时间：2023-12-13 11:24:03
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量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。
量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。
（来源：文章屋网 ）
关键词：问题式教学法；量子力学；教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0102-02
随着高校教学改革的不断深入，多媒体技术的普及和任课教师专业水平的提高，使得教学内容和教学手段更加丰富多样。量子力学课程是核类专业的基础课，它对于学习和理解核类专业主干课程，如原子核物理学、原子核物理实验方法等具有十分重要的作用和意义。但由于其理论性强，思维方式与经典力学差异较大，量子力学现象在日常生活中比较少见。这样就使得核类专业特别是核类工科专业的学生在学习和理解该门课程时遇到了很大的困难，也使得学生对该门课程的学习没有积极性。因而在课堂上就经常出现这样的一幕：只有老师在讲，学生思考的少，气氛压抑。如何改变这一现状呢？怎么样来调动学生的学习积极性呢？这些都是急需解决的问题。基于此，在分析量子力学与经典力学相互联系的基础上，探究并实践了由经典物理学的问题来引入量子力学学科的问题。将问题式教学法应用于量子力学的实践教学当中。这样既可以活跃课堂气氛，提高学生积极性，又可以培养学生发散性思维，同时还可以巩固学生以前学过的经典物理学的相关知识，进而能提升教学质量。
一、问题式教学法概念
问题式教学（Problem-Based Teaching）是问题式学习（Problem-Based-Learning）的发展，它鼓励学生主动思考问题、自主寻找答案，是以问题为基础来展开学习和教学过程的一种教学模式，通过学生合作解决真实问题来学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，并形成自主学习的能力。PBL最早起源于20世纪50年代的医学教育，并且已经被广泛应用于数学、会计、英语等众多学科。
二、量子力学与经典物理的联系及问题式教学法在量子力学课程中的应用
经典物理可以解释天体间的相互作用、电磁波的传播以及系统的热力学平衡等自然现象。20世纪初，当人们发现了放射性现象后，在解释分子原子尺度的物理现象时，经典力学往往无能为力。因此需要建立一个全新的理论，这就是量子力学。它是阐明原子核、固体等性质的基础理论，且在化学、生物学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。在经典力学，做机械运动的物体简化为质点，位置可以用坐标系上的坐标表示。将坐标对时间求导、再求导，得到物体运动的速度■和加速度■。■=■（t） ■=■ ■=■ ①
经典物理中，描述物体运动的规律是牛顿三大定律。描述物体t时刻的状态用t时刻的位置矢量■，动量■。初始位置矢量、动量及所受到的力■知道，由牛顿运动定律就可以知道物体的运动状态。量子力学是用来描述微观粒子运动规律的一门学科。由于微观粒子运动的随机性，使得粒子的动量和位置不能同时确定。在实际的教学中就可以引入这样的问题：量子力学中是怎么样来描述粒子的状态及运动规律呢？这就要找到与经典对应的关系。这样就可以引入量子力学的波函数概念及其物理含义。波函数是描述微观粒子的状态，可以表示为如下的形式：
Ψ（x，y，z，t）=Ψ（p，r，t） ②
此时又引入一个新的问题：波函数遵循什么样的规律呢？与经典牛顿运动定律对于的定理或者定律又是什么呢？这个时候就可以用问题式的方法来引入薛定谔方程问题。
i？攸=■=-■？荦2Ψ+U（r）Ψ ③
上式子表示粒子在相互作用势为U（r）的势场中运动时，描述粒子运动状态波函数随时间的演化所满足的规律。同样，像以上这样利用问题式引入的方式来讲授量子力学课程的相关内容还有很多，如态叠加原理，表象变换等。对于态叠加原理，问题的引入：经典物理有波函数的概念，有波的叠加，那量子力学中描述物体状态的波函数是否也有叠加性，他们之间有什么异动呢？这样就可以将学生引入到量子力学中的态叠加原理的相关内容。
三、需要重视的问题
针对目前核类专业特别是核类工科专业量子力学课程的现状，我们除了将问题式教学法应用到教学实践中，还要从以下的几个方面来激起学生的兴趣，提高学生学习该门课程的积极性。
首先，需要激起学生的好奇心。其次，在解答习题中将问题式教学融入其中，要做到课堂知识和课后习题的问题式教学双覆盖。最后，需要学生知道处理量子力学问题的一般方法，同时适当鼓励学生。为了充分调动学生参与课程教学的积极性和主动性，必须在教学过程中把握学生对知识的掌握程度，对表现优异的学生进行表扬并登记，从心理层面激励其更加积极参与到教学互动中。本科阶段的量子力学是一门入门课程，是继续学习物理学的基础。只有让学生认识到了量子力学课程的重要性，才能达到预期的教学目标。
通过经典物理与量子力学的类比对应关系，在量子力学讲授相关知识时，用问题式的方式引入知识点。激发学生对该门课程的学习积极性。使用该教学方式以来，学生的学习积极性和教学质量都得到了提高，达到了教学改革的目的。
参考文献：
[1]唐晓雯，任艳荣.基于问题式学习教学模式的探索与实践[J].教学研究，2006，29（1）：24-26.
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[3]刘梦莲.基于问题式学习（PBL）的设计[J].现代远程教育研究，2003，（1）：39-43.
[4]蒋新宇，施树云，于金刚.问题式教学法在有机化学实验教学中的应用[J].光谱实验室，2012，29（4）：2548-2550.
[5]周世勋.量子力学教程）[M].第二版.北京：高等教育出版社，2009.
场论是关于场的性质、相互作用和运动规律的理论，而量子场论则是把量子力学原理应用于场，把场看作无穷维自由度的力学系统实现其量子化而建立的理论。它是粒子物理学的基础理论并被广泛应用于统计物理、核理论和凝聚态理论等近代物理学的许多分支，是理解和描述固体物理与相变、高能物理、天体粒子物理以及核物理中多体问题基本现象的基础，因此是每所大学物理类研究生入学必修的一门基础理论课。
在美国大学里，量子场论通常在三到四个学期中提供三个系列课程，可以称为量子场论I、II、III。场论I处理相对论量子力学，引入量子场论的哈密顿形式、正则量子化和微扰论的树图计算，重点介绍量子电动力学（QED，Quantum Electronic Dynamics）。场论II从量子场论的路径积分开始，将微扰论扩展到圈图，深入讨论重整化和重整化群、非-Abel规范场及其在量子色动力学（QCD，Quantum Colour Dynamics）和标准模型（SM，Standard Model）的应用。场论III没有统一的内容，通常讲授各种高等专题。场论I和II都有一些很好的教材可以选用，而场论III没有合适的参考书能够满足要求。专题的选择依赖于课程主讲人的风格和课程学时的多少以及授课的对象。我国对于物理类研究生量子场论课程的安排，与上述情形基本类似。
本书内容分成两大部分，共包括11章。第1部分 超对称之前，含第1-9章：1. 规范理论的方方面面； 2. 扭结和畴壁；3. 涡旋与流管（弦） ；4.磁单极子，Skyrme子（Skyrmion）；5. 瞬子；6.各向同性铁磁体：O（3）σ模型及其扩展；7.伪真空衰变和相关主题；8. 手征反常；9. 4维规范理论中的禁闭和低维模型。第2部分 介绍超对称，含第10-11章： 10. 强调了规范理论的超对称基础； 11. 超对称孤子。
本书作者M.Shifman，生于1949年，早年为莫斯科理论与实验物理研究所的理论物理学家，现在是明尼苏达大学理论物理研究所的物理学教授。他以对量子色动力学和超对称性规范动力学的许多重要贡献而闻名于世。特别是他与Vainshtein 和 Zakharov合作的SVZ求和规则的文章是高能物理中引用率最高的文章之一。从1990年起他在明尼苏达大学开设场论讲座，最偏爱的是场论III。多数材料取自他自己的研究成果，对于哪些内容对从事量子场论相关的前沿研究最为重要，他有自己的判断标准。讲座的听众主要是粒子物理和凝聚态专业的研究生。因此作者通常选择的内容是固体的量子场论、超对称、非微扰现象等。
自从YangMills理论和超对称性在上世纪70年代问世以来，作为从基础水平对物理现象给予现代描述的量子场论，产生了革命性的发展。本书是第一部专门针对现代场论进行系统而全面阐述的教材，旨在引领读者通向当前研究前沿。对于该领域的传统论题和最新的突破进展相互参照，把标准模型的观点拓宽到超对称性和弦论，培养学生的独立研究能力。本书是一部理论物理研究生和研究人员不可缺少的参考书。
[关键词]量子；特性；意识；应用
中图分类号：O413.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0298-01
一、量子的基本知识
1、量子
我们在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向，也就是可观测的物理量都在不连续地变化。？比如，我们说一个“光量子”，是因为单个光量子的能量是光能变化的最小单位，光的能量是以单个光量子的能量为单位一份一份地变化的。对于量子的种种特性，连不少科学家都为之迷惑，对于我们普通人来说自然更加高深。今天我就试着走近它，来发现她“幽灵”般的的魅力。
2、量子的特性
量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性――量子叠加和量子纠缠。
量子叠加就是说量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。好比孙悟空的分身术， 孙悟空可能同时出现在几个地方，他的各个分身就像是他的叠加态。在日常生活中，我们不可能在不同的地方同时出现，但在量子世界里它却可以同时出现在多个不同的地方。”
而所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，还是会出现遥远的点之间的诡异互动，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。量子纠缠的广泛应用将会改变我们的生活，真正地突破时空的局限，交通、物流也就不再会有时间与空间的阻碍了。我国发射的“墨子号”量子卫星昭示着我国在量子通信领域已处于世界领先的地位。
二、意识是量子力学现象
人们的意识一直都没有搞清楚，用经典物理学的电学、磁学及力学方法去测量意识是测量不出来的，科学家们现在已经开始认识到了意识是种量子力学的现象，意识的念头像量子力学的测量。为什么这么说呢？比如我们面前出现了一座房子，这时有两种可能的状态：一个没有任何心思的人会看房非房，他的意识处于自由的状态，没看到房子是石头的还是木头的，他根本就不动念头。意识也是这样，如果你看到这座房子，一下子动念头了，动念头实质上就是作了测量。
客观世界是一系列复杂念头造成的。有一本非常著名的书叫《皇帝新脑》， 就是研究意识，他认为计算机仅仅是逻辑运算，不会产生直觉，直觉只能是量子系统才能够产生，意识是种量子力学现象，意识的念头像量子力学的测量。而人的大脑有直觉，也就是说人的意识不仅存在于大脑之中，也存在于宇宙之中，量子纠缠告诉我们，一定有个地方存在着人的意识。
三、量子技术的应用
科学家认为，量子纠缠是一种 “神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。实际上，量子纠缠还有很多奇妙的应用，可以在许多领域中突破传统技术的极限。量子技术已经成为一个新兴的、快速发展中的技术领域。这其中，量子通信、量子计算、量子成像、量子生物学是目前的方向。
1、量子通信
量子通信就是通过把量子物理与信息技术相结合，利用量子调控技术，确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度。 广义地说，量子通信是指把量子态从一个地方传送到另一个地方，它的内容包含量子隐形传态，量子纠缠交换和量子密钥分配。狭义地说，实际上只是指量子密钥分配或者基于量子密钥分配的密码通信，解决了以往用微电子技术为基础的计算机信息技术极易遭遇泄密的问题。
2、量子计算
量子计算是量子物理学向我们展示的又一种强大的能力，源自于对真实物理系统的模拟。模拟多粒子系统的行为时，当需要模拟的粒子数目很多时，一个足够精确的模拟所需的运算时间则变得相当漫长。而如果用量子系统所构成的量子计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从此量子计算机的概念诞生。
3、量子成像
量子成像是从利用量子纠缠原理开始发展起来的一种新的成像技术，有一种比较奇妙的现象称之为“鬼成像”。比如将纠缠的双光子分别输入两个不同的光学系统中，在其中一个系统里放入待成像的物体，通过双光子关联测量，在另一个光学系统中能再现物体的空间分布信息。即与经典光学成像只能在同一光路中得到物体的像不同，鬼成像可以在另一条并未放置物体的光路上再现该物体的成像。
4、量子生物学
量子生物学是利用量子力学的概念、原理及方法来研究生命物质和生命过程的学科。薛定谔在《生命是什么》一书中对这一观点进行了详尽的阐述，提出遗传物质是一种有机分子，遗传性状以“密码”形式通过染色体而传递等设想。这些设想由脱氧核糖核酸双螺旋结构模型而得到极大的发展，从而奠定了分子生物学的基础。分子的相互作用必然涉及其电子的行为，而能够精确描述电子行为的手段就是量子力学。因此量子生物学是分子生物学深入发展的必然趋势，是量子力学与分子生物学发展到一定阶段之后相互结合的产物。
爱因斯坦相对论指出：相互作用的传播速度不会大于光速，可是对于分开很远距离的两个处于纠缠态中的粒子，当对一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态受到关联关系已经发生了变化，这种传输的理论速度可以远远超过光速。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。量子纠缠是量子物理学里最稀奇古怪的东西，即使脑洞大开我们还是很难领会它，另外从常识角度来看，量子理论描述的自然界很荒谬，许多解释还涉及到哲学问题。但另一方面，量子物理学有很广泛的应用，它的发展可能带来行业面貌的改变，所涉及的范围从量子计算机到人工智能，无所不含，这也正是我们深入学习、研究量子物理的动力所在啊！
参考文献
[1] 薛定谔，生命是什么.
[2] 舒娜，量子纠缠技术与量子通信.
[3] 尼古拉.吉桑著，周荣庭译，跨越时空的骰子.
[4] 中国科普博览.
[5] 科普中国.
关键词：工程教育；“材料计算与模拟”；实践教学工程教育教学方法。
一、课程目标及对毕业要求的支撑
（1）理解并恰当研究、分析材料科学与工程领域实际问题的基础理论与方法。“材料计算与模拟”专业课程主要内容为原子分子尺度的理论计算模拟，涉及的理论方法主要为量子力学和分子动力学方法。其中，量子力学方法较为深奥，分子动力学方法因与经典牛顿力学联系紧密，相比量子力学较为简单。考虑工程教育理念侧重工程实践能力的培养，故在基础理论方法部分将课程目标设置为了解基本理论方法的概念和基本计算流程。（2）针对复杂工程问题，能够有效地运用工程图学语言、计算机辅助设计工具，提出改进或解决方案。如何将工程实际中的复杂工程问题通过理论计算模拟提出改进或指导意见是本课程期望的终极目标。其中，如何培养学生通过思考和分析，将工程实际问题分解为理论计算问题并选择合适的计算方法、计算参数和条件，将是本课程最重要的课程目标。（3）能够正确运用现代工程工具、技术与资源对材料科学与复杂工程问题进行预测与模拟。工程教育背景下的课程侧重实践能力的培养，本课程的实践内容主要是利用计算服务器或集群进行材料科学领域的计算模拟。其中，如何使用国家超级计算中心集群（如上海超算、深圳超算）进行高性能计算，并利用科学计算软件进行结果分析，是本课程的重要课程目标之一。
二、教学方式的改进
本课程坚持理论与实践相结合的教学方式，不断提高实践教学的比重，目前理论教学与实践教学部分各占一半。承接自过去以教为主的教学理念，本课程目前的主要教学方式还是先讲授相关理论内容，然后进行上机实践操作和练习。在工程教育理念的背景下，实践能力的培养和提升成为课程教学的重点，同时还要兼顾实践练习与相关理论知识的衔接，本课程提出基础理论内容先行传授，其他内容采用先实践后理论的教学方式。首先，对于必需的相关课程基础理论采用课堂讲授的教学方式，在讲授期间有意识地向学生传递工程教育的理念。其次，以较为简单的实践案例先进行实践练习，使得学生简单上手并且产生对本课程的新鲜感和好奇感，结合基础理论讲解让学生对基本理论和操作流程有一定的了解。最后，从简单案例出发，不断深入，并向实际工程问题靠拢，引导学生不断深入思考，着重于引导学生了解和练习如何将实际工程问题分解为计算模拟可以解决的问题，并通过理论计算与模拟为指导和解决问题提供依据。作为持续改进、教研相辅的体现，“材料计算与模拟”课程所有实践案例定期根据最新文献报道进行更新，保持实践教学案例的时效性，同时不断开发新的实践案例及相应计算流程。考虑到实践练习与课程课时可能的矛盾或不足，本课程还将所有实践教学案例进行视频录像，同时将与实践案例相关的理论内容关键词以字幕的形式添加到录像中，便于学生随时翻看和熟悉。
原因：霍金是续爱因斯坦之后最伟大的宇宙理论家和黑洞研究者，证明黑洞奇性定理和面积定理，成功预言了“霍金辐射”，并提出“量子宇宙论”最后建立M理论。最值得敬佩的是霍金在身残志坚的情况下，思维却可以驰骋整个宇宙甚至宇宙之外的空间。
霍金，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。1979至2009年任卢卡斯数学教授，主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论，爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。
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关键词：微电子；半导体物理；教学质量；教学方法
作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院计算机与信息工程学院，副教授。（上海200090）
基金项目：本文系上海自然科学基金（编号：B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（编号：10110502200）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）13-0059-02
随着半导体和集成电路的迅猛发展，微电子技术已经渗透到电子信息学科的各个领域，电子、通信、控制等诸多学科都融合了微电子科学的基础知识。[1]作为微电子技术的理论基础，半导体物理研究、半导体材料和器件的基本性能和内在机理是研究集成电路工艺、设计及应用的重要理论基础；作为微电子学相关专业的特色课程及后续课程的理论基础，“半导体物理”的教学直接影响了后续专业理论及实践的教学。目前，对以工程能力培养为目标的微电子类相关专业，如电子科学与技术、微电子、集成电路设计等，均强调培养学生的电路设计能力，注重学生的工程实践能力的培养，在课程设置及教学上轻视基础理论课程。由于“半导体物理”的理论较为深奥，知识点多，涉及范围广，理论推导复杂，学科性很强，对于学生的数学物理的基础要求较高。对于没有固体物理、量子力学、统计物理等基础知识背景的微电子学专业的学生来说，在半导体物理的学习和理解上都存在一定的难度。因此需要针对目前教学过程中存在的问题与不足，优化和整合教学内容，探索形象化教学手段，结合科技发展热点问题，激发学生的学习兴趣，提高半导体物理课程的教学质量。
一、循序渐进，有增有减，构建合理的教学内容
目前，国内微电子专业大部分选用了电子工业出版社刘恩科等编写的《半导体物理学》，[2]教材知识内容体系完善，涉及内容范围广、知识点多、理论推导复杂、学科交叉性强。该教材的学习需要学生有扎实的固体物理、量子力学、统计物理以及数学物理方法等多门前置学科的基础知识。但是在以培养工程技术人员为目标的微电子学类专业中，国内大部分高校均未开设量子力学、统计物理学及固体物理学等相应的前置课程。学生缺少相应固体物理、统计物理与量子力学等背景知识，没有掌握相关理论基础，对半导体物理的学习感到头绪繁多，难以理解，容易产生畏学和厌学情绪。
在课程教学中教师必须根据学生的数理基础，把握好课程的内容安排，抓住重点和难点，对原有的教材进行补充更新，注意将部分量子力学、统计物理学、固体物理学等相关知识融合贯穿在教学中，避免学生在认识上产生跳跃。例如在讲解导体晶格结构内容前，可以增加2-3个学时的量子力学和固体物理学中基础知识，让学生在课程开展前熟悉晶体的结构，了解晶格、晶胞、晶向、晶面、晶格常数等基本概念，掌握晶向指数、晶面指数的求法，了解微观粒子的基本运动规律。在讲解半导体能带结构前，增加两个学时量子力学知识，使学生了解粒子的波粒二象性，掌握晶体中薛定谔方程及其求解的基本方法。在进行一些复杂的公式推导时，随时复习或补充一些重要的高等数学定理及公式，如泰勒级数展开等。这些都是学习“半导体物理学”必备的知识，只有在透彻理解这些基本概念的前提下，才能对半导体课程知识进行深入地学习和掌握。
另一方面，对于微电子学专业来讲，侧重培养学生的工程意识，“半导体物理”课程中的部分教学内容对于工科本科学生来说过于艰深，因此在满足本学科知识的连贯性、系统性与后续专业课需要的前提下，大量删减了涉及艰深物理理论及复杂数学公式推导的内容，如在讲述载流子在电场中的加速以及散射时，可忽略载流子热运动速度的区别及各向异性散射效应，即玻耳兹曼方程的引入，推导及应用可省略不讲。
二、丰富教学手段，施行多样化教学方法，使教学形象化
半导体物理的特点是概念多、理论多、物理模型抽象，不易理解，如非平衡载流子的一维飘移和扩散，载流子的各种复合机理，金属和半导体接触的能带图等。这些物理概念和理论模型单一从课本上学习，学生会感觉内容枯燥，缺少直观性和形象性，学习起来比较困难。为了让学生能较好地掌握这些模型和理论，需要采用多样化的教学方法，充分利用PPT、Flash等多媒体软件、实物模型、生产录像等多种信息化教学手段，模拟微观过程，使教学信息具体化，逻辑思维形象化，增强教学的直观性和主动性。同时，教师除开展启发式、讨论式等教学方法调动学生学习的主动性、积极性外，[3，4]还可以应用类比方法帮助他们理解物理概念或模型。如讲半导体材料中的缺陷及跃迁机制时，为了帮助学生理解，可以做一个类比：将阶梯教师里单位面积的座位数比做晶格各能级上的电子能态密度，把学生当作电子，一个学生坐在某一排的某个座位上，即认为这个电子被晶格束缚。当有外来学生进入教室，在教室过道上走动时，可类比为间隙式缺陷；而当外来学生取代现有学生的座位时，可类比为填隙式缺陷等等。通过类比，学生对半导体内部的点缺陷的概念的理解就清楚形象多了。
三、结合微电子行业领域的迅速发展，以市场为导向，培养学生兴趣
微电子技术的发展历史，实际上就是固体物理与半导体物理不断发展和创新的过程，[5]1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明，都与一系列的固体物理、[6]半导体物理及材料科学的重大突破有关。纵观微电子工业的发展，究竟是哪些半导体理论推动了微电子技术的发展，哪些科学家推导并得出了这些理论？他们在理论推导的同时遇到了哪些困难？这些理论规律又起源于哪些实验？到了21世纪，也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域，[5，6]即以硅基CMOS电路为主流工艺，系统芯片SOC（System On A Chip）为发展重点，量子电子器件和以分子（原子）自组装技术为基础的纳米电子学；[7]与其他学科的结合诞生新的技术增长点，如MEMS，DNA Chip等，也都于半导体科学相关。这些新的微电子发展趋势主要涉及半导体物理中的哪些知识？涉及哪些领域等？
针对以上问题，教师在讲授半导体物理的基础上，对教材进行补充更新。在保持基础知识体系完整性的同时，避免面面俱到，删减课本中一些不必要的内容，大量加入近几十年来发展成熟的新理论、新知识，突出研究热点问题，力求做到基础性和前瞻性的紧密结合，使学生在掌握基础知识的同时对微电子发展历史中半导体技术的发展趋势有一个清晰地认识，让学生能从中掌握事物的本质，促进思维的发展，形成技能；同时注重与信息化技术相结合，将近几年半导体技术的最新研究成果，如太阳能电池等半导体光伏发电技术在国家绿色能源战略上的地位，半导体光电探测器在国家航天战略上的应用等，使学生能及时掌握半导体技术前沿发展趋势。将这些问题分成若干个相关的专题分派给学生，学生自行查阅和搜集资料，他们在课堂上讲述该专题，教师加以引导和帮助。这种方式不仅充分调动课堂气氛，加深他们对所学知识的理解，同时也让学生学习了半导体物理课程在微电子专业中课程体系的作用，在科学意识上加深了半导体物理课程的重要性，激发学习兴趣和欲望。
同时，为帮助学生了解学术前沿，培养专业兴趣，还可邀请校内外的专家做讲座，学生可以利用课余时间，根据自己的兴趣选择听取，加深对半导体物理课程的了解，培养专业学习兴趣。
四、总结
总之，“半导体物理学”是微电子技术专业重要的专业基础课，为后续专业课程的学习打下理论基础。在“半导体物理”教学过程中，应积极采用现代化教学手段提高学生积极性，在教学过程中合理安排教学内容，与时俱进引入科技热点，削弱传统的课本知识与市场需求的鸿沟，培养适应社会需求的微电子人才。
参考文献：
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1目前面临的形式
大学物理课程是高等职业学院各工科学生的公共基础课程。物理学是科研和各现代技术工程的基础。大学物理课程包含了大量的物理学知识和物理学原理，既是非常重要的基础理论课程也是科学素质教育不可或缺的组成部分。大学物理课程的学习不但有利于培养学生的职业能力和职业素养，更加为学生学习专业的技术能力打下了坚实的基础。因此对于高职学生来说大学物理课程的学习是非常重要的。然而在目前阶段，高等职业的大学物理课程的教学基本类似于普通的高等学校的教学模式，即更加重视基础的物理学知识和物理学原理的讲授，缺乏学生的动手实践能力的培养。另一方面，高等职业学院的学生普遍存在入学分数较低，物理学基础知识薄弱，理解接收新知识的能力有限，主动学习能力较差等特点［4］。在进行大学物理教学过程中，传统教学主要采用基础知识讲授、教师实验反复演示，一讲一练、课后再练的方式巩固知识。主要注重于传授知识、偏重于解题技巧和解题方法的训练。这对于课时充足时是可行的也是有效的，但是随着社会经济的发展，知识和信息的不断丰富，学校开设的课程不断增多，学生需要学习的知识更加广泛，同时大学物理和其它的课程一样，课时大大削减，再加上物理演示实验仪器的有限性与物理科学技术的瞬息万变形成了鲜明的对比，继续沿用原来的教学方法就造成了学生听不懂，教师教不会，学生听懂了不会灵活运用的结果。这些在一定程度上影响了大学物理教学质量的进一步提高。近几年各高职院校在大学物理教学的内容、方法上都有了很大的改进，出了一些比较优秀的教材，也制作了不少教学课件，本文综合这些成果，从教学的内容和方式方法上，提出了全面提高大学物理课程教学质量的一些措施。
2整合内容体现技术性
大学物理课程的教学内容主要包括力学、电磁学、光学、热学、量子力学和相对论等内容。在传统的物理教学中关于经典物理学内容即力学、热学、光学和电磁学中的理论知识是重要讲授的内容，同时对于近代物理学内容即量子力学和相对论也会做非常详细的讲授。但是对于高职教育中“必须够用”的原则，对于量子力学和相对论这样的理论知识内容来说，在讲授的过程中只需要简单介绍，使学生知道量子力学解决什么问题，相对论的主要内容是什么即可。应当将大量的课时用来介绍经典物理学的内容。在讲授力学、热学、光学和电磁学的过程中，应当联系实际的力学问题，向学生传授力学知识，对于一些理论性非常强而实际技术应用中较少的物理学原理的介绍要适当减少。例如，在力学中关于摩擦力的讲授可以分析摩擦力作为阻力时的实例和作为动力时的实例，让学生切实体会摩擦力的本质。在讲授光学中关于光线的波长和光的颜色时给学生分析，人眼对于光的不同颜色的敏感度是不同的，如交警和学生校服上荧光物质的颜色时草绿色，因为人眼对这种波长的光最为敏感，从而激发学生学习的兴趣，在学生感兴趣的基础上适当介绍光谱分析等技术。在讲授电磁学的过程中，结合电磁技术让学生明白理论与实践是如何联系的。通过这样的理论与实践结合的方式讲授，就可以避免理论知识的枯燥性，可以提高学生学习物理学的兴趣。在学生具有较高学习兴趣的基础上展开教学，教学效果可以显著提高。
3提高大学物理教学质量的手段
在上述学生具有对物理学较高兴趣的基础上可以从教学方法和教学手段两方面提高教学质量。在教学方法方面尝试进行下面的教学探讨:①通过教师对一些物理学原理的演示实验、对一些物理学现象进行多媒体视频资料播放等直观的教学，可以充分调动学生的学习积极性，同时加深学生对物理概念的理解。②通过进行读书指导，教会学生自学。通过给定学生某个知识点的问题，让学生带着问题去读书，去图书馆查阅相关资料，要求学生在自己读书的调研之后能够给出自学提纲，同时能整理出知识点;让学生通过对这些问题的讨论及改变问题中初始条件的变化来的结果学会举一反三，通过知识点间的联系学会触类旁通。这个方法的学习过程也是教会学生开展研究性学习的基础。③通过学生动手进行实验操作、完成实习作业等教学方法，增加学生主动参与教学活动的意识，促进学生积极思考。这些方法的使用在实际的教学过程中大大提高了学生学习物理学的兴趣，同时调动了学生的主动性、积极性和创造性，起到了较好的教学效果。例如机电1班的同学在物理讨论课后谈到:“为了解决老师在课堂上提出的问题，我不仅看了课本，在网上查阅了相关的文献资料，还去图书馆看了许多资料，…”在教学手段方面，采取传统的教学手段，教师课堂演示、网络教学辅导系统、学生实验等丰富多彩的立体化教学手段。在课堂讲授时大量使用演示实验、多媒体课件和计算机动画插播等手段，使学生直观的了解到相关的实验现象，以及发生这些现象所要求的条件。随后通过启发、课堂讨论和学生互动实验等方式，提高课堂教学效果。课后通过布置学生作业、督促学生使用网络资源、要求学生完成某一小论文和以寝室为单位的学生自学讨论交流，帮助学生进行自主式、互动式、研究式学习。同时积极搭建教师备课平台，有效支持教师充分恰当利用电子教案、电子讲稿、素材库等现代化教育技术手段进行个性化教学，使得一些不容易用语言描述的物理过程和概念一目了然，有效地提高教学效率，激发学生学习的兴趣，扩大信息量。
4结束语
1、史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking，1942年1月8日)，ALS患者，英国著名物理学家和宇宙学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者，全身瘫痪，不能发音。霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。
2、霍金是英国皇家学会院士，同时还是继牛顿和爱因斯坦之后最杰出的物理学家之一，被世人誉为“宇宙之王”。
3、霍金的主要学术思想如下：时光机;时间缝隙;回到过去;飞去未来;四度空间;外星人论;星际移民;高维空间;宇宙理论等等。
（来源：文章屋网 ）
