灝.量子力學(xué)教程[M].高等教育出版社，2009：101.
[3]楊林.氫原子電子概率分布可視化及其性質(zhì)研究[J].綏化學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（29）：186.
[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力學(xué)中氫原子問題[J].科技信息，2011，（26）：012.
[5]喻力華，劉書龍，陳昌勝，項(xiàng)林川.氫原子電子云的三維空間可視化[J].物理通報(bào)，2011，（3）：9.
圖景。
一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論
經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡(jiǎn)單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說它最簡(jiǎn)單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡(jiǎn)化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]
量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。
玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。
經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測(cè)定都要受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。
二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論
還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說明要研究的對(duì)象。其目的是簡(jiǎn)化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。
量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]
波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理說明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡(jiǎn)單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。
三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性發(fā)展到探索復(fù)雜性
從經(jīng)典科學(xué)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡(jiǎn)單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡(jiǎn)單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開普勒以三條簡(jiǎn)明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡(jiǎn)單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。
量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡(jiǎn)單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對(duì)象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單。
在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡(jiǎn)單性，而是為了打破簡(jiǎn)單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡(jiǎn)單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說的，復(fù)雜性是簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡(jiǎn)單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。
四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)
經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，在面對(duì)量子世界如此微小的測(cè)量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測(cè)量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測(cè)儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來描述宏觀儀器所觀測(cè)到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。
例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]
量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測(cè)到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說什么”。
[摘要]20世紀(jì)三次物理學(xué)革命之一的量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，使之轉(zhuǎn)化為非機(jī)械決定論；使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論；使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性到探索復(fù)雜性；確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；
參考文獻(xiàn)：
[1]林德宏.科學(xué)思想史[M].第2版.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2004：270-271.
[2]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].第2版.北京：清華大學(xué)出版社，1993：1-2.
[3]劉敏，董華.從經(jīng)典科學(xué)到系統(tǒng)科學(xué)[J].科學(xué)管理研究，2006，24(2)：44-47.
[4]宋偉.因果性、決定論與科學(xué)規(guī)律[J].自然辯證法研究，1995,11(9)：25-30.
[5]彭桓武.量子力學(xué)80壽誕[J].大學(xué)物理，2006，25(8)：1-2.
[6]疏禮兵，姜巍.近現(xiàn)代科學(xué)觀的演進(jìn)及其啟示[J].科學(xué)管理研究，2004,22(5)：56-58.
量子力學(xué)是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展中最成功、也是最神秘的理論之一。其成功之處在于，它以獨(dú)特的形式體系與特有的算法規(guī)則，對(duì)原子物理學(xué)、化學(xué)、固體物理學(xué)等學(xué)科中的許多物理效應(yīng)和物理現(xiàn)象作出了說明與預(yù)言，已經(jīng)成為科學(xué)家認(rèn)識(shí)與描述微觀現(xiàn)象的一種普遍有效的概念與語言工具，同時(shí)也是日新月異的信息技術(shù)革命的理論基礎(chǔ)；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應(yīng)用的有效性恰好相反，量子物理學(xué)家在表述、傳播和交流他們對(duì)量子理論的基本概念的意義的理解時(shí)，至今仍未達(dá)成共識(shí)。量子物理學(xué)家在理解和解釋量子力學(xué)的基本概念的過程中所存在的分歧，不是關(guān)于原子世界是否具有本體論地位的分歧，而是能否仍然像經(jīng)典物理學(xué)理論那樣，把量子理論理解成是對(duì)客觀存在的原子世界的正確描述之間的分歧。
在量子力學(xué)誕生的早期歲月里，這些分歧的產(chǎn)生主要源于對(duì)量子理論中的波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的理解。因?yàn)榱孔恿W(xué)的創(chuàng)始人把量子力學(xué)理解成是一種完備的理論，把量子統(tǒng)計(jì)理解成是不同于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)，在根本意義上，帶來了量子力學(xué)描述中的統(tǒng)計(jì)決定性特征。而理論描述的統(tǒng)計(jì)決定性與物理學(xué)家長期信奉的因果決定論的實(shí)在論研究傳統(tǒng)相沖突。在當(dāng)時(shí)的背景下，對(duì)于那些在經(jīng)典物理學(xué)的熏陶下成長起來的許多傳統(tǒng)物理學(xué)家而言，對(duì)量子力學(xué)的這種理解是難以容忍的。這些物理學(xué)家仍然堅(jiān)持以經(jīng)典實(shí)在觀為前提，希望重建對(duì)原子對(duì)象的因果決定論的描述。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)有的量子力學(xué)只是臨時(shí)的現(xiàn)象學(xué)的理論，是不完備的，將來總會(huì)被一個(gè)擁有確定值的能夠解決量子悖論的新理論所取代。量子哲學(xué)家普遍地把這種實(shí)在論稱之為定域?qū)嵲谡摚蛘叻Q為非語境論的實(shí)在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發(fā)展的。這種觀點(diǎn)把量子論中的統(tǒng)計(jì)決定論與經(jīng)典實(shí)在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾。
但是，自從1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列實(shí)驗(yàn)，沒有支持定域隱變量理論的預(yù)言，而是給出了與量子力學(xué)的預(yù)言相一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以來，量子論與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾焦點(diǎn)，由對(duì)量子理論中的統(tǒng)計(jì)決定性特征的質(zhì)疑，轉(zhuǎn)向了對(duì)更加基本的量子測(cè)量過程中的“波包塌縮”現(xiàn)象的理解。因?yàn)榱孔訙y(cè)量問題是量子理論中最深層次的概念問題。馮諾意曼在本體論意義上引入量子態(tài)的概念來表征量子實(shí)在的作法，直接導(dǎo)致了至今難以解決的量子測(cè)量難題。到目前為止，所有的量子測(cè)量理論都是試圖站在傳統(tǒng)實(shí)在論的立場(chǎng)上，對(duì)量子測(cè)量過程作出新的解釋。玻姆的本體論解釋在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機(jī)性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過假設(shè)非定域的隱變量的存在，尋找對(duì)量子測(cè)量過程的因果性解釋。量子哲學(xué)家把這種實(shí)在論稱為非定域的實(shí)在論。[1] 多世界解釋在承認(rèn)現(xiàn)有的量子力學(xué)的形式體系和基本特征是完全正確的前提下，通過多元本體論的假設(shè)來對(duì)具有整體性特征的量子測(cè)量過程作出整體論的解釋。量子哲學(xué)家把這種實(shí)在論稱為非分離的實(shí)在論。[1]
量子測(cè)量現(xiàn)象的非定域性和非分離性所反映的是量子測(cè)量過程的整體性特征。問題是，相對(duì)于科學(xué)哲學(xué)研究而言，如果把量子測(cè)量系統(tǒng)理解成是一個(gè)包括觀察者在內(nèi)的整體，我們將永遠(yuǎn)不可能在觀察者與被觀察系統(tǒng)之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統(tǒng)之間的分界線的消失，將會(huì)使我們?cè)诓豢紤]觀察者的情況下，對(duì)物理實(shí)在進(jìn)行客觀描述的夢(mèng)想徹底地破滅。這是因?yàn)?，一方面，如果我們認(rèn)為量子力學(xué)的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學(xué)的術(shù)語描述包括觀察者在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量過程。這時(shí)，觀察者成為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分參與了測(cè)量中的相互作用；另一方面，如果我們?nèi)匀豢释褚钥煞蛛x性假設(shè)為基礎(chǔ)的經(jīng)典測(cè)量那樣，在以整體性假設(shè)為基礎(chǔ)的量子測(cè)量系統(tǒng)中，也能夠得到確定而純客觀的測(cè)量結(jié)果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統(tǒng)之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)之外進(jìn)行觀察。然而，在量子測(cè)量的具體實(shí)踐中，這個(gè)重要的“阿基米德點(diǎn)”是永遠(yuǎn)不可能得到的。因?yàn)閷?duì)量子測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行的任何一種形式的分割，都必然會(huì)導(dǎo)致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關(guān)于量子論與實(shí)在論之間的矛盾事實(shí)上轉(zhuǎn)化為，在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性特征的前提下，如何解決量子測(cè)量的整體性與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾。
以玻爾為代表的傳統(tǒng)量子物理學(xué)家在創(chuàng)立了量子力學(xué)的形式體系之后，并不追求從量子測(cè)量現(xiàn)象到量子本體論的超越中提供一種本體論的理解。而是在認(rèn)識(shí)論和現(xiàn)象學(xué)的意義上做文章。玻爾認(rèn)為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了語義上的變化。在這里，客觀性不再是指對(duì)客體在觀察之前的內(nèi)在特性的揭示，而是具有了“在主體間性的意義上是有效的”這一新的含義。這種把“客觀性”理解成是“主體間性”的觀點(diǎn)，在認(rèn)識(shí)論意義上，所隱藏的直接后果是，使“客觀性”概念失去了與“主觀性”概念相對(duì)立的基本含義，從而使量子力學(xué)成為支持科學(xué)的反實(shí)在論解釋的一個(gè)重要的立論依據(jù)。與此相反，近幾十年發(fā)展起來的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設(shè)為前提，恢復(fù)對(duì)客觀性概念的傳統(tǒng)理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實(shí)波的二元論假設(shè)為代價(jià)，把測(cè)量過程中的整體性特征歸結(jié)為是量子勢(shì)的性質(zhì)。這兩種解釋雖然在理解量子測(cè)量現(xiàn)象時(shí)堅(jiān)持了傳統(tǒng)實(shí)在論的立場(chǎng)。但是，這些立場(chǎng)的堅(jiān)持是以在量子力學(xué)中增加某些額外的假設(shè)為代價(jià)的。這正是為什么近幾十年來，反思與研究量子力學(xué)與量子測(cè)量的概念基礎(chǔ)問題，成為不計(jì)其數(shù)的論著和論文所討論的中心論題的主要原因所在。
到目前為止，在量子物理學(xué)家的心目中，微觀客體的非定域性特征和量子測(cè)量的非分離性特征已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。如果我們站在科學(xué)哲學(xué)的立場(chǎng)上，像當(dāng)初接受量子統(tǒng)計(jì)性一樣，也接受量子力學(xué)描述的微觀系統(tǒng)的這種整體性特征。那么，量子測(cè)量過程中被測(cè)量的系統(tǒng)與測(cè)量儀器（包括觀察者在內(nèi)）之間的整體性關(guān)系將會(huì)意味著，在微觀領(lǐng)域內(nèi)，我們所得到的知識(shí)，事實(shí)上，總是與觀察者密切相關(guān)的知識(shí)。這個(gè)結(jié)論顯然與長期以來我們所堅(jiān)持的真理符合論的客觀標(biāo)準(zhǔn)不相容。因此，接受量子力學(xué)的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)傳統(tǒng)實(shí)在論的核心概念——理論和真理的性質(zhì)與意義——進(jìn)行重新理解。這樣，現(xiàn)在的問題就變成是，能否在接受量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實(shí)在論觀點(diǎn)呢？如果答案是否定的，那么，科學(xué)實(shí)在論將永遠(yuǎn)不可能得到辯護(hù)；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協(xié)調(diào)的實(shí)在論是一種什么樣的實(shí)在論呢？這正是本文所關(guān)注的主要問題所在。
2．認(rèn)識(shí)論教益：隱喻思考與模型化方法的突現(xiàn)
自近代自然科學(xué)產(chǎn)生以來，公認(rèn)的傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)是建立在宏觀科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)之上的一種鏡像實(shí)在論。在宏觀科學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)，觀察者總是能夠站在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)之外，客觀地獲得測(cè)量信息。在有效的測(cè)量過程中，測(cè)量儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾通常可以忽略不計(jì)。測(cè)量結(jié)果為理論命題的真假提供了直接的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，使命題和概念擁有字面表達(dá)的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實(shí)在論是以觀察命題的真理符合論為前提的。
真理符合論的最實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容是，堅(jiān)持命題與概念同實(shí)際的事實(shí)相符合。長期以來，科學(xué)家一直把這種觀點(diǎn)視為是科學(xué)研究活動(dòng)的價(jià)值基礎(chǔ)。
維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學(xué)導(dǎo)論》一書中，把真理的這種符合論觀點(diǎn)表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結(jié)構(gòu)一樣，命題所描述是事實(shí)的畫像，并具有與事實(shí)一致的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橛谜Z言來思考和說話，就是用語言來對(duì)事實(shí)作邏輯的模寫，它類似于畫家用線條、色彩、圖案來描繪世界上的事物。所以，用語言描述的圖象與世界的實(shí)際圖象之間具有同構(gòu)性。1933年，塔爾斯基對(duì)這種真理觀進(jìn)行了定義。在當(dāng)前科學(xué)哲學(xué)的文獻(xiàn)中，人們習(xí)慣于用“雪是白的”這一命題為例，把塔爾斯基對(duì)真理的定義形象地表述為：“雪是白的”是真的，當(dāng)且僅當(dāng)，雪是白的。
普特南把塔爾斯基對(duì)真理的這種定義概括為“去掉引號(hào)的真理論”。塔爾斯基認(rèn)為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個(gè)句子本身成真，當(dāng)且僅當(dāng)，“雪是白的”這個(gè)事實(shí)是真實(shí)的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的句子隱含著兩層與常識(shí)相一致的符合關(guān)系：第一層的相符合關(guān)系是，語言表達(dá)的命題與實(shí)際事實(shí)相符合；第二層的相符合關(guān)系是，觀察得到的事實(shí)與真實(shí)世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是非常直觀的，只要是一個(gè)正常的人，都有可能看到“雪確實(shí)是白色的”這個(gè)實(shí)際存在的事實(shí)。因此，人們對(duì)它的客觀性不會(huì)產(chǎn)生任何懷疑，能夠作為“‘雪是白的’是真的”這個(gè)句子的成真條件。
然而，量子力學(xué)揭示出的微觀測(cè)量系統(tǒng)中的整體性特征，既限制了我們對(duì)這種理想知識(shí)的追求，也向傳統(tǒng)的客觀真理標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值觀提出了挑戰(zhàn)。這是因?yàn)?，在量子測(cè)量的過程中，對(duì)命題的這種理想的描述方式和對(duì)對(duì)象的如此單純的觀察活動(dòng)，已經(jīng)不再可能。以玻爾為代表的許多物理學(xué)家雖然在量子力學(xué)誕生的早期就已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)。但是，在科學(xué)哲學(xué)的意義上，他們?cè)趻仐壛苏胬矸险撝?，卻走向了認(rèn)識(shí)論的反實(shí)在論；馮諾意曼的測(cè)量理論以真理符合論為基礎(chǔ)，要求在觀察者與測(cè)量儀器之間進(jìn)行分割的做法，直接導(dǎo)致了量子測(cè)量中的“觀察者悖論”；現(xiàn)存的非分離與非定域的實(shí)在論解釋，也是以真理符合論為基礎(chǔ)，在量子力學(xué)的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設(shè)，來解決量子測(cè)量難題。從哲學(xué)意義上看，這種借助于額外假設(shè)來使量子力學(xué)與實(shí)在論相一致的作法并沒有唯一性。它不過是借助于各種哲學(xué)的想象力來解決量子測(cè)量難題而已。
由此可見，量子測(cè)量難題的產(chǎn)生，實(shí)際上是以真理符合論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)，來理解量子測(cè)量過程的整體性特征所導(dǎo)致的?，F(xiàn)在，如果我們像放棄經(jīng)典的絕對(duì)時(shí)空觀，接受相對(duì)論一樣，也放棄真理符合論的實(shí)在論，接受現(xiàn)有的量子力學(xué)。那么，在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的研究中，我們需要以成功的量子力學(xué)帶給我們的認(rèn)識(shí)論教益為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)理論、概念和真理的性質(zhì)與意義作出新的闡述。量子力學(xué)所揭示的微觀世界與宏觀世界之間的最大差異在于，我們對(duì)微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，不可能像對(duì)宏觀世界的認(rèn)知那樣，使觀察者能夠站在整個(gè)測(cè)量語境的外面來進(jìn)行。
這就像盲人摸象的故事一樣，不同的盲人從大象的不同部位開始摸起，最初，他們所得到的對(duì)大象的認(rèn)識(shí)是不相同的，因?yàn)槊總€(gè)人根據(jù)自己的觸摸活動(dòng)都只能說出大象的某一個(gè)部分。只有當(dāng)他們摸完了整個(gè)大象時(shí)，他們才有可能對(duì)大象的形狀作出客觀的描述。然而，雖然他們對(duì)大象的描述始終是從自己的視角為起點(diǎn)的，并建立在個(gè)人理解的基礎(chǔ)之上。但是，不可否認(rèn)的是，他們的觸摸活動(dòng)總是以真實(shí)的大象為本體的。在微觀領(lǐng)域內(nèi)，量子世界如同是一頭大象，物理學(xué)家如同是一群盲人，有所區(qū)別的是，物理學(xué)家對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)不可能是直接的觸摸活動(dòng)，而只能借助于自己設(shè)計(jì)的測(cè)量儀器與對(duì)象進(jìn)行相互作用來進(jìn)行。在這個(gè)相互作用的過程中，包括觀察者在內(nèi)的測(cè)量語境成為聯(lián)系微觀世界與理論描述之間的一個(gè)不可分割的紐帶。
如果把這種量子力學(xué)的這種整體性思想延伸外推到一般的科學(xué)哲學(xué)研究中，那么，可以認(rèn)為，科學(xué)家所闡述的理論事實(shí)上是一個(gè)產(chǎn)生信念的系統(tǒng)?？茖W(xué)家借助于模型化的理論，把他們對(duì)世界的認(rèn)知模擬出來。理論模型所描述出的世界與真實(shí)世界之間的關(guān)系是一種內(nèi)在的、整體性的相似關(guān)系。這種相似分為兩個(gè)不同的層次：其一，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在現(xiàn)象學(xué)意義上的初級(jí)相似。這種相似是指，在這個(gè)層次上，我們只是能夠通過某些關(guān)系把現(xiàn)象描述出來，但是，對(duì)現(xiàn)象之所以發(fā)生的原因給不出明確的說明；其二，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在認(rèn)識(shí)論意義上的高級(jí)相似。這種相似是指，理論模型達(dá)到了與真實(shí)世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與關(guān)系之間的相似。所以，現(xiàn)象學(xué)意義上的相似最后會(huì)被成熟理論所描述的認(rèn)識(shí)論意義上的結(jié)構(gòu)相似所包容或修正。
這兩個(gè)層次之間的相似關(guān)系是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，而不是建立在邏輯或先驗(yàn)的基礎(chǔ)之上。這樣，雖然科學(xué)家在建構(gòu)理論模型的過程中，總是不可避免地存在著許多非理性的因素。但是，在根本的意義上，他們的建構(gòu)活動(dòng)是以最終達(dá)到使理論描述的可能世界與真實(shí)世界之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)系相似為目的的。因此，測(cè)量語境的存在成為科學(xué)家建構(gòu)活動(dòng)的一個(gè)最基本的制約前提。建構(gòu)理論模型的活動(dòng)是一種對(duì)世界的認(rèn)知活動(dòng)。建構(gòu)活動(dòng)中的虛構(gòu)性將會(huì)在與公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的比較中不斷地得到矯正，直至達(dá)到與真實(shí)世界完全一致為止?；蛘哒f，在一定的語境中，當(dāng)從理論模型作出的預(yù)言在經(jīng)驗(yàn)意義上不斷地得到了證實(shí)的時(shí)候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當(dāng)科學(xué)共同體能夠依據(jù)理論模型所描述的可能世界的結(jié)構(gòu)來理解真實(shí)世界時(shí)，相似性關(guān)系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關(guān)系。
在這種理解方式中，真理是物理模型與真實(shí)世界之間的相似關(guān)系的一種極限，是在一定的語境中完善與發(fā)展理論的一個(gè)最終結(jié)果。這樣，在科學(xué)研究中，真理成為科學(xué)研究追求的一個(gè)最終目標(biāo)，而不是科學(xué)研究的邏輯起點(diǎn)?；蛘哒f，把真理理解成是在科學(xué)的探索過程中，成熟的物理模型與世界結(jié)構(gòu)之間達(dá)成的一致性關(guān)系。對(duì)真理的這種理解，使過去追求的客觀真理變成了與語境密切相關(guān)的一個(gè)概念。超出理論成真的語境范圍，真理也就失去了存在的前提和價(jià)值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點(diǎn)所不同，本文是通過改變對(duì)真理意義的理解方式，挽救了理論的客觀性。
如果把科學(xué)活動(dòng)理解成是對(duì)世界的模擬活動(dòng)，那么，在理論的建構(gòu)活動(dòng)中，科學(xué)理論的概念與術(shù)語所描述出的可能世界，只在一定的語境中與真實(shí)世界具有相似性。所以，相對(duì)于不可能被觀察到的真實(shí)世界而言，科學(xué)的話語（scientific discourses）將不再具有按字面所理解的意義，而是只具有隱喻的意義。只有當(dāng)理論與世界之間的關(guān)系趨向于一致性關(guān)系時(shí)，對(duì)某些概念的隱喻性理解才有可能變成字面語言的理解。所以，在科學(xué)研究的活動(dòng)中，研究對(duì)象越遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)話語中的隱喻成份就越多。這也許是為什么在量子理論產(chǎn)生的早期年代，物理學(xué)家在理解微觀現(xiàn)象時(shí)，不可能在微觀對(duì)象的粒子性和波動(dòng)性之間作出任何選擇的原因所在。實(shí)際上，微觀粒子的波——粒二象性概念只是在現(xiàn)象學(xué)意義上的一種典型的隱喻概念，它們并不擁有概念的字面意義，而只具有隱喻的意義。因此，它們不是對(duì)真實(shí)世界的基本結(jié)構(gòu)的實(shí)際描述。正如惠勒的“延遲實(shí)驗(yàn)”所揭示的那樣，物理學(xué)家不可能選擇用其中的一類圖象來解釋另一類圖象。只有當(dāng)關(guān)于微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)在可能世界的模型中得到全部模擬時(shí)，原來的波——粒二象性的概念才被一個(gè)更具有普遍意義的新的量子態(tài)概念所取代。
如果科學(xué)語言只具有隱喻的意義，科學(xué)理論所描述的是可能世界，那么，物理學(xué)家對(duì)測(cè)量現(xiàn)象的描述，也只是一種隱喻描述，而不是非隱喻的按照字義所理解的描述。這種描述既依賴于觀察者的背景知識(shí)，也依賴于當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展的水平。就像格式塔心理學(xué)所闡述的那樣，同樣的圖形、同一個(gè)對(duì)象，不同的觀察者會(huì)得出不同的結(jié)論。在這個(gè)意義上，測(cè)量與觀察不再是純粹地揭示對(duì)象屬性的一種再現(xiàn)活動(dòng)，而是觀察者與對(duì)象發(fā)生相互作用之后，受到測(cè)量語境約束的一種生成活動(dòng)。在這個(gè)活動(dòng)中，就現(xiàn)象本身而言，至少包含有兩類信息：一是來自對(duì)象自身的信息；二是包括觀察者在內(nèi)的測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生相互作用時(shí)新生成的信息。
從這個(gè)意義上看，微觀粒子在測(cè)量過程中表現(xiàn)出的波——粒二象性只是一種現(xiàn)象學(xué)意義上的相似，而不是微觀粒子的真實(shí)存在。在大多數(shù)情況下，現(xiàn)象還不等于是證據(jù)，把現(xiàn)象作為一種證據(jù)表述出來，還要受到物理學(xué)家的背景知識(shí)和社會(huì)條件的制約，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制約。按照對(duì)理論、真理和測(cè)量的這種理解方式，由“波包塌縮”現(xiàn)象所反映的問題，就變成了提醒物理學(xué)家有必要對(duì)過去所忽視的物理測(cè)量過程的各個(gè)細(xì)節(jié)，對(duì)宏觀與微觀之間的過渡環(huán)節(jié)，進(jìn)行更細(xì)致的理論研究的一個(gè)信號(hào)，成為進(jìn)一步推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)技術(shù)性的物理學(xué)問題，而不再是觀念性的與實(shí)在論相矛盾的哲學(xué)問題。
玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語言對(duì)真實(shí)的量子世界進(jìn)行描述，而現(xiàn)有的量子力學(xué)在它的產(chǎn)生初期則是用隱喻的語言對(duì)量子世界的一種模擬描述。正是由于理論模型具有的相似性，才使得薛定諤的波動(dòng)力學(xué)與海森堡等人的矩陣力學(xué)能夠得出完全相同的結(jié)果，并最終證明兩者在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。在量子力學(xué)的語境中，不論是波動(dòng)圖象，還是粒子圖象都只是理論與世界之間的現(xiàn)象學(xué)意義上的初級(jí)相似。在以后的發(fā)展中，量子力學(xué)所描述的可能世界的預(yù)言與真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相一致的事實(shí)說明，當(dāng)馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態(tài)為基本概念建立了量子力學(xué)的公理化體系之后，這些現(xiàn)象學(xué)意義上的相似已經(jīng)上升到認(rèn)識(shí)論意義上的結(jié)構(gòu)相似，說明量子力學(xué)描述的可能世界與真實(shí)世界在微觀領(lǐng)域內(nèi)是一致的。這時(shí)，以波——粒二象性為基礎(chǔ)的隱喻圖象被整體論的世界圖象所取代。這也許正是物理學(xué)家可以在拋開哲學(xué)爭(zhēng)論的前提下，只注重量子物理學(xué)的技術(shù)性發(fā)展的一個(gè)原因所在。而相比之下，玻姆的理論不過是追求傳統(tǒng)意義上的非隱喻的字面圖象和傳統(tǒng)哲學(xué)觀念的一種理想產(chǎn)物。
在對(duì)理論、概念和真理的意義的這種理解方式中，理論與世界之間的一致性關(guān)系不是建立在命題與概念的層次上，而是以測(cè)量語境為本體，建立在物理模型與真實(shí)世界之間從現(xiàn)象學(xué)意義上的初級(jí)相似到認(rèn)識(shí)論意義上的結(jié)構(gòu)相似的基礎(chǔ)之上的。測(cè)量語境的本體性，成為我們?cè)谡J(rèn)識(shí)論意義上承認(rèn)科學(xué)理論是一個(gè)信念系統(tǒng)的同時(shí)，拒絕后現(xiàn)代主義者把理論理解成是可以隨意解讀的社會(huì)文本的極端觀點(diǎn)的根本保證。所以，真理的意義不是取決于詞、概念和命題與世界之間的直接符合，而是在于理論整體與世界整體之間在逼真意義上的一致性。由于可能世界與真實(shí)世界之間的這種一致性關(guān)系在一定程度上是依賴于社會(huì)技術(shù)條件的動(dòng)態(tài)關(guān)系。因此，以一致性為基礎(chǔ)的真理是依賴于語境的真理，它永遠(yuǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的和可變的概念，而不是靜止的和不變的概念。這顯然是對(duì)“把科學(xué)研究的目的理解為是追求真理”這句話的最好解答。
3．從思維方式的變革到語境實(shí)在論的基本原理
當(dāng)我們把對(duì)理論、真理和意義的這種理解方式應(yīng)用于對(duì)真實(shí)世界的認(rèn)識(shí)時(shí)，也可以在測(cè)量語境的基礎(chǔ)上，對(duì)理論進(jìn)行實(shí)在論的解釋。所不同的是，這種實(shí)在論不再是把科學(xué)理論理解成是提供關(guān)于世界的某種鏡象圖景的、以強(qiáng)調(diào)語言與命題的真理符合論為基礎(chǔ)的那種實(shí)在論，而是把科學(xué)理論理解成是通過先對(duì)世界的模擬，然后，與真實(shí)世界趨于一致的、依賴于測(cè)量語境的實(shí)在論。不同的理論模型和測(cè)量語境可以提供對(duì)世界的不同描述。但是，通過進(jìn)一步的觀察或?qū)嶒?yàn)，我們可以判斷哪一個(gè)模型能夠更好地與世界相一致。在這里，理論模型與世界之間的關(guān)系是一種相似關(guān)系，而不再是相符合的關(guān)系；測(cè)量結(jié)果與對(duì)象之間的關(guān)系是在特定條件下的一種境遇性關(guān)系，而不再是一種純粹的再現(xiàn)關(guān)系。我們把這種與量子力學(xué)的整體性特征相一致的量子實(shí)在論稱為“語境實(shí)在論”。用語境實(shí)在論的觀點(diǎn)取代傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)，必然帶來思維方式的根本轉(zhuǎn)變。需要以整體性的語境論的思維觀取代傳統(tǒng)思維觀。這種思維方式的逆轉(zhuǎn)主要通過下列幾個(gè)方面體現(xiàn)出來：
首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關(guān)系論（global-ontological relationalism）的觀點(diǎn)取代傳統(tǒng)的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點(diǎn)。承認(rèn)關(guān)系屬性或傾向性屬性的存在，承認(rèn)概率的實(shí)在性，承認(rèn)世界中的實(shí)體、屬性與關(guān)系之間的整體性。傳統(tǒng)的原子本體論總是把世界理解成是由可以進(jìn)行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學(xué)是這種本體論的一個(gè)典型范例；關(guān)系本體論則把世界理解成是一個(gè)不可分割的整體，整體大于部分之和，量子力學(xué)是這種本體論的一個(gè)典型范例。與原子本體論中認(rèn)為實(shí)體可以獨(dú)立地?fù)碛凶陨淼膶傩运煌?，在關(guān)系本體論中，實(shí)體及其屬性總是在一定的關(guān)系中體現(xiàn)出來。這里存在著兩層關(guān)系：一層是實(shí)體之間的內(nèi)在關(guān)系屬性；另一層是實(shí)體固有屬性表現(xiàn)的外在關(guān)系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現(xiàn)實(shí)性的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了有利條件。 其次，在認(rèn)識(shí)論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點(diǎn)取論模型的鏡象論的觀點(diǎn)。傳統(tǒng)的模型鏡象論觀點(diǎn)把理論理解成是命題的集合，命題與概念的指稱和意義是由對(duì)象決定的，它們的集合構(gòu)成了對(duì)對(duì)象的完備描述；而模型隱喻論的觀點(diǎn)雖然也認(rèn)為理論能夠以命題的形式表示出來，但是，理論不是命題的集合，而是包含有模仿世界的內(nèi)在機(jī)理的模型集合。理論與世界之間的關(guān)系不是傳統(tǒng)的相符合關(guān)系，而是在一定的語境中，理論描述的可能世界與真實(shí)世界之間以相似為基礎(chǔ)的一致性關(guān)系。理論系統(tǒng)的模型與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似程度決定理論的逼真性。這樣，真理不再是命題與世界之間的符合，而是成為理論的逼真性的一種極限情況。或者說，當(dāng)理論所描述的可能世界與真實(shí)世界相一致的時(shí)候，理論的真理才能出現(xiàn)。這是對(duì)基本的認(rèn)識(shí)論概念的倒轉(zhuǎn)：傳統(tǒng)的逼真性理論是用命題或命題集合的真理作為基本單元，來衡量理論距真理的距離，即理論的逼真度；而現(xiàn)在正好反過來，是通過對(duì)逼真性概念的理解來達(dá)到對(duì)真理的理解。
第三，在方法論意義上，用語義學(xué)方法取代傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論方法。在傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論方法中，是用命題的真理或圖象與世界之間的逼真度的術(shù)語來表達(dá)科學(xué)實(shí)在論的一般論點(diǎn)。然而，這種方法使我們從開始就需要清楚地辨別對(duì)一些解釋性描述的理解。例如，在相同的研究領(lǐng)域內(nèi)，我們?yōu)槭裁茨軌蛘f，一個(gè)理論比與它相競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)理論更逼近真理或更遠(yuǎn)離真理？對(duì)于諸如此類的問題，如果沒有一個(gè)明確的和可辯護(hù)的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。結(jié)果，對(duì)理論的逼真性的論證反而成為對(duì)“認(rèn)識(shí)的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認(rèn)識(shí)論的懷疑論觀點(diǎn)。但是，如果我們?cè)谡Z義學(xué)的語境中，通過對(duì)逼真性概念的分析與辯護(hù)，然后，衍生出理論的真理，對(duì)上述問題的理解方式將不會(huì)陷入如此的認(rèn)識(shí)論困境。并且從認(rèn)識(shí)論的懷疑論也不會(huì)推論出語義學(xué)的懷疑論。
第四，在經(jīng)驗(yàn)的意義上，用現(xiàn)象生成論的測(cè)量觀取代現(xiàn)象再現(xiàn)論的測(cè)量觀。所謂現(xiàn)象再現(xiàn)論的測(cè)量觀是指，把物理測(cè)量結(jié)果理解成是對(duì)對(duì)象固有屬性的一種再現(xiàn)，測(cè)量儀器的使用不會(huì)對(duì)對(duì)象屬性的揭示產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的干擾，它扮演著一個(gè)單純意義上的工具角色。理論術(shù)語能夠?qū)@些觀察證據(jù)進(jìn)行精確的表述。觀察證據(jù)的這種純粹客觀性成為建構(gòu)與判別理論的邏輯起點(diǎn)；而現(xiàn)象生成論的測(cè)量觀則認(rèn)為，測(cè)量是對(duì)世界的一種透視，測(cè)量結(jié)果是在對(duì)象與測(cè)量環(huán)境相互作用的過程中生成的。測(cè)量結(jié)果所表達(dá)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，不是純粹對(duì)世界狀態(tài)的反映，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)事實(shí)存在于我們的信念系統(tǒng)之中，而不是獨(dú)立于觀察者的意識(shí)或論述之外與世界的純粹符合，只是在特定的測(cè)量語境中的一種相對(duì)表現(xiàn)，是相互作用的結(jié)果?；蛘哒f，測(cè)量語境構(gòu)成了對(duì)象屬性有可能被認(rèn)識(shí)的必要條件。
所以，理論的逼真度與科學(xué)進(jìn)步之間的聯(lián)系，應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)的意義上來確立?？茖W(xué)進(jìn)步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似性出發(fā)，用逼真度的概念衡量科學(xué)研究綱領(lǐng)接近真理的程度。在這里，相似性不是一個(gè)命題，也不是兩個(gè)世界之間的一種固定不變的關(guān)系，而是依賴于語境的一個(gè)程度性的概念。它的內(nèi)容將會(huì)隨著我們對(duì)世界的不斷深入的理解而發(fā)生變化。所以，科學(xué)進(jìn)步不是真命題積累的問題，而是理論的成功預(yù)言與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的函數(shù)。
第五，在語義學(xué)的意義上，用整體論或依賴于語境的隱喻語言范式取代非隱喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。從17世紀(jì)開始，非隱喻的字面真理的范式就已經(jīng)被科學(xué)家廣泛地接受為是理想的語言。其動(dòng)機(jī)是期望把理論模型的言語和論證，建立在優(yōu)美而簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)和幾何的基礎(chǔ)之上。當(dāng)時(shí)的理性論者和經(jīng)驗(yàn)論者把科學(xué)語言當(dāng)成是理想的合乎理性的語言，或者說，把科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)看成是人類經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的典范。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，所有的知識(shí)與真實(shí)世界之間的關(guān)系是根據(jù)表征知識(shí)的命題方式來討論的，科學(xué)語言與概念的意義由它所表征的世界來確定，它們不僅在本質(zhì)上具有固有的字義，而且語言本身的字面意義就是使用詞語的標(biāo)準(zhǔn)。語言的意義不僅與語言的用法無關(guān)，而被認(rèn)為是客觀地對(duì)應(yīng)于世界的各個(gè)方面?？茖W(xué)的話語總是關(guān)于自然界的現(xiàn)象、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和原因的話語。
然而，在整體論的隱喻語言范式中，理論所討論的是由科學(xué)共同體提出的關(guān)于世界的因果結(jié)構(gòu)的信念，知識(shí)與真實(shí)世界之間的關(guān)系是根據(jù)可能世界與真實(shí)世界之間的相似關(guān)系來討論的。在這里，兩個(gè)世界之間的相似程度的提高是它們共有屬性的函數(shù)。在隱喻的意義上，語言與概念的意義是極其模糊的和語境化的，隱喻的表達(dá)通常并不直接對(duì)應(yīng)于世界中的實(shí)體或事件：即，按照字面的意義理解隱喻的陳述常常是錯(cuò)誤的。例如，在理解量子測(cè)量現(xiàn)象時(shí)，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，或者強(qiáng)調(diào)使用粒子語言，或者強(qiáng)調(diào)波動(dòng)語言都是失敗的。這也是玻爾的互補(bǔ)性原理在量子力學(xué)的時(shí)期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點(diǎn)來看，關(guān)于微觀世界的粒子圖象或波動(dòng)圖象只不過是傳統(tǒng)思維慣性的一種最顯著的表現(xiàn)而已。事實(shí)上，這兩種圖象都只是一種隱喻意義上的圖象，而不代表微觀世界的真實(shí)圖象。隱喻與其它非字面的言詞是依賴于語境的。正如后期維特根斯所言，語言與概念的意義依賴于活動(dòng)，使用一個(gè)符號(hào)的充分必要條件必須包括對(duì)活動(dòng)的描述。
在這種整體論的思維方式的基礎(chǔ)上，我們可以把語境實(shí)在論的主要觀點(diǎn)，總結(jié)為下列六個(gè)基本原理：
本體論原理：在物理測(cè)量的過程中，物理學(xué)家所觀察到的現(xiàn)象是由不可能被直接觀察到的過程因果性地引起的。這些不可能被直接觀察到的過程是獨(dú)立于人心而自在自為地存在著的。
方法論原理：對(duì)一個(gè)真實(shí)過程的理論模型的建構(gòu)，是對(duì)不可能被觀察到的真實(shí)世界的機(jī)理和結(jié)構(gòu)的模擬。對(duì)于真實(shí)世界而言，它在現(xiàn)象學(xué)意義上的表現(xiàn)與它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)或機(jī)理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經(jīng)驗(yàn)的適當(dāng)性。
認(rèn)識(shí)論原理：理論描述的可能世界與真實(shí)世界只具有的相似性，它們之間的相似程度是它們具有的共同特性的函數(shù)。這些共性是在實(shí)驗(yàn)與測(cè)量語境中找到的。
語義學(xué)原理：在一定的語境中，理論模型與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似關(guān)系決定理論的逼真性。在理想的情況下，真理是理論描述的可能世界逼近真實(shí)世界的一種極限。
價(jià)值論原理：科學(xué)理論的建構(gòu)在最終意義上總要受到實(shí)驗(yàn)證據(jù)的制約，科學(xué)理論的發(fā)展總是向著越來越接近真實(shí)世界機(jī)理的方向發(fā)展的。
倫理學(xué)原理：包括人類在內(nèi)的自然界具有不可分割的整體性，關(guān)于人類行為的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該建立在人與自然的整體性關(guān)系上。
4．科學(xué)進(jìn)步的語境生成論模式
探討科學(xué)進(jìn)步的模式問題一直是科學(xué)哲學(xué)研究中的重大理論問題之一。不同的學(xué)派提出了不同的觀點(diǎn)。邏輯實(shí)證主義者繼承了自培根以來的哲學(xué)傳統(tǒng)，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展在于對(duì)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)的真命題的積累。理論所包括的真命題越多，它就越逼近真理。波普爾把理論逼近真理的這種性質(zhì)稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認(rèn)為，理論是真內(nèi)容與假內(nèi)容的統(tǒng)一，理論的逼真度等于理論中的真內(nèi)容與假內(nèi)容之差。而真內(nèi)容由理論中那些得到經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)的真命題所組成。真命題越多，理論的逼真度就越高。在所有這些觀點(diǎn)中，逼真性的主要特性是用命題與事實(shí)的符合作為近似真理的基本單元。換言之，是用命題真理的術(shù)語來理解理論的逼真性。在這里“符合”沒有程度上的差別；逼真性與真理之間的關(guān)系是部分與整體之間的關(guān)系。這種“符合”或“與事實(shí)相符”包含著四個(gè)方面的關(guān)系：其一，句子的主語與謂詞之間處于相互聯(lián)系的狀態(tài)；其二，事態(tài)（the state of affairs）與主語之間的指稱關(guān)系；其三，謂詞表達(dá)與被選擇的事態(tài)之間的指稱關(guān)系；其四，說話者所選擇的對(duì)象與事態(tài)之間的相適合關(guān)系。[1]
然而，這種以真命題的多少來衡量理論的逼真度的方法，似乎沒有辦法回答諸如下面的那些問題：如果一個(gè)理論最后被證明是與事實(shí)不相符，那么，這個(gè)理論怎么可能接近真理呢？比如說，在當(dāng)前的情況下，量子場(chǎng)論還是一個(gè)不成熟的理論，它在未來一定會(huì)被加以修改，那么，我們能夠說，量子場(chǎng)論不如牛頓力學(xué)與事實(shí)更相符嗎？此外，“符合事實(shí)”這個(gè)概念也會(huì)遇到同樣的問題：如果某個(gè)理論根本就是錯(cuò)誤的，我們又怎能說，它與事實(shí)符合的更好或更糟呢？也許有些在表面上曾經(jīng)顯示出具有某種逼真性的理論，實(shí)際上，它卻在根本意義上就是錯(cuò)的。例如，化學(xué)中的“燃素說”、物理學(xué)中的“地心說”，等等，這些理論都曾經(jīng)在科學(xué)家的實(shí)際工作中，起到過積極的作用。但是，后來的發(fā)展證明，它們都是錯(cuò)誤的假說。另一方面，這種方法還無法解釋為什么在前后相繼的理論中使用的同一個(gè)概念，卻具有不同的內(nèi)涵這樣的問題。例如，經(jīng)典物理學(xué)中的質(zhì)量概念不同于相對(duì)論力學(xué)中的質(zhì)量概念；量子力學(xué)的中微觀粒子概念也比經(jīng)典物理學(xué)中的粒子概念擁有更豐富的內(nèi)涵。庫恩在闡述他的科學(xué)進(jìn)步的范式論模式時(shí)，為了避免上述問題的出現(xiàn)，走向了徹底的相對(duì)主義。
如果我們用強(qiáng)調(diào)理論描述的物理模型與世界之間的相似性比較，取論中包含的真命題的比較來理解理論的逼真性，那么，上述問題就很容易得到解決。在特定的語境中，并存著的相互競(jìng)爭(zhēng)的理論，分別描繪出幾個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的可能世界，這些可能世界與真實(shí)世界之間的相似程度決定理論的逼真性。逼真度越高的理論，將會(huì)越客觀、越接近于真理。真理是理論的逼真度等于1時(shí)的一種極限情況。例如，牛頓力學(xué)比伽里略的力學(xué)更接近真理的真正理由是，因?yàn)榕ｎD物理學(xué)所描繪的世界模型比伽里略物理學(xué)所描繪的世界模型與真實(shí)世界更相似。而不應(yīng)該把這個(gè)結(jié)論替換成是，在每一個(gè)方法中通過真命題的計(jì)數(shù)來使它們與精確地說明真實(shí)世界的真命題的總數(shù)進(jìn)行比較后作出的選擇。前后相繼的理論中所使用的共同概念的意義也是依賴于可能世界的。不同層次的可能世界雖然賦予同一個(gè)概念以不同的內(nèi)涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實(shí)世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，所以，對(duì)為什么同一個(gè)概念會(huì)有不同內(nèi)涵的問題就容易理解了。
我們把由理論描繪的可能世界逼近真實(shí)世界的過程，以及前后相繼的理論之間的更替關(guān)系總結(jié)為：
前語境階段——語境確立階段——語境擴(kuò)張階段——語境轉(zhuǎn)換階段
——新的語境確立階段……
在科學(xué)進(jìn)步的這個(gè)模式中，前語境階段是指，當(dāng)科學(xué)進(jìn)入一個(gè)新的研究領(lǐng)域時(shí)，面對(duì)不可能被舊理論所解釋的有限數(shù)量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和存在的重要問題，科學(xué)家首先是進(jìn)行大膽的創(chuàng)新和積極地猜測(cè)，提出可能與證據(jù)相一致的相互競(jìng)爭(zhēng)的理論或假說。這些理論或假說分別描繪出了相互競(jìng)爭(zhēng)的各種可能世界的圖象。這個(gè)時(shí)期，科學(xué)家在建構(gòu)理論時(shí)，通過模型與現(xiàn)象的比較來約束他們的想象?；蛘哒f，他們的富有創(chuàng)造性的想象力是一種意向性的想象，而不是完全隨意的想象。這種意向性的信息直接來自不可能被直接觀察到的對(duì)象本身。科學(xué)家在相互競(jìng)爭(zhēng)的理論中作出選擇時(shí)，依賴于兩個(gè)主要的歸納根據(jù)：其一，相信任何一個(gè)理論模型的建構(gòu)都是為了盡可能準(zhǔn)確地模擬真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)和機(jī)理；其二，依據(jù)模型所產(chǎn)生的信念能夠作為成為設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是為了探索世界，和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ团c它所表征的世界之間的類似程度。在特定領(lǐng)域內(nèi)和一定的歷史條件下，根據(jù)一個(gè)理論的信念所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)越新穎，在得到應(yīng)用之后，越能夠證明理論的成功性。同時(shí)，理論的調(diào)整總是向著與新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的方向進(jìn)行的。而新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由自然界中某種未知的因果機(jī)理引起的。
然而，說明的成功（explanatory success）只是理論逼近真理的一個(gè)象征或一個(gè)結(jié)果，或者說，說明的成功只是理論逼近真理的一個(gè)必要條件。凡是逼真的理論都必定能夠?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出成功的說明。但是，并不是每一個(gè)擁有成功說明的理論都是逼真的理論。在理論的說明中，理論的逼真性與不斷增加的成功之間的聯(lián)系應(yīng)該是一個(gè)認(rèn)識(shí)論問題，而不是一個(gè)語義學(xué)問題。一個(gè)完整的科學(xué)理論從產(chǎn)生到成熟通常要經(jīng)過三個(gè)階段：其一，對(duì)現(xiàn)象的描述階段，這個(gè)階段得到了在經(jīng)驗(yàn)上恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?。例如，在量子力學(xué)之前，玻爾等人提出的各種原子模型；第二個(gè)階段是建立一個(gè)理論的說明模型。例如，現(xiàn)有的量子力學(xué)的數(shù)學(xué)形式體系。第三個(gè)階段是為成功的說明模型尋找一種可理解的機(jī)理，或者說，對(duì)說明模型提供語義學(xué)的基礎(chǔ)。相對(duì)于一個(gè)成熟的科學(xué)理論而言，現(xiàn)象——模型——機(jī)理三者之間的相互關(guān)系具有內(nèi)在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學(xué)家在理解量子力學(xué)的內(nèi)在機(jī)理的問題上沒有達(dá)成共識(shí)時(shí)，產(chǎn)生了量子力學(xué)的解釋問題的原因所在。
在這里，我們所說的模型是指物理模型而不是僅僅指數(shù)學(xué)模型。物理模型除了包括數(shù)學(xué)模型之外，還包括理解世界的構(gòu)成機(jī)理的模型。物理模型是為數(shù)學(xué)模型提供一個(gè)語義學(xué)基礎(chǔ)。例如，分子運(yùn)動(dòng)論模型是解釋壓強(qiáng)公式的語義學(xué)基礎(chǔ)；場(chǎng)的觀點(diǎn)是理解引力理論的語義學(xué)基礎(chǔ)。所以，物理學(xué)中的模型是指真實(shí)物理系統(tǒng)的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數(shù)學(xué)系統(tǒng)翻譯為一個(gè)可理解的論述。正是在這個(gè)意義上，物理學(xué)模型是指一個(gè)模型簇。由這些模型簇所描繪的可能世界的結(jié)構(gòu)與真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)之間的相似關(guān)系，在選擇理論時(shí)是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學(xué)實(shí)踐中被不斷地修改和擴(kuò)展以適應(yīng)新的現(xiàn)象，而不是靜止的和孤立的；另一方面，它使相互競(jìng)爭(zhēng)的理論之間的選擇在科學(xué)實(shí)踐的規(guī)則與活動(dòng)之內(nèi)自然地得到了求解。這時(shí)，被淘汰掉的理論并非必須要被證偽（盡管證偽也是因素之一），而是如同生物進(jìn)化那樣是自然選擇的結(jié)果。
在這里，把逼真度作為選擇理論的標(biāo)準(zhǔn)，與要么強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，要么強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)證偽的標(biāo)準(zhǔn)不同，它永遠(yuǎn)是動(dòng)態(tài)的和依賴于研究語境的概念。它既有助于把淘汰掉的理論中的某些合理化因素進(jìn)行再語境化，也能夠確保科學(xué)描述和與此相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技巧與獨(dú)立于人心的世界之間建立起一種物理聯(lián)結(jié)，從而堅(jiān)持了存在著一個(gè)不可能被觀察到的獨(dú)立于人心的世界的本體論的實(shí)在論觀點(diǎn)。大體上，衡量可能世界與真實(shí)世界之間的結(jié)構(gòu)或機(jī)理的相似程度可以通過它們之間的共有屬性（或共同特征）來進(jìn)行。如果用S（A ，B）表示兩個(gè)世界之間的基本特征的相似關(guān)系，用 A∩B表示共有屬性，A – B和 B - A表示它們之間的差異，那么，在定性的意義上，這些量之間的關(guān)系可以定性地表示為：[1]
S（A ，B）= C1F（A∩B）- C2F（A - B）- C3F（B - A）
這個(gè)公式說明，兩個(gè)世界之間的相似關(guān)系是它們的共性與差異的函數(shù)。當(dāng)C1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2和C3時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)之間的共性將比差異處于更重要的支配地位。其中，三個(gè)系數(shù)C1、C2和C3 的值是通過實(shí)驗(yàn)來確定的。這樣，我們就有可能在經(jīng)驗(yàn)的意義上來研究相似關(guān)系。在經(jīng)驗(yàn)的意義上，如果相互競(jìng)爭(zhēng)的理論中的某個(gè)理論的描述和說明模型能夠完全依據(jù)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和本體論概念被加以校準(zhǔn)，那么，我們就可以認(rèn)為，這個(gè)理論是似真的（plausible）。理論越擬真，它就越逼真。
在一個(gè)特定的語境中，當(dāng)一個(gè)理論的說明與理解模型能夠完全經(jīng)得起經(jīng)驗(yàn)的考驗(yàn)時(shí)，科學(xué)共同體將認(rèn)為理論描繪的可能世界與真實(shí)世界之間達(dá)到了某種一致性。這時(shí)，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了語境確立的階段。這個(gè)階段相當(dāng)于庫恩的常規(guī)科學(xué)時(shí)期或范式形成時(shí)期。這時(shí)，科學(xué)家不僅擁有共同的信念和共同的語言，而且擁有對(duì)真實(shí)世界的共同圖象。他們相信，理論描繪的可能世界代表了真實(shí)世界的內(nèi)在機(jī)理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實(shí)世界的圖象。為了進(jìn)一步探索真實(shí)世界的精細(xì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家常常會(huì)根據(jù)現(xiàn)有理論提供的信念和約定，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃，預(yù)言新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，特別是運(yùn)用成熟理論中的理論實(shí)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的語境階段。但是，這個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的語境邊界是非常不確定的。
當(dāng)科學(xué)家把成熟理論所揭示的世界機(jī)理作為一個(gè)范式和信念的基礎(chǔ)，延伸推廣到解釋其它相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)象時(shí)，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到語境的擴(kuò)張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴(kuò)張，也包括以它的基本原理為基礎(chǔ)的技術(shù)與實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學(xué)還是化學(xué)家，他們都用牛頓力學(xué)的基本思想解釋他們所面臨的其它領(lǐng)域內(nèi)的新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且成功地制造出了許多測(cè)量儀器；同樣，現(xiàn)代技術(shù)的崛起和分子生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科的產(chǎn)生都是量子力學(xué)的基本原理成功應(yīng)用的結(jié)果。所以，語境擴(kuò)張的過程實(shí)際上是已有語境膨脹的過程。當(dāng)科學(xué)共同體在語境擴(kuò)張的過程中，遇到了與理論信念相矛盾的而且是他們料想不到的實(shí)驗(yàn)事實(shí)時(shí)，他們才有可能開始對(duì)理論的信念產(chǎn)生懷疑，這時(shí)，理論的應(yīng)用邊界，或者說，語境擴(kuò)張的邊界逐漸地變得明確起來，科學(xué)的發(fā)展開始進(jìn)入語境轉(zhuǎn)換階段。在這個(gè)階段，舊語境的擴(kuò)張受到了限制，新的語境處于形成與培育當(dāng)中。新的理論競(jìng)爭(zhēng)也就隨之開始了。隨著新理論競(jìng)爭(zhēng)的開始，科學(xué)共同體的信念也在不斷地發(fā)生著改變，直到一個(gè)全新的語境形成為止。
當(dāng)新的語境確立之后，不僅科學(xué)家確立了新的信念，而且他們對(duì)問題的求解值域也隨之發(fā)生了改變。這時(shí)，原來前語境中的一些不合理的偏見，在新語境中得到了糾正。在前語境中是真理的理論，在后語境中失去了它的真理性。后語境的形成是伴隨著新理論的確立而完成的。由于新語境比舊語境揭示出了更深層次的世界結(jié)構(gòu)或機(jī)理。所以，它在理論信念、方法和技術(shù)層次的擴(kuò)張與滲透力將會(huì)比舊語境更強(qiáng)、更徹底。這也就是，為什么量子力學(xué)的產(chǎn)生所帶來的理論、方法與技術(shù)革命會(huì)比牛頓力學(xué)更深刻、更廣泛的原因所在。但是，前后語境之間的界線是連續(xù)的。這時(shí)，就像新理論是對(duì)舊理論的一種超越一樣，新語境也是對(duì)舊語境的一種超越。由于語境的變遷和運(yùn)動(dòng)是不斷地向著揭示世界的真實(shí)機(jī)理的方向發(fā)展的。因此，在語境中生成的理論也使得科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步向著不斷地逼近真理的方向進(jìn)行。本文把科學(xué)發(fā)展的這種模式稱為“語境生成論模式”。
這里包括兩個(gè)層次的生成，其一，理論的形成與完善是在特定的語境中進(jìn)行的；其二，科學(xué)進(jìn)步也是在語境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強(qiáng)調(diào)語境化并不意味著使科學(xué)進(jìn)步成為無規(guī)則的游戲。把理論系統(tǒng)放置于特定的語境當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的開放性和連續(xù)性。在這個(gè)意義上，語境論的事實(shí)也是一種客觀事實(shí)。運(yùn)用語境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學(xué)進(jìn)步過程中的微觀的邏輯結(jié)構(gòu)與宏觀的歷史背景有機(jī)地結(jié)合起來，而且能夠使基本的內(nèi)在邏輯的東西在歷史的發(fā)展中內(nèi)化到新的語境當(dāng)中，從而使得語境在自然更替的同時(shí)，一方面，完成了理論知識(shí)的積累與繼承的任務(wù)；另一方面，揭示出更深層次的世界機(jī)理。所以，語境生成論的科學(xué)進(jìn)步模式既不會(huì)像庫恩的范式論那樣，走向相對(duì)主義，也不會(huì)像普特南那樣，走向多元真理論。科學(xué)進(jìn)步的語境生成論模式，既能夠包容相對(duì)主義的某些合理成份，又能夠堅(jiān)持實(shí)在論的立場(chǎng)。
5．結(jié)語
從量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)論教益中抽象出的語境實(shí)在論的觀點(diǎn)，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點(diǎn)有機(jī)地融合在一起的實(shí)在論觀點(diǎn)。它不僅能夠賦予量子力學(xué)以實(shí)在論的解釋，而且為解決科學(xué)實(shí)在論面臨的許多責(zé)難，理清上世紀(jì)末圍繞“索卡爾事件”所發(fā)生的一場(chǎng)震驚西方學(xué)壇的科學(xué)大戰(zhàn)，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經(jīng)在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實(shí)在論已經(jīng)死了”。[2] 然而，我們通過對(duì)量子力學(xué)與實(shí)在論的分析，在放棄了傳統(tǒng)的真理符合論之后，運(yùn)用隱喻思考與模型化方法所得出的結(jié)論則是，“實(shí)在論還活著，而且活的很好”。
[1] D.Bohm and B.J.Hiley， The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory， Routledge and Kegan Paul， London (1993).
[1] Jeffrey Alan Barrett， The Quantum Mechanics of Minds and Worlds， Oxford University Press (1999).
[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.
[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.
本書詳細(xì)闡述了熱中子散射的基本量子理論以及相關(guān)概念對(duì)于晶體、液體和磁系統(tǒng)散射的應(yīng)用。細(xì)致地介紹了散射的關(guān)聯(lián)函數(shù)、散射的動(dòng)力學(xué)理論和散射過程中的極化分析。特別強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)代方法的應(yīng)用。它的第1版于1978年問世，第2版于1996年出版。本書是作者去世2年以后2012年出版的第3版。
本書源自1973年由物理研究所和法拉第協(xié)會(huì)中子散射組組織的暑期學(xué)校的一些講義。它是為從事熱中子散射研究的實(shí)驗(yàn)者而非理論家撰寫的，他們想以一種非正式的方式了解該領(lǐng)域的理論思想。但是作者希望本書也能引起相關(guān)領(lǐng)域的更廣泛的學(xué)生和研究人員的興趣。
本書并未要求讀者先具備熱中子散射的知識(shí)，但要求熟悉量子力學(xué)和固體物理學(xué)的基本概念，為方便讀者利用該書，本書附錄中簡(jiǎn)略地歸納了相關(guān)論題必需的一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括了簡(jiǎn)明扼要的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明。
本書作者Gordon L. Squires （1924-2010）從1956年起擔(dān)任劍橋大學(xué)物理學(xué)講師和劍橋大學(xué)三一學(xué)院研究員，由劍橋大學(xué)出版社出版的他的“量子力學(xué)習(xí)題集”（Problems in Quantum Mechanics with Solutions）受到普遍的好評(píng)。1991年他退休之后直到2010年去世，一直擔(dān)任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室博物館館長，撰寫了許多關(guān)于劍橋的科學(xué)家和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的文章。
1、相對(duì)論是20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦提出的。相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的理論，依其研究對(duì)象的不同可分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。
2、相對(duì)論和量子力學(xué)的提出給物理學(xué)帶來了革命性的變化，它們共同奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。相對(duì)論極大地改變了人類對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出了“同時(shí)的相對(duì)性”、“四維時(shí)空”、“彎曲時(shí)空”等全新的概念。不過近年來，人們對(duì)于物理理論的分類有了一種新的認(rèn)識(shí)——以其理論是否是決定論的來劃分經(jīng)典與非經(jīng)典的物理學(xué)，即“非經(jīng)典的=量子的”。在這個(gè)意義下，相對(duì)論仍然是一種經(jīng)典的理論。
3、狹義相對(duì)論在狹義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)兩個(gè)體系，指出它們都服從狹義相對(duì)性原理，都是對(duì)洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學(xué)只不過是物體在低速運(yùn)動(dòng)下很好的近似規(guī)律。廣義相對(duì)論又在廣義協(xié)變的基礎(chǔ)上，通過等效原理，建立了局域慣性長與普遍參照系數(shù)之間的關(guān)系，得到了所有物理規(guī)律的廣義協(xié)變形式，并建立了廣義協(xié)變的引力理論，而牛頓引力理論只是它的一級(jí)近似。
4、這就從根本上解決了以前物理學(xué)只限于慣性系的問題，從邏輯上得到了合理的安排。相對(duì)論嚴(yán)格地考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時(shí)空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學(xué)；課程特點(diǎn)；學(xué)習(xí)興趣；教學(xué)
中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）20-0118-03
結(jié)構(gòu)化學(xué)是在原子、分子的水平上研究原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與其性能關(guān)系的科學(xué)[1-4]。著名化學(xué)家L.Pauling說過“當(dāng)任何一種物體，當(dāng)它的性質(zhì)和物體的結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來時(shí)，那么這樣一種性質(zhì)最容易最清楚地被理解”，理論化學(xué)家R.Hoffmann也曾說過“化學(xué)理論最重要的作用是提供一種思維機(jī)制，以總結(jié)更新知識(shí)”。從中可見結(jié)構(gòu)化學(xué)地位的重要性。該課程涉及的知識(shí)面廣，內(nèi)容相對(duì)抽象，要求學(xué)生具有較多的數(shù)理知識(shí)和豐富的空間思維能力，同時(shí)還要努力擺脫宏觀現(xiàn)象的傳統(tǒng)概念的束縛。大部分學(xué)生始終把學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)當(dāng)成一種負(fù)擔(dān)，學(xué)習(xí)起來感覺很枯燥，一知半解，似懂非懂，難以進(jìn)入狀態(tài)。因此，本人根據(jù)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的特點(diǎn)和學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的主要問題以及如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣三方面進(jìn)行了積極的思考和有益的探索。
一、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的特點(diǎn)
在高等師范院校中，結(jié)構(gòu)化學(xué)課程通常開設(shè)在第三學(xué)年，是在學(xué)生修完高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等課程基礎(chǔ)上開設(shè)的。該課程主要包括三種理論（量子理論、化學(xué)鍵理論和點(diǎn)陣?yán)碚摚?，三種結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)），三個(gè)基礎(chǔ)（量子力學(xué)基礎(chǔ)、對(duì)稱性基礎(chǔ)和晶體學(xué)基礎(chǔ)），這也是學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)時(shí)所要掌握的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法[2]。
結(jié)構(gòu)化學(xué)是學(xué)生本科階段初次接觸的理論課程，它是一門以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，從微觀的角度來研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的學(xué)科，具有概念多，內(nèi)容抽象，系統(tǒng)性、理論性較強(qiáng)等特點(diǎn)。另外，結(jié)構(gòu)化學(xué)與數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科互為交叉，所以要求學(xué)生具有嚴(yán)密的邏輯思維和扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)。其次，化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，但是其研究的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)很難在宏觀的實(shí)驗(yàn)中觀察出來，所以還要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間思維能力。因此，結(jié)構(gòu)化學(xué)比較深?yuàn)W、難學(xué)、難懂，往往被大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為是最難學(xué)的課程之一。
二、學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)過程中存在的主要問題
1.從心理上害怕結(jié)構(gòu)化學(xué)。結(jié)構(gòu)化學(xué)所涉及的基本概念及理論高度抽象，一方面，有些老師在上第一節(jié)課時(shí)會(huì)告訴學(xué)生結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課程很重要，也很難學(xué)，許多同學(xué)都因不及格而重修；另一方面，學(xué)生還沒開始正式學(xué)習(xí)，就從高年級(jí)學(xué)生那里得知結(jié)構(gòu)化學(xué)難學(xué)，不及格率較高。因此，從心理上學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)產(chǎn)生一種畏懼和抵觸心理。
2.學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)存在誤區(qū)。很多學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容沒有充分認(rèn)識(shí)，認(rèn)為研究生入學(xué)資格考試不考結(jié)構(gòu)化學(xué)，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)根本沒用，只是為了應(yīng)付考試。實(shí)際上這是一種誤區(qū)，部分高校（如南開大學(xué)）物理化學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位研究生的入學(xué)考試就包含結(jié)構(gòu)化學(xué)。而且結(jié)構(gòu)化學(xué)也非常有用，可以了解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，可以合成滿足人類一定需要的新物質(zhì)，也是學(xué)習(xí)高等化學(xué)的基礎(chǔ)等。
3.學(xué)生數(shù)理知識(shí)薄弱。結(jié)構(gòu)化學(xué)內(nèi)容涉及面廣，如需具備高等數(shù)學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)及量子力學(xué)等知識(shí)，學(xué)習(xí)化學(xué)的學(xué)生數(shù)理知識(shí)普遍較差，對(duì)于結(jié)構(gòu)化學(xué)中大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程感覺很費(fèi)力，致使學(xué)生對(duì)該課程產(chǎn)生排斥心理。
4.缺乏微觀分析能力。量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)[5]。結(jié)構(gòu)化學(xué)以量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，使人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)從宏觀層次進(jìn)入了微觀層次。而量子力學(xué)獨(dú)立于經(jīng)典物理學(xué)，自成一套理論體系，內(nèi)容抽象，脫離生活實(shí)際，邏輯性強(qiáng)，抽象思維程度高，學(xué)生易受宏觀思維定式束縛。
5.理論與實(shí)踐脫節(jié)。結(jié)構(gòu)化學(xué)是重要的基礎(chǔ)科學(xué)之一，是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在與物理學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的相互滲透中，得到了迅速的發(fā)展，也推動(dòng)了其他學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展。但是，在學(xué)習(xí)這門課程的同時(shí)，多數(shù)學(xué)生只在乎教程中的理論知識(shí)，從而忽略了思考與其他學(xué)科的相互關(guān)聯(lián)。另外，大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)缺乏實(shí)踐，把學(xué)習(xí)它當(dāng)成了一項(xiàng)應(yīng)付考試的任務(wù)，這與學(xué)習(xí)這門課的宗旨背道而馳。
6.學(xué)生之間缺乏交流。結(jié)構(gòu)化學(xué)以數(shù)學(xué)邏輯推導(dǎo)為基礎(chǔ)，物理模型抽象難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)方式單一、被動(dòng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式主要體現(xiàn)個(gè)體性，教師與學(xué)生之間，學(xué)生與學(xué)生之間經(jīng)常處于一種緊張甚至對(duì)立的狀態(tài)，課堂上很少看見人際間的交流、觀點(diǎn)的交鋒和智慧的碰撞，學(xué)生的學(xué)習(xí)始終處于被動(dòng)應(yīng)付狀態(tài)。學(xué)生缺少自主探索、合作交流、獨(dú)立獲取知識(shí)的機(jī)會(huì)，很少有機(jī)會(huì)表達(dá)自己的理解和意見。
三、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的興趣
根據(jù)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的上述特點(diǎn)及學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的主要問題，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是提高結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的前提和關(guān)鍵。愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師?！睂W(xué)生只有有了學(xué)習(xí)興趣，才會(huì)積極配合教師的教學(xué)，教師才能夠更新教學(xué)理念，提高課程教學(xué)效果。下面筆者結(jié)合兩年來在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的親身體會(huì)，介紹在結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)中如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
1.明確學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的目的與意義。結(jié)構(gòu)化學(xué)包括很多有用的基本概念和許多重要的規(guī)律和原理。教師要讓學(xué)生了解通過結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)可以學(xué)到扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和和理論知識(shí)，可為后續(xù)專門化課程的學(xué)習(xí)做好必要的理論基礎(chǔ)。同時(shí)也讓學(xué)生知道通過結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)可以了解化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，例如，NO分子分解為N2和O2時(shí)在熱力學(xué)上是可以自發(fā)進(jìn)行的，但此反應(yīng)是動(dòng)力學(xué)禁阻的，只有用結(jié)構(gòu)化學(xué)中的前線軌道理論才能夠容易證明這一點(diǎn)。另外，通過結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，人們很容易合成出新物質(zhì)（如新材料、新藥的合成），其結(jié)構(gòu)測(cè)定與分子的設(shè)計(jì)過程必須具有扎實(shí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)。還有結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展對(duì)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展也有重大的推動(dòng)作用（化學(xué)界化學(xué)的兩次革命性飛躍）等。
2.介紹科學(xué)奇聞趣事，陶冶學(xué)生情操。結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容理論性較強(qiáng)，若在課堂教學(xué)中引入科學(xué)大師的物理學(xué)史教育，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如，在介紹薛定諤方程時(shí)，可以向大家介紹薛定諤的奮斗歷程，薛定諤被稱為量子物理學(xué)之父，23歲時(shí)獲得奧地利維也納大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，1926年建立波動(dòng)力學(xué)（39歲），1933年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（46歲），同時(shí)告訴學(xué)生薛定諤不僅僅數(shù)學(xué)物理好，而且他的文學(xué)功底也非常好，于1944年整理出版了一本著作《生命是什么》。這樣學(xué)生在了解相關(guān)知識(shí)背景的同時(shí)，開闊了視野，提高了思維能力，受到了科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神的熏陶，激發(fā)了其學(xué)習(xí)熱情。
3.充分利用多媒體輔助教學(xué)，提升課堂教學(xué)效果。多媒體輔助教學(xué)作為一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段，可以把文本、音頻、視頻、圖像、圖表、動(dòng)畫等多種媒體信息綜合為一體化并進(jìn)行加工處理，為課堂教學(xué)提供了豐富、直觀、真實(shí)的語言材料，啟迪學(xué)生的思維，從而優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，提高課堂教學(xué)效果。例如原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、電子云的概念、雜化軌道理論、等徑圓球密堆積結(jié)構(gòu)、離子晶體結(jié)構(gòu)等都比較抽象，想象力較差的學(xué)生理解起來相對(duì)困難，若我們?cè)谟?jì)算機(jī)軟件中，用二維、三維動(dòng)畫模擬顯示[6]，將抽象、微觀的內(nèi)容具體化、宏觀化，使學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)更好的理解。
4.把最新科研成果引入課堂，以科研促進(jìn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教師還可以精心創(chuàng)設(shè)一些引人入勝的實(shí)踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的趣味性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠感受到所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性。教材內(nèi)容往往有所落后，已不適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要，而社會(huì)生活和科學(xué)知識(shí)卻不斷地迅猛發(fā)展，及時(shí)給學(xué)生補(bǔ)充最新的信息，將新的科研動(dòng)態(tài)、知識(shí)引入結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)課堂，豐富課堂內(nèi)容，將抽象生硬的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為生動(dòng)具體的科研案例進(jìn)行解釋和說明，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，保證了教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了我們教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，使課堂教學(xué)的面貌大為改觀。
5.不斷改進(jìn)教學(xué)方法，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可采用多種形式的教學(xué)方法，創(chuàng)造一個(gè)輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師教學(xué)語言要盡可能做到用詞準(zhǔn)確，條理清晰，生動(dòng)有趣，富有感染力，學(xué)生易于接受。另外教師可以采用討論式教學(xué)方法，這種方法主要運(yùn)用習(xí)題范例和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)例，或者是就某一個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行辯論，師生平等互動(dòng)，活躍課堂氣氛，提高課堂教學(xué)效率。同時(shí)教師也可采用提問式課堂教學(xué)，引發(fā)學(xué)生好奇心，讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，不斷地激發(fā)他們的求知需求。再者，教師還可以精心創(chuàng)設(shè)一些引人入勝的教學(xué)情境，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的趣味性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠感受到其樂融融，從而達(dá)到“我要學(xué)”的最佳境地。
6.加強(qiáng)師生之間的情感交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課堂教學(xué)不僅是知識(shí)信息的交流過程，也是情感信息的交流過程。心理學(xué)家莫維爾說：“情感如同肥沃的土地，知識(shí)的種子就播種在土壤里?！笨梢姺e極的情感能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于優(yōu)化課堂教學(xué)，改善課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
四、小結(jié)
綜上所述，本文介紹了結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的特點(diǎn)、學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的主要問題以及如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，那么如何將結(jié)構(gòu)化學(xué)抽象、難以理解的知識(shí)形象化，如何運(yùn)用各種合理的教學(xué)方法提高自己的教學(xué)水平，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，仍然是教師特別是青年教師需要長期思考的一個(gè)問題。
參考文獻(xiàn)：
[1]潘道皚，趙成大，鄭載興.物質(zhì)結(jié)構(gòu)（第2版）[M].北京：高等教育出版社出版，2004.
[2]周公度，段連運(yùn).結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)（第4版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.
[3]彭鵬，柴春霞.高等師范院校結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的難點(diǎn)探析[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27（3）：75-77.
[4]孫巧珍.關(guān)于結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)改革的實(shí)踐體會(huì)[J].考試周刊，2011，（18）：27-28.
[5]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教程（第2版）[M].北京：科學(xué)出版社，2003.
[6]宋國拓，蔡俊.淺議化學(xué)教改前景――計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的應(yīng)用[J].西北民族學(xué)院學(xué)報(bào).2000，21（3）：23-25.
1.基本概念介紹
為了便于厘清量子通信技術(shù)的相關(guān)概念，本文基于量子行業(yè)曲線linkindustryDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.11.002可替代度影響力行業(yè)關(guān)聯(lián)度技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)概念內(nèi)在的聯(lián)系，下面著重對(duì)量子、量子通信、量子密鑰分發(fā)以及量子保密通信的概念分別予以闡述。
1.1量子
普朗克提出了光輻射的能量是非連續(xù)的，而是一份一份的，對(duì)于頻率為ν的電磁波，這一份能量為hν，其中，h為普朗克常數(shù)。這一份能量就是電磁波在頻率ν下的最小能量。隨著頻率的不同，這個(gè)最小能量也不同，普朗克稱這個(gè)最小能量為“量子”（Quantum）。愛因斯坦看到了普朗克的量子假說后，更進(jìn)一步地認(rèn)為，電磁波本質(zhì)上就是由一份一份的能量組成的，他稱為光量子，也就是光子（Photon）。
1.2量子通信
20世紀(jì)90年代以后，隨著對(duì)量子等微觀粒子的不斷調(diào)控，當(dāng)人們將基于經(jīng)典物理學(xué)描述過程的信息傳輸變換成基于量子力學(xué)描述和操控的過程時(shí)，便催生出了一種新的通信方式：量子通信。量子通信不應(yīng)該簡(jiǎn)單地從字面意思理解為通過量子來通信，真正的“量子通信”的含義應(yīng)是利用量子態(tài)作為信息載體來進(jìn)行信息交互的通信技術(shù)?，F(xiàn)階段，量子通信的一種典型應(yīng)用是量子密鑰分發(fā)（QuantumKeyDistribution，QKD），量子密鑰分發(fā)可用來實(shí)現(xiàn)經(jīng)典信息的安全傳輸。
1.3量子密鑰分發(fā)
量子密鑰分發(fā)作為量子通信的典型應(yīng)用之一，是最先實(shí)用化起來的量子信息技術(shù)?，F(xiàn)有實(shí)際的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主要采用的是由IBM的C.H.Bennett和G.Brassard在1984提出的BB84協(xié)議，其與經(jīng)典密碼體制不同，量子密鑰分發(fā)是基于量子力學(xué)的基本原理，能夠保證密鑰的安全性，這種安全性在學(xué)術(shù)界稱為“信息理論安全”或者“無條件安全”，是經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明的。因此，量子密鑰分發(fā)能夠在空間上分隔的用戶之間以信息理論安全的方式共享密鑰。1.4量子保密通信量子密鑰分發(fā)可以通過對(duì)量子態(tài)的傳輸和測(cè)量，為經(jīng)典數(shù)字通信建立牢不可破的量子密鑰，為經(jīng)典信息的加密服務(wù)提供安全性保證，因此，可以將QKD技術(shù)作為密鑰分發(fā)功能組件，結(jié)合適當(dāng)?shù)拿荑€管理、安全的密碼算法和協(xié)議而形成的加密通信安全解決方案定義為量子保密通信。目前，以量子密鑰分發(fā)為核心的量子保密通信已是量子通信領(lǐng)域的主要發(fā)展方向?；谇懊娴慕榻B，我們可以清晰地理出量子密鑰分發(fā)、量子通信和量子保密通信的層次關(guān)系，如圖1所示。
2.專利技術(shù)布局分析
近年來，國內(nèi)外對(duì)量子通信技術(shù)日益重視，紛紛加大對(duì)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)力度，圖2、圖3、圖4、圖8、圖9分別展示的全球/中國量子通信行業(yè)規(guī)模以及量子通信技術(shù)的專利申請(qǐng)量和專利申請(qǐng)人態(tài)勢(shì)的持續(xù)增長均可見一斑。我們通過對(duì)國際專利分類體系（IPC）和聯(lián)合專利分類體系（CPC）中的與量子通信相關(guān)的分類號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出與量子通信技術(shù)相關(guān)的分類號(hào)主要集中在H04L9、H04B10。其中H04L9主要描述的是量子密碼相關(guān)的密碼、密鑰的產(chǎn)生、共享或更新，H04B10主要描述的是量子通信的傳輸系統(tǒng)。通過對(duì)H04L9下的專利統(tǒng)計(jì)分析，將其技術(shù)分支劃分為量子密鑰分發(fā)、量子秘密共享、量子隱形傳態(tài)、量子安全直接通信、量子簽名、量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。通過對(duì)H04B10下的專利統(tǒng)計(jì)分析，將其技術(shù)分支劃分為信號(hào)生成、信號(hào)探測(cè)、信號(hào)調(diào)制。通過對(duì)上述技術(shù)分支進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不難看出量子密鑰分發(fā)、量子簽名和信號(hào)探測(cè)三個(gè)技術(shù)分支的相關(guān)專利申請(qǐng)居前，從側(cè)面也說明這三個(gè)技術(shù)分支是目前量子通信技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和關(guān)注所在。下面選取了量子通信技術(shù)中的量子密鑰分發(fā)和信號(hào)探測(cè)兩個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)分支來著重了解一下。
2.1關(guān)鍵技術(shù)之密鑰分發(fā)
通過對(duì)量子密鑰分發(fā)技術(shù)的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由圖6可知在全球和中國該關(guān)鍵技術(shù)近年來保持增長態(tài)勢(shì)。聚焦到該細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的專利分析后，發(fā)現(xiàn)目前針對(duì)該技術(shù)分支的研究的關(guān)注焦點(diǎn)主要集中在：（1）離散變量量子密鑰分發(fā)DV-QKD的改進(jìn)。如CN213879845U中采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一種三用戶TF-QKD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的只是兩用戶的量子通信TF-QKD協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；（2）連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)CV-QKD的改進(jìn)。如CN107682144A中優(yōu)化現(xiàn)有的信息調(diào)制技術(shù)，改進(jìn)數(shù)據(jù)后處理流程，提高后處理的數(shù)據(jù)處理速度，提高CV-QKD系統(tǒng)的密鑰率。在DV-QKD技術(shù)方面，尤其是雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議（Twin-FieldQuantumKeyDistribution，TF-QKD）的提出使得整個(gè)QKD傳輸系統(tǒng)的性能，尤其是數(shù)據(jù)傳輸能力，得到了顯著提高，而CV-QKD技術(shù)在成本和集成度方面優(yōu)勢(shì)明顯。基于目前CV-QKD技術(shù)和DV-QKD技術(shù)在安全傳輸距離方面存在的差異，以及兩者由于固有的特點(diǎn)在應(yīng)用場(chǎng)景上的不同側(cè)重，使得兩者可以形成很好的互補(bǔ)關(guān)系，從而具備了構(gòu)建商業(yè)化系統(tǒng)的條件。當(dāng)前國內(nèi)在DV-QKD方面的研究機(jī)構(gòu)主要有國盾量子、九州量子、國騰量子、華南師范大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、安徽問天量子科技；在CV-QKD方面的研究機(jī)構(gòu)主要有循態(tài)量子、華為、烽火通信、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)。
2.2關(guān)鍵技術(shù)之信號(hào)探測(cè)
通過對(duì)信號(hào)探測(cè)技術(shù)的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由圖7可知在全球和中國該關(guān)鍵技術(shù)近年來同樣保持增長態(tài)勢(shì)。聚焦到該細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的專利分析后，發(fā)現(xiàn)目前針對(duì)該技術(shù)分支研究的關(guān)注焦點(diǎn)主要集中在：（1）探測(cè)效率的改進(jìn)。如CN112929170A中引入本地本振強(qiáng)光，避免接收機(jī)的探測(cè)效率變低，提高系統(tǒng)的成碼率。（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。如CN107196758A中提供一種單光子探測(cè)方法，通過對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行相位切換和分段延時(shí)掃描的方式達(dá)到單光子信號(hào)的正周期延時(shí)，降低系統(tǒng)的冗余度。目前，單光子探測(cè)技術(shù)是量子通信系統(tǒng)中接收端探測(cè)微弱量子信號(hào)的主流技術(shù)，其中的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)（superconductingnanowiresinglephotondetector，SNSPD）技術(shù)具備低暗計(jì)數(shù)、高量子探測(cè)效率等優(yōu)異特性，成為量子通信系統(tǒng)信號(hào)接收端重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。2021年7月5日，中科大潘建偉團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本arXiv上公開了113個(gè)光子的量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)“九章2.0”，在實(shí)現(xiàn)“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解的同時(shí)，其中的一項(xiàng)核心技術(shù)SNSPD，使得平均系統(tǒng)探測(cè)效率達(dá)到了83%。
2.3量子通信技術(shù)的創(chuàng)新主體情況
從全球范圍的量子通信技術(shù)專利布局情況來看，目前國內(nèi)走在前列的創(chuàng)新主體有：九州量子、神州量子、安徽問天、國盾量子、如般量子、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、華南師范大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院、阿里巴巴。國外的創(chuàng)新主體主要分布在美國、歐洲、日本、韓國，包括：日本的東芝公司、日本電信電話株式會(huì)社、三菱株式會(huì)社、日本電氣株式會(huì)社，美國的MagiQ技術(shù)公司、惠普、谷歌，芬蘭的諾基亞，英國電信集團(tuán)，韓國電子通信研究院、韓國科學(xué)技術(shù)院。
3.未來發(fā)展展望
關(guān)鍵詞：固體物理;課程教學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)改革
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0158-02
固體物理，作為高等學(xué)校本科課程計(jì)劃中一門重要的基礎(chǔ)理論課程。它是以固體的組成結(jié)構(gòu)以及組成粒子（原子、離子、電子等）之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律為主要研究對(duì)象，闡明其各自相關(guān)的性能與用途[1]，是材料相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也在當(dāng)代科學(xué)研究中起著重要的基礎(chǔ)理論作用。材料學(xué)科專業(yè)的學(xué)生掌握一定的固體物理知識(shí)及其研究方法，有助于開闊科學(xué)視野，為今后的發(fā)展奠定知識(shí)基礎(chǔ)。因此，國內(nèi)綜合性大學(xué)、師范院校以及許多工科院校的理工科專業(yè)均普遍開設(shè)了這門課程。以此認(rèn)識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，筆者圍繞材料學(xué)科各專業(yè)固體物理教學(xué)的特點(diǎn)，結(jié)合固體物理課堂教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等方面提出了一些改革措施與探索，以期待為推動(dòng)高等學(xué)校固體物理課程教學(xué)的改革、提高教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。
一、材料學(xué)科固體物理教學(xué)現(xiàn)狀
高等學(xué)校材料學(xué)科相關(guān)專業(yè)要求培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)，能夠了解材料相關(guān)學(xué)科最新的發(fā)展趨勢(shì)，具有從事科學(xué)研究工作和專業(yè)技術(shù)工作的基本能力。因此，在材料學(xué)科的培養(yǎng)計(jì)劃中，要求學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)基本的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。固體物理課程就是其中一門重要的課程，它要求學(xué)生初步具備高等數(shù)學(xué)、普通物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和量子力學(xué)等相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)作為固體物理課程學(xué)習(xí)的前提，其主要目的是研究固體物質(zhì)（主要以晶態(tài)物質(zhì)為主）的基本物理性質(zhì)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動(dòng)形式及其相互關(guān)系[2]。作為工科材料學(xué)科的固體物理課程，其教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容與高等師范院校有明顯的差別。固體物理與材料學(xué)科的其他課程既有聯(lián)系又有區(qū)別。一方面，工科學(xué)生雖然經(jīng)過部分專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，具有大學(xué)物理和材料科學(xué)基礎(chǔ)等方面的知識(shí)，但是固體物理課程開設(shè)的前提要求學(xué)生具備有扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)、以及分析力學(xué)和群論的基礎(chǔ)知識(shí)，這些基礎(chǔ)是工科學(xué)生沒有學(xué)到也不具備的。另一方面，工科材料學(xué)科在固體物理教學(xué)的學(xué)時(shí)方面安排的較少，一般為32學(xué)時(shí)或40學(xué)時(shí)，因此，不可能在有限課堂上系統(tǒng)補(bǔ)習(xí)該方面的內(nèi)容，學(xué)生也更沒有更多的時(shí)間和精力去自學(xué)，更何況統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)等本身就有相當(dāng)?shù)碾y度[3]。綜合以上各方面的原因與現(xiàn)狀，工科材料學(xué)專業(yè)的本科學(xué)生的固體物理課，容易導(dǎo)致學(xué)生因基礎(chǔ)知識(shí)的不具備而跟不上固體物理的理論推導(dǎo)過程，造成教師很難順利將課程的主要內(nèi)容進(jìn)行完整而系統(tǒng)的講授，學(xué)生也聽不懂，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，在選擇教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和制定教學(xué)計(jì)劃等方面時(shí)，必須考慮學(xué)生對(duì)本課程的接受能力。
二、固體物理教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革措施
針對(duì)上述工科材料學(xué)科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備情況和現(xiàn)狀，以及考慮到固體物理課程的特點(diǎn)，筆者結(jié)合近幾年工科材料學(xué)科固體物理課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，對(duì)固體物理課程的教學(xué)進(jìn)行探索，提出以下關(guān)于本課程的改革措施。
（一）結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)，選用與本學(xué)科相適應(yīng)的教材
選擇一本好的教材，是學(xué)生學(xué)好一門課程的基礎(chǔ)。對(duì)于固體物理來說，不乏經(jīng)典的教材，如黃昆先生的教材[1]。但是，固體物理教材基本上是為物理專業(yè)的本科生和研究生而編寫的，現(xiàn)有的教材鮮有專門為工科材料等學(xué)科編寫的教材，對(duì)只有學(xué)習(xí)過普通物理和材料科學(xué)基礎(chǔ)等的工科本科生來說，本課程難度非常大。因此，對(duì)于工科材料學(xué)科的固體物理課程，在選擇教材時(shí)，盡量選擇能系統(tǒng)地包含固體物理的經(jīng)典內(nèi)容，同時(shí)要求容易理解和知識(shí)程度較淺的。選擇好一本教材時(shí)，還要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行篩選，選擇適合本專業(yè)章節(jié)，同時(shí)也要兼顧固體物理的系統(tǒng)性。
（二）制定符合本專業(yè)的教學(xué)大綱，合理選取教學(xué)內(nèi)容
固體物理內(nèi)容龐大，針對(duì)工科材料專業(yè)的特點(diǎn)，在制定教學(xué)大綱和選取教學(xué)內(nèi)容方面，保證固體物理教材系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上增強(qiáng)與工科材料學(xué)科的聯(lián)系，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)將固體物理實(shí)用而且精髓的部分講授給學(xué)生，就必須精選教學(xué)內(nèi)容。學(xué)習(xí)固體物理最重要的是清楚基本概念，物理原理和物理模型。針對(duì)材料學(xué)科學(xué)生固體物理基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的特點(diǎn)，盡量避免過于煩瑣的公式推導(dǎo)，如必須公式推導(dǎo)，要針對(duì)本專業(yè)學(xué)生所具備的基礎(chǔ)，講清公式的來龍去脈，細(xì)化推導(dǎo)過程，讓學(xué)生真正理解并掌握相關(guān)知識(shí)。
此外，還有考慮材料專業(yè)其他學(xué)科的內(nèi)容與固體物理相關(guān)章節(jié)的聯(lián)系性。像晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷等雖屬于固體物理的內(nèi)容，但該部分內(nèi)容已在材料科學(xué)基礎(chǔ)等專業(yè)課程中涉及到，沒有必須再去重復(fù)講述。對(duì)于一些涉及量子力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)的章節(jié)，如能帶理論部分，是必須要講清楚，學(xué)時(shí)重點(diǎn)掌握的內(nèi)容，但是，仍要在有限的學(xué)時(shí)中抽出時(shí)間補(bǔ)習(xí)這方面的基礎(chǔ)知識(shí)。
（三）傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代多媒體結(jié)合，選擇最佳教學(xué)方式
多媒體技術(shù)是指使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、動(dòng)畫、聲音等多種媒體信息進(jìn)行綜合處理和管理，使用戶可以通過多種感官與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交互的技術(shù)，可以有效的地利用到課程教學(xué)當(dāng)中。同傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，多媒體教學(xué)方式具有直觀性、圖文聲像并茂、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，能幫助學(xué)生多角度地理解掌握基本概念和方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性等，有助于突破教學(xué)難點(diǎn)。現(xiàn)代多媒體技術(shù)的運(yùn)用，使得課堂教學(xué)手段多樣化、現(xiàn)代化。例如，使用Diamond或Flash軟件，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維動(dòng)畫模擬，立體展示晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
然而，并不意味使用多媒體進(jìn)行教學(xué)這是萬能的，多媒體教學(xué)在某些方面也存在著局限性，它并非適合固體物理的所有章節(jié)和內(nèi)容，而是有一定的范圍的，每一部分內(nèi)容對(duì)多媒體教學(xué)的要求是不同的。如，固體物理的晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)等部分，使用多媒體可以直觀、形象演示其內(nèi)容，學(xué)生也容易理解和掌握，但對(duì)于理論較強(qiáng)的部分，如倒格空間、晶格振動(dòng)、能帶理論等，需要黑板板書與多媒體課件相結(jié)合，板書推導(dǎo)為主，多媒體演示為輔。因此，傳統(tǒng)的“板書的固體物理教學(xué)方式并不過時(shí)，而先進(jìn)的現(xiàn)代化多媒體教學(xué)亦非萬能，它們是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的，只有當(dāng)我們把這兩種教學(xué)方式巧妙的捏合在一起的時(shí)候，課堂教學(xué)效果才能達(dá)到最佳狀態(tài)。這對(duì)于別的課程教學(xué)也具有借鑒意義。
（四）教學(xué)過程引入學(xué)科前沿知識(shí)
固體物理學(xué)雖是一門基礎(chǔ)理論很強(qiáng)的課程，同時(shí)也是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，它與當(dāng)今最活躍的凝聚態(tài)物理以及新型材料科學(xué)緊密聯(lián)系在一起。固體物理其內(nèi)容豐富、體系龐大、理論性較強(qiáng)，同時(shí)，在教學(xué)和學(xué)習(xí)中，還要求學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論方面的解釋。但是，該方面也是最容易出現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)的狀況。針對(duì)這一方面的問題，在傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)中，將固體物理中相關(guān)的知識(shí)與本專業(yè)的其他課程相互聯(lián)系，也非常重要。
這就要在講授傳統(tǒng)固體物理教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，適當(dāng)?shù)匕雅c本學(xué)科知識(shí)相關(guān)的前沿動(dòng)態(tài)和研究熱點(diǎn)引入課堂教學(xué)，鞏固已學(xué)過的知識(shí)。本學(xué)科相關(guān)前沿知識(shí)的引入，一面強(qiáng)化了固體物理的基礎(chǔ)知識(shí)，拓寬了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)，開闊了科學(xué)研究的視野;另一方面也可以因材施教，滿足不同知識(shí)程度的學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。
（五）重視課后作業(yè)
固體物理是一門專業(yè)性很強(qiáng)的基礎(chǔ)理論課程，絕大部分學(xué)生尚不能在課堂上理解并掌握所學(xué)知識(shí)，這就需要課后作業(yè)。課后作業(yè)是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容加深理解和掌握的有效手段之一。課后作業(yè)同時(shí)也是課程教學(xué)的一個(gè)重要組成環(huán)節(jié)，是學(xué)生對(duì)所學(xué)新知識(shí)進(jìn)行鞏固發(fā)展的有效途徑，也是課堂教學(xué)的一個(gè)延續(xù)。如果學(xué)生能認(rèn)真對(duì)待課后作業(yè)，就會(huì)很好地鞏固、理解、運(yùn)用所學(xué)知識(shí);如果課后作業(yè)沒有充分發(fā)揮作用，則會(huì)直接影響到教學(xué)效果。對(duì)于材料專業(yè)的本科生來說，固體物理是一門基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的課程。在布置課后作業(yè)時(shí)，一方面要考慮到教材的習(xí)題中相對(duì)應(yīng)的題目作為學(xué)生的課后作業(yè);另一方面，為了加深課程中公式的推導(dǎo)的理解，可以將部分的公式推導(dǎo)安排在作業(yè)中，加深對(duì)課堂教學(xué)的理解。此外，針對(duì)某一些研究熱點(diǎn)，通過撰寫小論文，讓學(xué)生從固體物理的角度發(fā)表自己的看法，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的興趣，可以提高學(xué)生的自學(xué)能力、研究能力和創(chuàng)新能力。
三、結(jié)語
本文主要從固體物理課程的課堂內(nèi)容選擇、教學(xué)方式、教學(xué)形式以及課后作業(yè)等方面進(jìn)行了探索。材料學(xué)科的固體物理課程有其自己的特點(diǎn)，應(yīng)做到精選教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)突出，有的放矢。只要我們不斷改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，鼓勵(lì)學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，就能大大提高固體物理的教學(xué)手段和教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1]黃昆，韓汝琦，固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1997.
關(guān)鍵詞：智能信息處理技術(shù)；量子計(jì)算智能導(dǎo)論；教學(xué)實(shí)踐
人類正被數(shù)據(jù)淹沒，卻饑渴于知識(shí)。面臨浩瀚無際而被污染的數(shù)據(jù)，人們呼喚從數(shù)據(jù)中來一個(gè)去粗取精、去偽存真的技術(shù)。而數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中識(shí)別出有效的、新穎的、潛在有用的，以及最終可理解的知識(shí)和模式的高級(jí)操作過程，所以數(shù)據(jù)挖掘也可以說是一個(gè)模式識(shí)別的過程，因此模式識(shí)別領(lǐng)域的許多技術(shù)經(jīng)過一定的改進(jìn)便可以在數(shù)據(jù)挖掘中起重要的作用。計(jì)算智能(Computational Intelligence-CI)方法是傳統(tǒng)人工智能(Artificial Intelligence，AI)的擴(kuò)展，它是模式識(shí)別技術(shù)發(fā)展的新階段[1]。
科學(xué)家預(yù)言：“21世紀(jì)，人類將從經(jīng)典信息時(shí)代跨越到量子信息時(shí)代”。創(chuàng)立了一個(gè)世紀(jì)的量子力學(xué)隨著20世紀(jì)90年代與信息科學(xué)交叉融合誕生的量子信息學(xué)，已成為量子信息時(shí)代來臨的重要標(biāo)志[2]。量子計(jì)算智能導(dǎo)論作為信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、智能信息處理、人工智能等相關(guān)專業(yè)的研究生專業(yè)課程，已經(jīng)在越來越多的高等學(xué)校開設(shè)。
由于量子計(jì)算智能是一門跨越包括物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子機(jī)械、通訊、生理學(xué)、進(jìn)化理論和心理學(xué)等學(xué)科在內(nèi)的深?yuàn)W科學(xué)，因此量子計(jì)算智能導(dǎo)論的教學(xué)內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)的安排目前仍處在探索階段，尤其作為研究生課程如何使得學(xué)生在掌握深?yuàn)W理論的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，將理論轉(zhuǎn)化為技術(shù)與工具，從而提高動(dòng)手能力，這是每個(gè)研究生專業(yè)課任課老師的核心探索所在，因此就要求老師在授業(yè)解惑的同時(shí)關(guān)注前沿，以該學(xué)科的前沿領(lǐng)域?yàn)榻虒W(xué)指引，進(jìn)而更好的培養(yǎng)研究生主動(dòng)探索知識(shí)的能力。
1教材選擇
一本好的教材為教學(xué)起到了畫龍點(diǎn)睛的作用，因此教材的選擇即是老師對(duì)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的選擇。我們選擇教材，期望該教材由淺入深、深入淺出、可讀性好，具有系統(tǒng)性、交叉性、前沿性等特點(diǎn)。由于量子計(jì)算智能導(dǎo)論為全校研究生的專業(yè)課程，而量子計(jì)算智能是一門多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科，因此我們要考慮到來自學(xué)校不同專業(yè)背景，以及在物理，數(shù)學(xué)，工程優(yōu)化和進(jìn)化理論基礎(chǔ)有限的兩難困境，所以首先選擇了一本關(guān)于量子計(jì)算的英文原版書作為教材之一，Michael Nielsen等人所著的《Quantum Computation and Quantum Information》[3]，2003年高等教育出版社出版，該書全面介紹了量子計(jì)算與量子信息學(xué)領(lǐng)域的主要思想與技術(shù)。到目前為止，該領(lǐng)域的高速進(jìn)展與學(xué)科交叉的特性使得初學(xué)者感到困惑而不易對(duì)其主要技術(shù)與結(jié)論有綜合性的認(rèn)識(shí)，而該書特色在于對(duì)量子機(jī)制和計(jì)算機(jī)科學(xué)給予了指導(dǎo)性介紹，使得那些沒有物理學(xué)或計(jì)算機(jī)科學(xué)背景的學(xué)生對(duì)此也易于接受，為學(xué)生提供了詳實(shí)的關(guān)于量子計(jì)算的物理原理和基本概念；另外考慮到這門課程面向研究生，無論將來他們是直接就業(yè)還是繼續(xù)深造，都要注重實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，要能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)的書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)和工具，去解決實(shí)際的工程和科研問題，因此我們還選擇了另外一門書，由李士勇教授所著的《量子計(jì)算與量子優(yōu)化算法》[4]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社于2009年出版，該書著重講解了量子優(yōu)化算法，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了新的思路，并啟發(fā)大家在量子計(jì)算機(jī)沒有走出實(shí)驗(yàn)室的今天，如何利用現(xiàn)有的數(shù)字式計(jì)算機(jī)構(gòu)造具有量子特性的快速算法。當(dāng)然考慮到全校研究生的專業(yè)知識(shí)背景不同，我們也推薦了中南大學(xué)蔡自興教授等編著，2004年由清華大學(xué)出版社出版的《人工智能及其應(yīng)用：研究生用書(第三版)》[5]，該書是蔡自興為主講教授的國家精品課程人工智能的配套教材，該本書中系統(tǒng)全面的講解了高級(jí)知識(shí)推理、分布式人工智能與艾真體、計(jì)算智能、進(jìn)化計(jì)算、群智能優(yōu)化、自然計(jì)算、免疫計(jì)算以及知識(shí)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等近年的熱點(diǎn)智能方法，從而輔助學(xué)生了解人工智能，以及人工智能如何發(fā)展到計(jì)算智能，使得學(xué)生全面認(rèn)識(shí)學(xué)科的發(fā)展和傳承性，為今后學(xué)習(xí)量子計(jì)算智能打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
2教學(xué)內(nèi)容
本課程從量子計(jì)算的基本概念和原理出發(fā)，重點(diǎn)講解量子計(jì)算基礎(chǔ)和基本的量子算法；并從量子優(yōu)化算法拓展開來。該門課程我們安排了46學(xué)時(shí)，具體安排如下：第1章，量子力學(xué)基礎(chǔ)(2學(xué)時(shí))；第2章，量子計(jì)算基礎(chǔ)(4學(xué)時(shí))；第3章，基本量子算法(4學(xué)時(shí))；第4章，Grover量子搜索算法的改進(jìn)(4學(xué)時(shí))；第5章，量子遺傳算法(8學(xué)時(shí))；第6章，量子群智能優(yōu)化算法(8學(xué)時(shí))；第7章，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法(8學(xué)時(shí))；第8章，量子遺傳算法在模糊神經(jīng)控制中的應(yīng)用(8學(xué)時(shí))。
3教學(xué)方法
3.1理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法
量子計(jì)算智能導(dǎo)論是一門多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科。選課的同學(xué)來自全校，各個(gè)的專業(yè)背景不同，但是大家的共同需求是一樣的，就是從課程中掌握一種用于解決實(shí)際問題的工程技術(shù)，但是工程技術(shù)的掌握也需要理論的支撐，因此我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中總結(jié)出了一套方法，具體做法是將教學(xué)內(nèi)容劃分為：理論型和實(shí)踐型。
理論型教學(xué)指的是發(fā)展完善的量子計(jì)算基本原理和方法。其內(nèi)容包括：量子位、量子線路、量子Fourier 變換、量子搜索算法和量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)等。而其中量子位、量子線路以及量子算法都是以量子相對(duì)論為基礎(chǔ)的，這也是量子計(jì)算的本質(zhì)原理，而較之我們熟悉的數(shù)字式計(jì)算機(jī)和計(jì)算方式有著本質(zhì)的區(qū)別。我們?cè)诮虒W(xué)中由淺入深，通過PPT授課，采取理論與實(shí)例相結(jié)合的講授方式。下面給出了一個(gè)我們?cè)诮虒W(xué)中的實(shí)例：將量子計(jì)算問題形象化。具體內(nèi)容如下。
讓我們想象一下下面這個(gè)問題。我們要找一條穿過復(fù)雜迷宮的路。每次我們沿著一條路走，很快就會(huì)碰到新的岔路。即使知道出去的路，還是容易迷路。換句話說，有一個(gè)著名的走迷宮算法就是右手法則――順著右手邊的墻走，直到出去(包括繞過絕路)。這條路也許并不很短，但是至少您不會(huì)反復(fù)走相同的過道。以計(jì)算機(jī)術(shù)語表述，這條規(guī)則也可以稱作遞歸樹下行?，F(xiàn)在讓我們想象另外一種解決方案。站在迷宮入口，釋放足夠數(shù)量的著色氣體，以同時(shí)充滿迷宮的每條過道。讓一位合作者站在出口處。當(dāng)她看到一縷著色氣體出來時(shí)，就向那些氣體粒子詢問它們走過的路徑。她詢問的第一個(gè)粒子走過的路徑最有可能是穿過迷宮的所有可能路徑中最短的一條。當(dāng)然，氣體顆粒絕不會(huì)給我們講述它們的旅行。但是 量子算法以一種同我們的方案非常類似的方式運(yùn)作。即，量子算法先把整個(gè)問題空間填滿，然后只需費(fèi)心去問問正確的解決方案(把所有的絕路排除在答案空間以外)。這樣以來，一個(gè)枯燥晦澀的量子算法就被很形象的解釋，因此增強(qiáng)了學(xué)生的記憶也加深了理解，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
實(shí)踐型教學(xué)指的是正在發(fā)展中的量子計(jì)算智能方法的熱點(diǎn)問題。其內(nèi)容包括：量子遺傳算法，混沌量子免疫算法，量子蟻群算法，量子粒子群算法，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法，和這些算法在實(shí)際工程優(yōu)化中的應(yīng)用。這部分內(nèi)容屬于本學(xué)科的前沿，但也是熱點(diǎn)問題，因此這部分我們?cè)诮虒W(xué)中忽略理論推導(dǎo)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作，在PPT課件中增加仿真實(shí)例的講解；并在課下布置相應(yīng)的上機(jī)操作習(xí)題，配合上機(jī)實(shí)踐課程，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)也引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注這些前沿，從而培養(yǎng)他們的科研素養(yǎng)。
為了體現(xiàn)該門課的教學(xué)特點(diǎn)，我們?cè)诳己朔绞缴?，采取考試與報(bào)告相結(jié)合的方式，其中理論部分我們采取閉卷考試，占總考評(píng)分?jǐn)?shù)的40%；實(shí)踐部分采取上機(jī)技術(shù)報(bào)告考核，內(nèi)容為上機(jī)實(shí)踐課程布置的大作業(yè)，給出詳實(shí)的算法流程圖和仿真結(jié)果與分析，占總考評(píng)分?jǐn)?shù)的40%；出勤率占總考評(píng)分?jǐn)?shù)的20%。
3.2科研素養(yǎng)的培養(yǎng)與實(shí)踐能力的提高
科研素養(yǎng)的最核心部分，就是一個(gè)人對(duì)待科研情感態(tài)度和價(jià)值觀，科研素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅使學(xué)生獲得知識(shí)和技能，更重要的是使其獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)。正如溫總理說的那樣：“教是為了不教，學(xué)是為了會(huì)學(xué)”，當(dāng)學(xué)生將課本內(nèi)容遺忘后，遺留下來的東西即是他們所具備的科研素養(yǎng)。因此，在教學(xué)中，我們的宗旨也是提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，量子計(jì)算智能導(dǎo)論是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科，該學(xué)科的發(fā)展日新月異，在信息處理領(lǐng)域的關(guān)注度也越來越高。在教學(xué)實(shí)踐中，我們采用了上機(jī)實(shí)踐和技術(shù)報(bào)告相結(jié)合的教學(xué)方式。掌握各種量子計(jì)算智能方法的原理和流程是這門課程教學(xué)的首要任務(wù)，因此學(xué)生結(jié)合各自研究方向?qū)崿F(xiàn)量子智能算法在實(shí)際科研任務(wù)中的優(yōu)化問題求解。在上機(jī)實(shí)踐中，學(xué)生不僅要掌握該智能算法的流程而且重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)
自己科研任務(wù)的建模，學(xué)會(huì)系統(tǒng)分析問題，建立合理的數(shù)學(xué)模型，并給出理論分析。上機(jī)實(shí)踐驗(yàn)收中，我們不但考察其結(jié)果展示，更增加了上機(jī)實(shí)踐的技術(shù)報(bào)告，用來分析模型建立的合理性，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待科研問題的分析素養(yǎng)和建模素養(yǎng)。在技術(shù)報(bào)告中，我們要求學(xué)生給出幾種可供參考的建模模型，并分析各自的優(yōu)勢(shì)，和選擇這一解決方案的依據(jù)。由于量子計(jì)算智能導(dǎo)論是面向研究生開設(shè)的課程，在教學(xué)中，我們更佳關(guān)注其分析問題的能力，和解決問題的合理性的思考能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。
4結(jié)語
把教學(xué)當(dāng)做一門藝術(shù)，是我們作為高校老師畢生追求的目標(biāo)，如何做到重點(diǎn)講透，難點(diǎn)講通，要點(diǎn)講清，這也是我們多年教學(xué)中一直關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)。我們?cè)诮虒W(xué)中反對(duì)“灌輸式”，強(qiáng)調(diào)“啟發(fā)式”，以實(shí)際應(yīng)用先導(dǎo)教學(xué)是非?？扇〉模彩盏搅肆己玫男Ч?。量子計(jì)算智能導(dǎo)論是一門綜合型交叉學(xué)科，且面向研究生開設(shè)，因此在教學(xué)實(shí)踐中，我們十分重視學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過上機(jī)實(shí)踐和技術(shù)報(bào)告的形式引導(dǎo)學(xué)生積極動(dòng)手，積極思考。希望這些教學(xué)中的點(diǎn)滴供同行們交流探討。
參考文獻(xiàn)：
[1] 焦李成,劉芳,緱水平,等. 智能數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.
[2] 田新華. 跟蹤國際學(xué)術(shù)前沿迎接量子信息時(shí)代:《量子計(jì)算與量子優(yōu)化算法》評(píng)介[J]. 科技導(dǎo)報(bào),2010,28(6):122.
[3]Michael A. Nielsen ,Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information [M]. 北京:高等教育出版社,2003.
[4] 李士勇,李盼池. 量子計(jì)算與量子優(yōu)化算法[M]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009.
[5] 蔡自興,徐光v. 人工智能及其應(yīng)用:研究生用書[M]. 3版. 北京:清華大學(xué)出版社,2004.
Exploration on Introduction to Quantum Computational Intelligence
LI Yangyang, SHANG Ronghua, JIAO Licheng
(School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)