前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇量子力學基本概念總結范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現更多的寫作思路和靈感。

量子力學基本概念總結范文第1篇

【關鍵詞】PBL教學法；量子力學；電子科學與技術專業(yè)；教學改革

量子力學與相對論的提出，被稱為20世紀物理學的兩個劃時代的里程碑。特別是量子力學的創(chuàng)立，揭示了微觀物質世界中物質屬性及其運動規(guī)律，造就了20世紀人類科學技術的輝煌，推動了原子能技術、航天航空技術、電子技術等方面的發(fā)展，并開辟了光子技術的誕生之路，將人類社會推進了信息時代。通過量子力學課程的學習，可使學生掌握量子力學的基本概念和基本理論，具有利用理論知識分析和解決實際問題的能力。量子力學課程的突出特點是理論性強、抽象難懂，在課程教學中需要特別把握好這些抽象理論知識的“入門教育”，把握得當，會達到事半功倍的效果。

根據《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的文件精神，提高質量是高等教育發(fā)展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求。應適應經濟社會發(fā)展和科技進步的要求，推進課程改革，提高課堂教學質量，充分調動學生學習積極性和主動性，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。因此，在近幾年量子力學課程的教學改革實踐中，針對量子力學教學中出現的學生自主學習熱情不高的現狀，結合量子力學的課程特點，立足于提高學生學習積極性和培養(yǎng)學生科學探索精神及創(chuàng)新能力，提出了基于“PBL教學法”，即基于問題學習（Problem-Based Learning）、以學生為主體的量子力學課程教學改革的研究，摸索出一套行之有效的教學方案。

1 “PBL教學法”設計方案

“PBL教學法”是一種基于問題學習的教學方法，將學習置于復雜的有意義的問題情境中，激勵學生積極探索隱含于問題背后的科學知識，實現知識體系的建構和轉化，同時鼓勵學生對學習內容展開討論、反思，教師則以提問的方式推進這一過程，最終使學生在一個螺旋式上升的良性循環(huán)過程中理解知識，實現學習的不斷延續(xù)，以促進學生解決問題、自主學習能力的發(fā)展，以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的提高。具體設計模式如圖1所示。

圖1 “PBL”教學法設計模式框圖

與傳統(tǒng)教學方法相比，“PBL教學法”對教師備課和教學實施過程提出了更高要求。

1.1 PBL教師備課

（1）確定問題。問題是PBL的起點和焦點。問題的產生可以是學生自己在生活中發(fā)現的有意義、需要解決的實際問題，也可以是在教師的幫助指導下發(fā)現的問題，還可以是教師根據實際生活問題、學生認知水平、學習內容等相關方面提出的問題。

（2）提供豐富的教學資源。教學資源是實施PBL的根本保障。隨著網絡課程、精品課程體系的建設，教師可以利用網絡課程為學生解決問題提供多種媒體形式和豐富的教學資源。

（3）對學習成果提出要求，給學生提供一個明確的目標和必須達到的標準。

1.2 PBL教學實施

（1）學生分組。學生分組后，要讓每個小組清楚地知道自己所要承擔的任務，問題解決所要達到的目標，也要確定好小組內每個成員具體的任務分工。

（2）創(chuàng)設問題情境、呈現問題。布朗、科林斯等學者認為，認知是以情境為基礎的，發(fā)生在認知過程中的活動是學習的組成部分之一，通過創(chuàng)設問題情境可吸引學習者。

1.3 PBL案例分析

例如，在講到微觀粒子的波函數時，有學生認為波函數是經典物理學的波，也有學生認為波函數由全部粒子組成。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，可以通過分組進行小組內討論，再將討論結果進行小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正，實現學生對一些不易理解的量子概念和原理的深入理解。

2 用量子物理發(fā)展的淵源吸引學生

量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相距甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。因此，在量子力學教學中，一方面需要學生摒棄在經典物理學習中形成的固有觀念和認識；另一方面在學習某些基本概念和基本理論時，又要求學生建立起與經典物理之間的聯系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。教學實踐證明，針對以上教學中發(fā)現的問題，應特別注意用學科理論自身的魅力吸引學生，通過盡可能還原量子力學早期的發(fā)展過程，讓學生自己去體會量子力學的基本概念是如何建立并逐步完善的，最大限度地激發(fā)學生學習本課程的熱情，也有助于學生深入理解教學內容。

3 抽象理論形象化，與學生深入探討

量子力學課程的突出特點是抽象難懂，對此我們進行了探索。例如在量子力學教學中，“任何實物粒子都具有波粒二象性”是教學中的難點和重點。如何理解波粒二象性？我們可以先從光的波粒二象性入手，通過“光電效應”實驗引出問題，通過總結光電效應實驗的特點，發(fā)現與經典理論之間的嚴重矛盾，并通過諸多矛盾引出了愛因斯坦的光量子理論和光電方程，進而深入探討光的本性和實質。隨著內容的深入，我們可以進一步提出：波粒二象性是光子和一切實物粒子的共同本質，而且波動性和粒子性這兩方面必有某種關系相聯系。并順理成章的指出物質波的概念和德布羅意關系式，從最基本的假定出發(fā)作出類比推理，理論的獨創(chuàng)性給人深刻的印象。

在此，還可以以學生的口吻提出兩個問題。

問題1）物質粒子既然是波，為什么人們在過去長期實踐中把它們看成經典粒子并沒有犯什么錯誤？

我們可以通過實物粒子子彈的德布羅意波長的求解找到答案，這是由于普朗克常數h是個小量，一般實物粒子的德布羅意波長λ=h/p很短，短到可以忽略不計。

問題2）在什么情況下可以近似的用經典理論來處理問題？在什么情況下又必須顧及運動粒子的波粒二象性？

進而作出解答，一般來說，當運動粒子的德布羅意波長遠小于該粒子本身的尺寸時，可以近似的用經典理論來處理；否則，需要用量子理論來處理。

這種層層深入，帶著問題尋找答案的教學方法符合邏輯思維，學生很容易接受，將抽象而復雜的問題形象化、簡單化。

4 聯系量子力學的未來發(fā)展激發(fā)學生求知的渴望

盡管量子力學是以微觀世界為研究對象，但它對我們日常生活的影響卻非常大。例如，在當今科學界還提出了量子通信的新概念，是實現完全保密的最佳通信方式，直接導致引領現今量子信息理論和研究的熱潮，代表著21世紀信息技術革命―量子通信技術的發(fā)展方向。教師可以鼓勵學生對與量子力學緊密相關的實際應用技術進行調研，打消學生學習量子力學“無用化”的顧慮，激發(fā)學生自主學習的熱情。

5 結束語

近幾年，針對量子力學教學中出現的實際問題，結合量子力學的課程特點，我們提出了基于“PBL教學法”的量子力學課程教學改革的研究，取得了一些成效，對于理論性較強的其他課程也具有較強的理論指導意義和推廣應用價值。

【參考文獻】

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）[R].2010.

[2]曾謹言.量子力學：卷1[M].2版.北京：科學出版社，1997：235-278.

[3]鄒艷.淺談量子力學的教學改革[J].物理與工程，2009，19（4）：40-41.

量子力學基本概念總結范文第2篇

關鍵詞：量子力學；材料類專業(yè)；教學探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0122-02

對于普通高校的材料類本科教學來說，要求學生具有數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識，掌握材料設計、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則，以及材料的組成、結構和性能關系。這就需要學生具有材料學科的完整的知識體系，量子力學是半導體、固體物理以及計算材料學、材料測試表征技術等學科的基礎，在材料科學體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學習是基于高等數學、大學物理、數學物理方法等前期課程學習的基礎之上的，學生對這些基礎課程的掌握情況參差不齊，而大部分學生對前期課程多有遺忘，課程內容的學習過程中需要理解的知識點很多，所以要學好這門課程需要充分發(fā)揮學生的主觀能動性，及時復習前期基礎課程和預習相關知識。由于知識間銜接緊密，需要邏輯推理內容非常多，學生稍有走神或缺課就會跟不上教師的教學進度，從而對后續(xù)知識的學習也喪失信心。此外，對于工科大環(huán)境下的學生群體來說，學生普遍對實用的專業(yè)課程較感興趣，而對基礎理論課程不夠重視，認為學習非?？菰镆矝]有大多的用處。種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學特別是量子力學課程的教學困難重重，因此將理論教學與專業(yè)特色相結合，探索具有專業(yè)特色的量子力學的教學方法具有重要的意義。如何消除學生對本課程的畏懼心理，如何調動學生的學習積極性，讓學生在課堂上有收獲的同時也要自覺利用好課余時間學習是解決本課程教學的關鍵。本文結合材料類專業(yè)的綜合情況，經過實踐探索，總結幾點較為實用的教學方法。

一、與專業(yè)課程體系相結合，突出課程的重要性

備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案，了解學生的已修課程、同學期開設的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。材料類專業(yè)的量子力學課程一般在第四學期開課，在此之前學生已經修完了高等數學、大學物理、線性代數、數學物理方法等前期課程。同時學生開始接觸一些材料類的專業(yè)課程，例如材料科學基礎、高分子物理、物理化學等，在之后的第五以及第六學期將有大量的學科專業(yè)課，如材料分析測試技術、計算材料學等。教師在對本專業(yè)的課程設置以及知識框架有了整體的了解以后，有針對性地翻閱一下一些核心專業(yè)課程的教材，將專業(yè)課程當中涉及量子力學基礎的內容篩選出來以備用。在給學生講授第一堂課時既將本課程的重要地位告知學生，哪些課程在后續(xù)課程種會涉及到相關知識，哪些領域會用到本課程的知識，以及量子力學對本專業(yè)以及相關專業(yè)的研究生入學考試以及繼續(xù)深造時的必要性。讓學生一開始對本課程的學習有心理上的重視。在具體教學的過程中，注意將量子理論與專業(yè)內容相結合，包括已修課程和后續(xù)課程。通過多學科的滲透將整個材料學專業(yè)的課程內容進行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實用性，讓學生意識到量子力學并不是高高在上毫無用處的理論公式，同時也使得量子力學的教學更加豐富和生動。

二、與前沿科學相結合、活躍課堂氣氛

當下的高校教師除了教學很大一部分時間精力都用于科學研究。平時實驗或看文獻時可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進行簡要的介紹?；钴S課堂氣氛的同時有可以加深對該理論的理解，激發(fā)學生的學習積極性。在給學生講解理論知識的同時注重結合理論的應用領域，結合材料學科的特點以及學校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景，本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學生就業(yè)也有很大比例在交通相關領域。結合本科的這一特征，教師講課時可以作一些前沿材料在交通領域的最新進展。在講解知識基礎的同時穿插該部分知識的應用方面的展望，展示過程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結合的方式。通過多種途徑讓量子力學這種看似“高大上”的學科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對學生學習動力的激發(fā)。對于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學習，零距離的接觸前沿科學，對調動學生的學習積極性也有一定的幫助。

三、多種教學手段相結合，調動學生的學習積極性

在教學的過程中采用多種教學手段相結合。鑒于量子力學的理論抽象、知識量大、數學推理公式繁多，在教學過程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對于需要推理演算的部分可以引導學生利用課余時間自學。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績以期末考試為主但是學期內平時的表現也是必要的?？梢钥紤]適當增大平時考核的分數比例，便于調動學生充分利用課余的時間。其中平時表現又可以分為多個方面來考核，充分調動學生的自主學習激情。課堂教師講授為主，適時設問作為課外思考作業(yè)，作業(yè)以書面形式或者學生在下一次課作簡短的展示的方式。才外還可以給學生布置小論文，鼓勵學生多進圖書館，查閱相關文獻書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向學生說明考核的方式和比例，在考分的壓力下學生自然會積極準備相關內容。在應對這些平時作業(yè)的過程實際上就是學生自主學習的過程中，既鞏固了量課程知識，又鍛煉了學生自主學習的能力和思維。在教學當中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書相結合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對一些復雜又必須的推導過程可以采用PPT作快速的展示，而對于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強化，通過教師邊書寫邊口訴講解，學生有足夠的時間消化理解。同時可以采用多媒體多展示一些圖片、動畫等內容，盡量在枯燥的理論講授過程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學家的肖像及簡介、名言名句，小故事等。在W習原子的波爾理論以及氫原子模型的時候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解?？梢詫⒃觾入娮拥倪\動類比于在操場跑步以及天體的運動，在做計算近似時甚至可以將近似級類比于上課教室內的座次對個人學習效果的影響、人際關系的親疏對個人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵學生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學術專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過多種渠道將量子力學枯燥難懂的教學過程生動化、有趣化。

作為材料類專業(yè)核心課程的量子力學一直都是教和學雙方都感到很困難的課程。由于量子力學的理論性較強，學習過程相對枯燥，學科的實用性不是很明顯，學生容易厭學。教師在教學過程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學生的教學方法。通過與專業(yè)課程相結合，與學校特色想結合，采取多種教學手段，結合最新的前沿科學研究，多方面入手使理論知識深入淺出，使教學過程生動有趣、調動學生學習熱情，對提高教學質量有非常有益的幫助。

參考文獻：

量子力學基本概念總結范文第3篇

關鍵詞：固體物理學 教學改革 教學實踐

中圖分類號：G462 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0143-02

固體物理學是研究固體的結構及其組成粒子之間相互作用與運動規(guī)律以及闡明其性能與用途的學科[1]。從學科結構和內容上看，該課程內容基于普通物理學、高等數學、線性代數、量子力學、熱力學統(tǒng)計物理等課程，主要講述晶體結構、晶體結合、晶格振動和能帶理論等方面知識。它既是當今物理學領域中最重要的學科之一，也是許多新學科的基礎。由該學科發(fā)展起來的基本概念、基本理論和實驗技術，已向其他相鄰學科領域滲透，并促進其他學科的發(fā)展[2]。如：金屬物理、半導體物理、磁學、低溫物理、電介質物理、表面物理、非晶態(tài)物理、材料科學等。幾十年來，以固體物理的理論為基礎，在半導體、磁學、激光、超導、納米材料等現代技術研究方面取得了重要突破。隨著科學技術的發(fā)展，固體物理課程的教學在新的歷史條件下已面臨前所未有的挑戰(zhàn)，碰到了許多難以回避的新問題、新情況。傳統(tǒng)的固體物理教學內容對固體物理前沿的新成果、新概念介紹得不夠，且傳統(tǒng)的教學方法單一，不利于學生解決問題的能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了適應精英教育、構建研究型大學人才培養(yǎng)的需要，固體物理學的教學改革十分必要。因此，筆者結合自己在學習和講授固體物理學過程中的感想，針對教學目標、教學內容和教學方法等方面作出如下探索。

1 培養(yǎng)學生自主學習的能力

隨著科學技術的迅速發(fā)展，學生既要學習原有的經典知識，又要接受更多的課程和社會信息，如何在有限的時間內實現這兩者的有效結合，是當今各個階段的教育都面臨的一個重要問題。面對知識更新速度的加快，我們的教育目標也應該有所調整，即努力實現由“授之以魚”向“授之以漁”的轉變[3]。尤其是對于大學生，他們已經接受了十多年傳統(tǒng)的學校教育，有了較多的知識積累，大學階段的教育一方面是教給他們以知識，更重要的是培養(yǎng)他們自主學習的能力，使他們掌握研究性學習的方法，以便走向社會后具備自我學習、獲取新知識和開展新工作的能力。明確了這樣的培養(yǎng)目標之后，在教學過程中，就應該有針對性的創(chuàng)造各種條件，讓學生自主參與到學習過程中來。例如，在講授布洛赫波的時候，先向學生強調晶體中電子波函數是按晶格周期調幅的平面波，接著啟發(fā)學生考慮自由電子波函數的形式（量子力學已經講述過），經過引導，學生回想起自由電子的波函數是平面波的形式，之后再分析晶體中電子是受到晶格勢場的周期性調制，所以需在平面波的波函數前面加上一個調幅因子，最終形成了布洛赫波函數。經過這樣一個過程，學生可以自主的回顧以前所學的知識，并將其和新內容相聯系，有助于新舊知識的融合和貫通。與此同時，也可以激發(fā)學生學習的積極性，培養(yǎng)他們學習和運用知識的能力。

2 教學內容的精選

固體物理內容十分豐富，體系龐大，各部分有各自的特點。其中復雜抽象的概念體系、晶體結構的描述、嚴密的理論推導等要求任課教師具有較好的數學和物理學修養(yǎng)，要熟悉固體物理學發(fā)展歷史和前沿研究的新動態(tài)、新概念，且能夠對物理圖像進行透徹的講解；要求學生具有扎實的微積分、線性代數、群論等數學知識和量子力學、原子物理學、理論力學和統(tǒng)計物理學等物理知識。同時，固體物理學知識比較零散、概念多、模型多、原理和定律多，這對教師和學生都是一種挑戰(zhàn)。面對如此龐大的知識體系和豐富的內容，在講授過程中如何組織授課思路和精選教學內容，是教師要解決的一個問題。首先，理清固體物理的主線是非常重要的，即明確固體物理是研究固體的結構及其組成粒子之間相互作用與運動規(guī)律及闡明其性能與用途的學科，是從微觀的角度來揭示固體的宏觀物理現象.在此基礎上，認真分析教材，同時參考其他經典教材，精選教學內容，重在物理概念和模型，至于公式的推導和方程的求解等環(huán)節(jié)可適當簡化，留給學生課后自行解決。按照這樣的思路進行下來，即使在有限的課時內，學生對物理概念、物理圖像的認識也會比較清晰，有利于對基礎知識的掌握.

3 重視章節(jié)之間的內在聯系

固體物理學雖然涉及內容較多，但是認真分析后，不難發(fā)現各章節(jié)之間銜接緊密。以胡安的《固體物理學》為例，本科階段的教學內容主要是前四章：第一章主要講晶體的周期性結構，那么這些結構形成的內在機理是什么，就要考慮粒子間的相互作用，這樣就引出了第二章關于晶體結合的問題；同時，由晶體的結合類型和結合能，表明在不同的條件下，原子間會出現某種形式的引力和電子云的斥力，這些相反的作用力決定著平衡時原子間距，再考慮到絕熱近似，實際晶格則在平衡位置附近振動，由此可引出第三章關于晶格動力學和晶體熱學性質的內容；晶格動力學主要是針對原子的水平上的內容，而晶體中還包括電子，那么電子的狀態(tài)是怎樣的呢？這就引出了第四章能帶論.由此可見，在教學中，抓住知識體系的主線，突出概念和模型，便于學生識記、理解、掌握知識體系。

4 注入學科前沿知識

固體物理學是一門發(fā)展十分迅速的基礎科學，與當今最活躍的凝聚態(tài)物理和新材料科學緊密相連，也在其他多個學科領域得以應用，因此面對不斷涌現的新的現象和新的科研成果，固體物理學的前沿動態(tài)在教學中應該有所反映[4]，這將有助于提高學生對該課程學習的積極性和明確努力方向，同時也使課堂教學增添活力.例如，在講授晶體的共價鍵結合時，筆者就聯系自己的科研實際，介紹了碳納米管和石墨中碳原子的成鍵形式的差異，說明了二者在物理性質上的區(qū)別和聯系，以此為基礎，進一步介紹了低維碳納米材料近年來的研究進展。再如講授能帶理論的時候，筆者向學生介紹了石墨烯的能帶特征，說明了在低能極限下，石墨烯呈現出線性的能量色散關系，使得傳導電子可以看作是無質量的Dirac費米子，這種類似于光子的特性，使其可用于相對論量子力學的研究，同時表明其獨特的載流子特性和優(yōu)異的電學特性，這些都是近幾年凝聚態(tài)物理的研究熱點。所以，把科學前沿知識引入課堂，不僅可以讓學生強烈地感受到科學發(fā)展的脈搏和動力，極大的拓展了學生的視野，還可以激發(fā)起學生運用基礎學科理論實現科技創(chuàng)新的勇氣和欲望。這與“著重于啟迪學生思維，發(fā)展學生智能，開發(fā)學生的創(chuàng)造性，努力拓寬學生的知識面，為探索未知世界鋪路架橋”的世界一流大學培養(yǎng)人才模式是相呼應的。

5 教學手段的優(yōu)化組合

固體物理課程中包括大量的立體圖像和復雜的空間結構，還涉及晶格振動的動態(tài)過程，對學生的空間想象能力要求較高。傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的課堂教學手段就有一定的弊端， 因此可以將現代化的教學手段融入進來[5]。例如，使用多媒體課件演示晶體結構、倒格子、能帶、晶格振動等模型，再結合自制教具，實現圖片、動畫和實體模型相結合，使學生建立形象的空間模型概念，更直觀的理解教學內容。所以，多媒體教學技術以其趣味性、形象性，可以增強教學的感染力，為固體物理教學注入了新的活力，從根本上改變了固體物理傳統(tǒng)的教與學的方式，有助于激發(fā)學生學習的興趣，培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)造力。但是，多媒體課件不完全適合固體物理學教學，應根據具體內容和教學反饋進行取舍。例如，在講授倒點陣、布洛赫定理、聲子態(tài)密度等理論性較強的內容時，要配合節(jié)奏相對緩慢的板書，使學生理解知識要點，學會推理，從而有效的學習。

6 結語

上述教學改革方案是筆者在自己學習和講授固體物理學的過程中總結出來的，可以概括為“抓主線，選內容，重前沿，講方法”，目前在教學活動中也一直在實踐，獲得了較好的教學效果。但是，固體物理教學改革是一個龐大而又復雜的系統(tǒng)工程，課程改革的進行涉及到諸多方面，需要廣大教育工作者不斷研究和探索，進行多次“實踐―反思―總結”，方可真正跟上當今科學技術日新月異發(fā)展的要求，培養(yǎng)出新世紀合格的高素質和創(chuàng)新型人才。

參考文獻

[1] 胡安，章維益.固體物理學[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 梅顯秀.固體物理教學改革的探索與實踐[J].大學物理，2010（29）.

[3] 華中，宋春玲，劉研.固體物理教學改革的探索與實踐[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2004（4）.

量子力學基本概念總結范文第4篇

關鍵詞：理論力學;公式推導;工程案例教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）20-0169-02

一、引言

理論力學是研究物體機械運動一般規(guī)律的科學。這門課程研究的內容是速度遠小于光速的宏觀物體的機械運動，它以伽利略和牛頓總結的基本定律為基礎，屬于古典力學范疇。經過長期的實踐證明，一般工程中所遇到的大量動力學問題，用古典力學來解決，既方便又能夠保證足夠的精確性。力學是從物理學中分離出來的，與“數、理、化、天、地、生”并列為七大基礎學科。物理學是研究一切自然現象的科學，而研究物質運動是力學的定義。因此，力學從物理學中分離出來已是很長一個時期了。理論力學與電動力學、統(tǒng)計力學、量子力學在力學界稱為四大力學。理論力學是牛頓力學，即所謂經典力學，現代力學包括經典力學、量子力學和相對論力學。力學是一門應用性極強的基礎學科，又是一門理論性很強的技術基礎課。[1]

國際理論與應用力學學會把力學分成基礎力學和應用力學。上世紀30年代蘇聯建立了突出基礎力學教育的教育體系。同時期，歐美建立了強調應用力學教育的教育體系。我國力學教育在解放后的十年間，受蘇聯力學教育體系的影響比較大，多數高等學校使用的理論力學教材都是從俄文翻譯過來的。70年代末，歐美的理論力學教材進入我國高等教育界。直到80年代，理論力學還以120學時作為四年制機械類等專業(yè)課程的設置原則。

1980年5月，在南京召開高等學校工科力學教材編審委員擴大會，通過了教育部委托西北工業(yè)大學等高校提出的120學時機械類專業(yè)試用的“理論力學教學大綱”。二十多年來，隨著高等教育教學體制改革的深化，理論力學課程在教學內容、教學方法、教學手段、教學思想和觀念上都發(fā)生了很大變化?，F在我院為機械類設置的理論力學課程只有70學時，而教學基本要求與20年前的差別不大。由于學時急劇減少，迫使教師采用多媒體現代化教學手段，增大信息量，強化知識點，通過精講多練，使學生能夠比較牢固地掌握理論力學的基本知識。建設理論力學精品課程的要求正是在這樣的教學改革背景下應運而生的。

理論力學是理工科院校的一門重要技術基礎課。但對許多理工科學校的學生來講，學習理論力學并不是一個輕松的過程。普遍反映“課堂能聽懂，一做作業(yè)就無從下手”，甚至有人將之稱為“頭疼力學、煩人力學”。究其原因，主要還是由于很多學生對于理論力學的基本概念、基本理論和分析方法等總是處于一種似懂非懂的狀態(tài)，沒有對所學內容進行深刻理解。理論力學的學習具有很強的邏輯性，前后章節(jié)的關系環(huán)環(huán)相扣。前面章節(jié)沒學好，后面章節(jié)自然就學不好，越到后面越是緊密聯系前面章節(jié)的知識點。再者，理論力學的定理、公式往往是“非構造性”的，不能用簡單代公式的方法來計算，而是必須要有分析的過程，沒有清晰的概念就無從下手[2]。可以說，對理論力學問題的求解非常鍛煉人的宏觀把握能力。因此，迫切需要對現行的理論力學教學方法及內容進行改革。基于此，工程案例教學方法應用而生。

二、工程案例教學

伴隨著擴招，生源質量也有所下降，顯得參差不齊。上同一門課，有些學生學習能力比較強，課堂不能滿足需求，顯得“吃不飽”;另外有些學生又不能跟上課堂教學的進度，學習比較吃力。因此，理論力學課堂改革就顯得很有必要。學生學習新知識，第一印象――感性認識是很重要的。只有通過感性認識抓住學生的好奇心，才能有興趣把相關的內容學習好，甚至于通過自學來滿足自身對知識的渴望。而通過工程案例教學不但可以激發(fā)學習基礎較差的學生的積極性，還可以通過大量工程案例的引入滿足學有余力的學生對課堂外知識的渴求。工程案例的教學主要通過以下幾個方面來實現。

1.工程案例的整理及提煉。和力學相關的案例可以說是隨處可見，小到日常生活，大到航空航天。怎樣選擇合適的工程案例就顯得比較關鍵。好的工程案例既能引導學生快速理解工程背景，又能提煉工程當中的力學原理，達到實踐和理論有機結合的效果。因此，工程案例的收集整理就很有必要了。比如理論力學當中的力矩問題，就可以用常見的吊車起吊重物來舉例說明：某事故現場，吊車起吊出事的卡車，結果卡車沒吊上來，吊車反而由于起吊位置選擇的不合適而翻倒了。這個實例可以很好的說明力矩，通過這個實例學生也能快速的將力矩理論與工程實際結合起來。又比如裂紋和斷裂，這兩個概念相對而言比較抽象。只有比較專業(yè)的課程才會談到與裂紋有關的斷裂問題。裂紋和斷裂也可以通過生活當中的實例來說明：乘坐公交車應該是很多人都有過的生活經歷，而公交車的安全錘就可以很好的說明裂紋和斷裂。公交車上的紅色安全錘是為了在緊急情況下讓乘客逃生用的。當公交車出現緊急情況時，乘客只需要用安全錘敲擊鋼化玻璃的四個角。由于安全錘錘頭很尖，接觸面積小，手握安全錘大約用兩千克的力就可以砸開玻璃的邊角。對鋼化玻璃而言，一點點的開裂就意味著玻璃內部的應力分布受到了破壞，從而在瞬間產生無數蜘蛛網狀裂紋，此時只需用錘子輕輕的再砸?guī)紫戮湍軐⒄娌Ａг议_。用這個實例不但可以講清楚裂紋和斷裂，還可以闡明應力和應力集中，可以將學生的理論學習與實踐緊密相連。

2.工程案例的講授。有了好的工程案例，還需要有好的教師在合適的章節(jié)恰如其分的引入。這就對教師的綜合素質提出了較高的要求[3]。毋庸諱言，力學尤其是基礎力學，上課教師的數量偏少，質量也略顯不足。針對很多二本院校，基礎力學的上課學生比較多，教師的教學任務相對較重，這也使得很多教師沒法精心研究工程案例在教學當中的運用。另外，有些高校的基礎力學教師并非“科班”出身，這也使得教師自身對有些課程的理解還不是特別深刻，當然也就不能更好的促進課堂教學的完善和發(fā)展。

三、工程案例教學的實踐

從工程實踐以及日常生活當中整理提煉了大量典型的工程案例，通過教學經驗豐富的教師進行課堂教學，能否達到預期的效果，這也是一個很現實的問題。為了驗證工程案例教學的實際教學效果，本文選擇機電一體化及車輛工程兩個專業(yè)進行對比。機電一體化4個班進行工程案例教學，而車輛工程3個班采用常規(guī)教學。經過一個學期的學習，從平時的課堂問答到期末考試都反映出，工程案例教學要優(yōu)于常規(guī)教學。采用工程案例教學的機電一體化班最高分比車輛班高出10分，最低分高出15分，平均分高出12分。

四、結語

基礎力學特別是理論力學課程的工程案例教學是一項長期、艱巨的任務，需要投入大量的人力、物力和時間。學生通過案例教學的學習可以快速地掌握理論知識在實際工程中的運用，從而更好的將理論與實踐結合起來。案例教學還可以培養(yǎng)、訓練學生從工程實踐中抽象力學模型繼而求解優(yōu)化工程問題的能力，因此從該意義上來說，工程案例教學的作用可以說絲毫不亞于數學建模的功效[4]。再者，工程案例教學還可以培養(yǎng)學生動手和動腦的能力。比如講到桁架部分，通過桁架橋梁的案例講解，激發(fā)學生的學習興趣。人們常說“興趣是最好的老師”，一旦學生對桁架充滿興趣，就會在課堂外富有興趣的動手制木制桁架，還會通過傳感器等來測量桁架中的桿件是否為二力桿等。這樣一來，學生對桁架的理解就會相當深刻。另外，工程案例教學還可以促進計算機軟件如MATLAB、ANSYS等在教學中的應用。通過工程案例教學還可以培養(yǎng)學生的社會責任感，從學習階段開始就以嚴謹的態(tài)度對待工程實際。最后，工程案例教學也可以提高教師的綜合素質，豐富教師的課堂教學素材，使原本相對枯燥的課堂教學一下變得豐富有趣起來[5]。

工程案例教學使得師生都能很好的將理論與實踐結合起來，實現課堂教學的最初目的：從實踐中來，到實踐中去。

參考文獻：

[1]閔磊.《理論力學》課程教學的探討[J].現代企業(yè)教育，2014，（10）：119.

[2]楊衛(wèi).案例式教學：固體力學的前沿應用[J].力學課程報告論壇，2007：3-5.

[3]陳紅明.理論力學教學過程中的問題及對策分析[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2014，（4）：66.

量子力學基本概念總結范文第5篇

[關鍵詞]科學革命；哲學思維；常規(guī)科學；科學危機；范式轉換

在近代自然科學從哲學中分離出來之前，一切學問或學術可以說都在哲學這一母體內孕育和成長。那么，當自然科學以及其他學科逐步從哲學這一母體分娩并走上自身發(fā)展道路之后，包括自然科學在內的各門科學，能脫離哲學及其思維方式而獨立發(fā)展嗎？或者說各門科學與哲學之間那個連接胎兒和母體的“臍帶”真的能被剪斷或真的被剪斷了嗎？這是一個過去和當代任何一門學科或科學的形成和發(fā)展都必須面對并要加以認清的問題，否則任何一門學科或科學的形成和發(fā)展都難以實現。本文力求從自然科學發(fā)展中的科學革命及其思維過程角度來探索這個問題。

一、科學革命及其實質

所謂“科學革命”，是指“一種整體性的革命，這既可以針對整個科學而言，也可以針對某一學科而言。至于某一學科內部某個理論體系中的個別科學觀念的變化，我們一般不稱其為科學革命，而把它視為科學觀念的局部變革（也有人稱之為‘局部革命’或‘小型革命’）。這種變革雖然也是科學觀念的部分質變，但并未引起整個科學觀念的根本質變和整體質變”。這里所說的“科學革命”，“其最極端、最易于識別的形式可以用哥白尼主義、達爾文主義和愛因斯坦主義的出現作為例證——在這種事件中，一個科學共同體放棄一種長期看待世界、探索科學的方式，轉而支持另一種往往不相容的探索這個科學的進路”。例如，拉瓦錫的氧化說取代燃素說所帶來的化學革命，物理學中牛頓革命和愛因斯坦革命及其所帶來的相應的整個科學革命，等等。

最早明確提及科學革命的思想家也許是彭加勒。在1905年，他就敏銳地洞察到物理學危機和革命的征兆，并對它進行了系統(tǒng)的分析和論證。李醒民把彭加勒關于科學革命的基本觀點概括為：（1）由于新實驗與舊理論的尖銳沖突，物理學已處于危機之中；（2）危機能加速物理學的根本變革，是物理學進入新階段的前兆；（3）要擺脫危機，就要在新實驗事實的基礎上重新改造物理學。由此，可以得出結論：（1）科學革命是新的科學理論代替舊的科學理論，并且新理論與舊理論有根本的不同，是理論的根本變革，即科學理論發(fā)生根本的質變和飛躍；（2）科學革命前有一個危機時期，它是新實驗與舊理論的尖銳沖突，即舊理論處于危機之中。

繼承并發(fā)揮了彭加勒科學革命思想中科學理論質變和飛躍思想的科學革命論者是波普爾。他把科學看做人類心靈的探險事業(yè)，認為科學的本質就在于永無止境的探索。他把問題作為整個科學探索的起點，運用“證偽”或“否證”概念，把科學看做四階段的發(fā)展：P，（問題1）TT（試探性理論）E（消除錯誤）P2（問題2）。科學探索和發(fā)展就是這樣一個周而復始、永無止境的過程。

然而，庫恩不滿意波普爾把理論看做科學變革實體的思想，認為波普爾“過分集中注意了科學理論的革命性變革”，“只是盯住科學發(fā)展中的非常規(guī)事件或革命事件”，“把科學事業(yè)中非經常性的革命部分的特點賦予了整個科學事業(yè)”；應該更強調常規(guī)科學的作用，因為“正是常規(guī)科學而不是非常規(guī)科學，最能把科學同其他活動區(qū)別開來”。當然，庫恩也繼承和發(fā)揮了彭加勒的科學革命前有一個危機時期即舊理論處于危機之中的思想。在這一點上，彭加勒、波普爾和庫恩是一致的，“都強調新理論拋棄并取代了與之不相容的舊理論的革命過程”。

可以說，庫恩的科學革命思想是對彭加勒科學革命思想的具體展開和深化。他對科學的發(fā)展提出了更為動態(tài)、細致的描述模式：前科學一常規(guī)科學一危機一科學革命一新的常規(guī)科學一十……在庫恩的描述模式中，常規(guī)科學就是有確定的范式并在范式指導下的有固定套路和方法的解題活動；危機是出現反?！蟹妒较虏荒芙鉀Q的實驗和現象，是隨著反常的增多而產生的對原有范式的懷疑和動搖；革命是新理論的產生并取代舊理論而成為新的范式；因而革命是范式的轉變——新范式取代舊范式。其中，常規(guī)科學中出現的反常以及所引發(fā)的危機是科學革命不可或缺的前奏。

庫恩對科學革命與常規(guī)科學、反常、危機之間的辨證發(fā)展關系進行了詳細的闡述。在庫恩看來，在常規(guī)科學時期，“科學家不是革新者，而是解決疑難的人，他所集中注意的疑難，恰恰是他相信在現有科學傳統(tǒng)范圍中既能表述、也能解決的”?！叭欢獑栴}就在這里——受這種傳統(tǒng)束縛的研究工作，最終的結果還是一定會改變這個傳統(tǒng)。幾次三番地連續(xù)致力于闡述公認的現行傳統(tǒng)，最終還是會在基本理論中、在問題領域以及在科學標準中出現一種變換，即我以前所說的科學革命?！笨墒?，常規(guī)科學研究為什么“更能產生打破傳統(tǒng)的新事物”？“這是因為，任何其他類型的工作都不能這么容易通過注意力的長期集中而找到困難的所在和危機的原因，而基礎科學最根本的進展正是依賴于對這種困難和危機的認識上”。庫恩認識到，當“理論碰到了麻煩……科學家需要徹底依附于一種傳統(tǒng)，但要取得完全成功又必須與之決裂。部分是由于科學家常規(guī)研究的問題性質，要求這樣的依附。我們已看到，這通常都是一些深奧的疑難，疑難的挑戰(zhàn)性并不在于解答所揭示的內容，而在于為提出任何解答都有待克服的技巧上的困難。人們只有確信的確存在一種可以由創(chuàng)造能力揭示的解，才能研究這些問題，也只有現有的理論才有可能保證這種信心。只有理論給大多數常規(guī)研究題目以意義。懷疑理論，往往也就是懷疑構成常規(guī)研究的復雜的專門疑難是否真有一個解”。因而，在庫恩看來，常規(guī)科學研究的目的“在于完善現有范式，而非發(fā)明新范式。只有當這種完善工作失敗后，科學家才會遭遇第三類現象，即公認的反?，F象，其特征是無法被現有范式同化。只有這類現象才會促成新理論的發(fā)明”。而且“反常只在范式提供的背景下顯示出來。范式越精確，涵蓋面越廣，那么它作為對反常的一個指示器就越靈敏……范式不會太輕易地被拋棄，科學家將不會輕易地被反常煩擾，因而導致范式改變的反常必須對現存知識體系的核心提出挑戰(zhàn)……常規(guī)科學具有強烈的傳統(tǒng)性質，也標志著這種傳統(tǒng)的追求為常規(guī)開展自身的變化徹底地鋪設了道路”。

從常規(guī)科學到科學危機再到科學革命，其間有不可分離的張力和辨證推進的發(fā)展過程，可以說，沒有常規(guī)科學研究的推進就不可能有科學危機，而沒有科學危機也就不可能有科學革命的發(fā)生。因此，“富有成果的科學家也必須是個傳統(tǒng)主義者，他很樂于用已有規(guī)則玩復雜的游戲，以便成為一個發(fā)現用來玩游戲的新規(guī)則和新棋子的成功的革新家”。庫恩還用發(fā)散和收斂之間的相互補充及其張力來形象地描述常規(guī)科學與科學革命之間的關系。他說：“科學發(fā)現和發(fā)明本質上通常都是革命的。因此，它們確實要求思想靈活、思想開放，這是發(fā)散式思想家的特點……如果不是大量科學家具有高度思想靈活和思想開放的特性，就不會有科學革命，也很少有科學進步?！比欢?，“常規(guī)研究，甚至是最好的常規(guī)研究，也是一種高度收斂的活動，它的基礎牢固地建立在從科學教育中獲得的一致意見上，這種一致意見又在以后專業(yè)研究的生活中得到加強?？梢钥隙?，在典型情況下，這種收斂式的或者說受一致意見制約的研究工作終將導致革命……收斂式研究的持久時期正是革命轉換所必不可少的準備?！睆膸於鞯拿枋隹梢钥闯觯諗渴降某Ｒ?guī)科學研究是革命發(fā)生的不可或缺的準備，沒有持久的常規(guī)科學研究，也就不可能發(fā)現和應對反常和危機，也就不可能有科學革命和科學的進步?！翱茖W研究只有牢固地扎根于當代科學傳統(tǒng)之中，才能打破舊傳統(tǒng)，建立新傳統(tǒng)。這就是為什么我要談到一種隱含在科學研究之中的‘必要的張力’?！?/p>

顯然，庫恩的核心問題是科學革命，但他著墨的重點卻在常規(guī)科學上，強調常規(guī)科學研究的持久和堅定所導致的物極必反的效力——舊范式的突破而導致科學革命。因此，在庫恩的思想中，不論是常規(guī)科學、反常、危機還是科學革命，都是圍繞范式而展開的。常規(guī)科學是范式不變并在范式指導下的解題活動；危機是范式的動搖；科學革命是范式的轉換。

總之，科學革命是新理論取代舊理論，是新范式取代舊范式的范式轉換，這是一個從常規(guī)科學到出現反常再到危機并最終實現科學革命的持續(xù)發(fā)展的過程。

二、哲學思維貫穿科學革命始終

上述分析表明：從形式上看，科學革命是有與舊理論根本不同的新理論的產生，是有不同于舊范式的新范式的產生和確立。那么，新理論與舊理論的根本不同到底在什么地方呢？它是怎樣產生的呢？

對此，李醒民在總結諸多科學哲學家關于科學理論的要素和結構的論述基礎上，認為“成熟的或高級的科學理論是由科學公理（基本概念和基本假設）、導出命題或科學定律、科學事實（感覺經驗和觀察資料的科學陳述）三大要素組成的嚴密的邏輯演繹體系。”其中，科學公理是科學理論的邏輯前提或概念框架，是科學理論大廈的建筑基礎，離開它們，科學理論就失去賴以立足的基礎和進一步展開的依據，就根本無從建立起來。也就是說，科學理論的更新是基本概念和基本假說的更新，是創(chuàng)建出比原有科學理論的基本概念和基本假說更適合于自然對象、具有更大解釋力的新的基本概念和基本假說的過程。因此，要進行科學革命，必然要有新的基本概念和基本假說的創(chuàng)立，這是前提，也是最為關鍵之點。也可以說，建立在新的基本概念和基本假說基礎上而形成的新理論及其被科學共同體所接受，就實現了科學革命。在李醒民看來，科學的概念基礎和基本假設是科學理論賴以立足的本體論和邏輯基礎?！霸诳茖W理論的更迭中，特別是在科學史上為數不多的科學革命中，摧毀的正是這個基礎，而不是別的”；“在科學革命中，科學家用新的基本概念和基本假設取代了舊的科學公理，比如用牛頓力學的公理基礎取代亞里士多德的概念框架和分類范疇，用相對論的基本概念和基本假設取代牛頓力學的公理基礎，這就是所謂的范式轉換”。對此，愛因斯坦也認為，在面臨科學革命時，“整個物理學的基礎可能需要從根本上加以改造”；“我們關于物理實在的觀念絕不會是最終的。為了以邏輯上最完善的方式來正確地處理所知覺到的事實，我們必須經常準備改變物理學的公理基礎”。

那么，什么樣的科學家才能擔當此任（改變科學理論的公理基礎）呢？答案是：只有那些有意識地對科學所遇到的疑難問題進行哲學思維、在哲學思維的層面上工作的少數科學家。事實上，具體的科學理論都有特定的哲學世界觀為其基礎，要建立新的科學理論就必須找到新的哲學世界觀作為其基礎；而新的哲學世界觀的形成，必須在比科學理論層次更高的、哲學世界觀的層面上來思考問題，它不再是科學層面上的問題，而是更高、更抽象的哲學思維層面上的問題了。

在哲學思維層面上，范式不僅包括科學理論的公設，而且也包括關于這些公設必須適合的世界的預設，關于它們應該如何適合那個世界的預設，關于試圖使它們適合的恰當步驟和判斷何時是成功的或不成功的標準的預設，這些都與哲學世界觀層面上的基本概念和基本假說相聯系。這依賴于人的整體論（wholism），“整體論導致與傳統(tǒng)觀點的巨大差異。所謂的整體論，我意指下述觀點：組成部分融入這樣的統(tǒng)一體，以至于即使部分本身的性質也受到那個統(tǒng)一體的影響。整體的性質在某種意義上是部分本身的性質的決定因素。庫恩的整體論奠基于整體論的感知理論和整體論的（或融貫論的）意義理論?！睂Υ耍R根瑙（H，Margenau）進行了具體的闡述：在頂端一級，我們遇到所謂的原始經驗（protocol experience），即感覺材料、觀察，它們無凝聚力，本身沒有秩序，需要用在原始領域沒有直接給出的輔助概念（supplementary con—cepts）來“說明”或理論化；說明包含著概念化的程序，處于原始經驗之下的一級結構；在底部，每一門科學都顯示出十分普遍的命題，它們被稱為公理或公設；無論給定的科學在給定時刻的公理是什么，它們都通過演繹的形式分析導出高一級的即較少的普遍的命題，通常稱它們?yōu)槎苫蚨ɡ恚挥啥苫蚨ɡ磉€可以推出比較特殊的推論；這些推論借助對應規(guī)則與經驗資料聯系，以決定其去留。

關于此，庫恩有經典的闡述：“在公認的危機時期，科學家常常轉向哲學分析，以作為解開他們領域中的謎的工具?？茖W家通常并不需要當哲學家，也不想當哲學家。的確，常規(guī)科學通常與創(chuàng)造性的哲學保持一段距離，而且這可能有充分的理由。在常規(guī)研究工作中能夠利用范式作為模型進行時，就無須使規(guī)則和假定弄得很清楚明白……由哲學分析所找出的整套規(guī)則，甚至也并不非要不可。但這不是說，尋找假定（甚至是不存在的假定）不可能是削弱心理上的傳統(tǒng)束縛、并為新傳統(tǒng)提供基礎的一條有效途徑。17世紀牛頓物理學的突現，20世紀相對論和量子力學的突現，并不是偶然事件，而是兩者都以相同時代研究傳統(tǒng)的基本哲學分析為先導和相伴隨的。在這兩個時期，所謂的思想實驗在研究的進步中起到如此重要的批判作用，也不是偶然的?！痹诖耍瑤於鞅磉_了這樣幾層意思：（1）在常規(guī)科學時期，科學與哲學保持距離，科學家不做哲學家的事，也不想當哲學家；（2）在危機時期，科學家常常轉向哲學分析，并且這種哲學分析是擺脫舊傳統(tǒng)建立新傳統(tǒng)的有效工具和途徑；（3）牛頓物理學、相對論和量子力學等的科學革命，都說明了這一點。

當然，這種哲學層面上對問題的分析，也必須結合原有科學理論背后的哲學世界觀問題來進行，即挖掘并揭示原有科學理論與其背后的哲學世界觀的深層關系。這一點，庫恩也進行了闡述，認為“在成熟科學中，新理論以及越來越新奇的發(fā)現不能從頭誕生。相反，它們是從舊理論中涌現的，是關于世界應包含什么現象和不應包含什么現象的舊信念的母體中涌現的。通常這種新奇事物太過于奧妙莫測，引不起未受很多科學訓練的人的注意。即使受過相當的訓練……更為可能的是，即使敢于闖進這些領域的科學家，僅僅依賴于他接受新現象的能力以及對新的組織模式的靈活性，也將一事無成。倒不如說他會使他的學科退回到意見尚未一致或自然狀態(tài)的歷史階段?！?/p>

通過上面的分析，我們可以看出，科學革命實際上是形成科學理論基本概念、基本假說、評價標準、思維方式的變化，是哲學世界觀的改變。因此，科學革命是一場科學觀念和思維方法的徹底重建。當然，科學革命并沒有拋棄已有的經驗材料和經驗知識，只是改變理解原有材料和知識的方式和規(guī)則：“科學革命打碎的只是科學理論的舊框架，摧毀的只是科學的舊基礎?！?/p>

因此，從本質上看，如何實現科學革命——基本假設的革命即世界觀和方法論的變革，這是一個哲學問題，只是在自然科學中它是由科學家來表述、刻畫和解決的。純粹的哲學家很難解決這些專業(yè)內的科學問題。但是，專業(yè)的科學家如果還在原有范式指導下工作而不進行哲學創(chuàng)新思維，也是不能實現科學中的革命的（這并不是說，在科學危機時期，科學家要接受哲學家的指導而從事科學研究；而是說，如果科學家在該學科中不進行本體論和方法論的思考和創(chuàng)新，從而打破原有范式的本體論和方法論禁錮，是不可能實現科學理論創(chuàng)新即科學革命的）。所以，在科學革命中，科學家就是在做哲學的工作?？茖W家和哲學家都提出某種本體論和方法論，但哲學家要對這種本體論和方法論進行展開和論證，而科學家的工作是把新的本體論和方法論即科學基本概念和基本假說具體化為新學科的理論并用實驗加以檢驗。這恰如查爾默斯所說，“對基本原則進行持續(xù)的批判，最恰當地說，是哲學而非科學所具有的特征”。而對基本原則進行持續(xù)的批判，只能是少數的具有哲學思維能力的科學家所進行的工作?？茖W家“經常不能”完成新舊范式的轉變，而且，即使那些有哲學思維能力的科學家，如果科學不處于危機中，他們也不能進行或完成科學革命。因而，“替論的發(fā)明恰恰是科學家們很少做的，除非在其科學發(fā)展的前范式階段和在其后演變期間非常特殊的場合”。在一個學科內，如果像波普爾“猜想和反駁”的方法所表征的那樣，不斷地對基本原則提出質疑，那么該學科就不可能取得重大進步。這是因為那些原則沒有足夠長的不受到挑戰(zhàn)的時間使專門的工作得以完成。雖然愛因斯坦憑借他所具有的創(chuàng)造性和勇氣對物理學的一些基本原則進行了挑戰(zhàn)并取得了重大進展，但是我們不應忽視這一事實：正是經過在牛頓范式框架內200年的逐一的具體工作，以及在電磁學理論內100年的工作，才揭示出愛因斯坦將會認識到并且用他的相對論來解決的問題。

因而，“在科學革命中，科學家用新的基本概念和基本假設取代舊的科學公理”。在波普爾看來，科學革命就是一個科學理論被另一個科學理論所取代，就是一組主張被另一組不同的主張代替；同樣，庫恩也認為，一場科學革命不僅涉及一般定律的變化，也涉及看待世界的方式的變化，還涉及在那些評價理論時所要持有的標準的變化。

總之，科學革命是一個量變到質變的過程，革命包含在危機及解決危機的艱難的探索過程之中，沒有對危機和解決危機的探索，就沒有科學革命。這一過程，必須打破原有常規(guī)科學時期的科學觀念，并創(chuàng)立新的科學觀念，即新的基本概念和基本假說并建立新的理論范式，才能最終實現。而“獲得新范式、做出這些基本發(fā)明的人，幾乎總是非常年輕的人，或者新進入一個其范式將由它們所改變的領域的人，也許對此不需要再做更明確的說明，因為很明顯，他們很少在以前的實踐中受常規(guī)科學傳統(tǒng)規(guī)則的束縛，他們特別有可能看出，那些規(guī)則已經不再適用了，并且去設計出另一套規(guī)則代替它們?！?/p>

即使在有不同理論競爭對手的威脅時，科學家的哲學思考也是必要的。由于常規(guī)科學時期科學家接受訓練的方式以及他們若想有效地工作就必須接受的訓練的方式，他們對他們在其中工作的范式的確切性質，將是一無所知的，也無法加以闡述；但當一個范式受到某個競爭對手的威脅時，他們就必須努力清楚地說明一個范式中所包含的普遍定律以及形而上學原則和方法論原則，以便保護它們免遭有威脅的新范式中的那些替代者的傷害。庫恩總結說，“科學家面臨反?；蛭C，都要對現在范式采取一種不同的態(tài)度，而且他們所做研究的性質也將相應地發(fā)生變化。相互競爭的方案的增加，做任何嘗試的意愿，明確不滿的表示，對哲學的求助，對基礎的爭論，所有這一切都是從常規(guī)研究轉向非常規(guī)研究的征兆”。當人們認為反常正在給某個范式提出嚴重問題時，一個“明顯的無專業(yè)安全感”的時期便來臨了。此時，常規(guī)科學家開始進行哲學和形而上學的爭論，并且試圖依據哲學論據為他們的創(chuàng)新辯護。

三、哲學與科學的關系

事實上，科學革命不但沒有改變科學與哲學之間原有的生成關系，從某種程度上看反而在這個過程中強化了這種生成關系。從這方面看，具體科學不但是從哲學這一母體中生發(fā)出來的，而且在它獨立后的每一次的科學革命中，都要回到哲學思維的層面才能得以完成。可以說，具體科學的每一次重大發(fā)展（科學革命）都是借助于哲學思維（哲學世界觀的改變而形成新的基本概念和基本假說）來完成的。

其實，理論思維，就是確立基本概念和基本假說，然后形成判斷、推理的過程；沒有這種從概念到判斷、再到推理的過程，就沒有理論及其理論思維?？茖W理論的發(fā)展就是基本概念的邏輯展開，就是圍繞基本概念和基本假說的建構而進行的。從這個意義上說，科學理論的關鍵和核心就是確立并描述各種范疇如何圍繞基本概念而展開并得出結論的。可以說，由基本概念構成的理論的邏輯基礎決定著這個理論的本質以及它在認識對象上可能達到的程度。概念是科學理論大廈的基石，基本概念及其關系構成了科學理論的邏輯基礎。而哲學思維是科學革命的酵母，無論是在科學的創(chuàng)立之時還是在科學危機以及科學革命時期，哲學思維都起到關鍵性的作用。按照馬克思從“抽象到具體”的上升方法，科學理論的邏輯展開必須不斷地與現實對象接觸；從理論的抽象的一般到它的任何一個具體形態(tài)，都必須有中間環(huán)節(jié)作為對應原理，即科學理論的結構形式是由抽象一般、經驗具體和中間環(huán)節(jié)構成的演繹的邏輯體系。

于是，科學和哲學的關系，可以具體地表述為：一切科學的最基礎部分、也是最深處，都是哲學問題，都必須進行哲學思考。有人把哲學看做概念思維，是很準確的。哲學就是形成對認識對象的基本概念和基本假說，而推理、演算和驗證就成了具體科學的事了。因而，在哲學和科學之間永遠保有切不斷的“臍帶”，科學借助這一“臍帶”從哲學母體中不斷獲得新生的根基和養(yǎng)分；哲學通過這一“臍帶”，從各門豐富發(fā)展的科學理論中不斷獲得重生的形式。按庫恩的說法就是：“恰恰是拋棄批判性對話才是轉變到科學的標志。一個領域一旦轉變成為科學，只有在基礎搖曳的危機時刻才會出現這種批判性對話。只有對相互競爭的理論必須進行選擇時，科學家的行動才像是哲學家?！?/p>

更一般地說，哲學是回答為什么（why）的問題，而科學是回答怎么樣（how）的問題。前者是講道理、講原理的學問，后者是講機制、講理論的學問；機制、理論來自于道理和原理，沒有道理和原理就沒有機制和理論。就像地基和大樓的關系一樣，有什么的地基才能建起什么樣的大樓，大樓是由地基決定的；但從思考建什么樣大樓的角度看，也可以說，要想建造什么樣的大樓，就要思考打造什么樣的地基的問題。一個是大樓與地基的原理關系問題，一個是如何造大樓的機制問題。一般情況下，我們并不一定要認識為什么的問題，才能回答怎么樣的問題；但解決了怎么樣的問題，一定包含著對其中為什么問題的正確的原則性理解，即隱含了對為什么問題的原理的理解，雖然我們并不一定知道其中的具體的原理是什么。在科學革命中，科學家從怎么樣的問題回到為什么的問題，即從建什么樣的大樓回到要建什么樣的地基的問題；而在常規(guī)科學中，科學家面對的是在一定的地基上如何具體建造大樓的問題。在這個意義上，一般地說，哲學家做的是打地基的工作，而科學家做的是在一定的地基上如何建大樓的工作；但在不得不推倒舊大樓而建造更高的新大樓時，問題首先還得回到建造合適的地基問題上，雖然這時的工作還得由科學家來做，但科學家必須在哲學家工作的意義上展開工作，否則他將一事無成。并且這樣的工作，也只能由少數的、有哲學家頭腦的科學家來完成。