量子力学基本概念及理解篇1
关键词:经典相对论;宇宙学;量子引力;概念解释;形而上学
正如巴特菲尔德和厄尔曼编撰的《物理学哲学》一书所言，近半个世纪以来，物理学哲学充满活力有两个重要的原因，第一是与所分析的科学哲学的形成期相关，第二则是近半个世纪以来物理学自身的研究有关。也正因此，在物理学哲学发展的进程中，其研究的论题和研究方法也随着科学哲学和物理学自身的论题和方法进行着改变。在很长一个历史时期内，物理学哲学曾经关注经验物理学领域，物理学哲学的探讨与对客观性、真理性以及科学合理性的辩护分不开。而在当前宇宙学、量子引力发展的前沿时刻，《物理学哲学》一书体现了当代物理学哲学研究的新特点。本书与以往物理学哲学书籍最大的不同之处就在于，在以往物理学哲学著作往往重点讨论统计物理学、相对论和量子力学的哲学问题的基础上，增加了新的领域:“这些支柱的结合”———量子引力，并运用决定论和对称性这两个“能架起联结物理学理论间(甚至三大支柱间)鸿沟的桥梁”的主题，把最终的讨论由具体引向一般，从而让我们看到两个结论:第一，物理学哲学和物理学之间并不存在清晰的界限。第二，物理学概念的复杂化，想要借由物理学去丰富哲学，并非容易。本文主要就书中的“经典相对论”、“宇宙学中的哲学问题”和“量子引力”等内容进行分析，指出它们所揭示的物理学概念解释的新特征以及物理学理论理解的新特征。
一相对论、宇宙学和量子引力哲学概要
巴特菲尔德在引言中指出，数学的相对论者在不断深化我们对广义相对论基础的理解。大卫•马拉蒙特的“经典相对论”［1］一文就明显具有这样的特点，并不讨论经典相对论的历史发展及其实验依据，而是以微分几何的语言，从概念和形式化的角度对相对论的结构以及相对论引发的一些基础问题进行了分析和讨论。首先从描述相对时空的结构开始，相对论的弯曲时空是一类几何模型(m，gab)表示的相对时空，其中m为一个平滑的连续的四维流形，gab是m中的一个平滑的半黎曼度规。其中每个模型都代表一个与理论的约束条件相容的可能世界。m可以解释为世界中点事件的流形，而gab的解释则关乎四个物理学解释性原理，由点粒子和光线的行为决定，由此把引力和时空几何效应等同起来。当粒子只受到引力作用时，它的轨迹为弯曲时空的测地线。而任何质量粒子的加速度即偏离测地线的轨迹，由引力以外的力决定。马拉蒙特详细地描述了gab的解释性原理和限定条件。在此基础上分析了本征时间、某一点的空间时间分解及粒子动力学、物质场、爱因斯坦方程、类时曲线的汇与“公共空间”、基灵场与守恒量等内容。经典相对论中所有发生的事件都可以用物质场F表示，为时空流形m中的一个或者多个平滑张量或旋量，满足包含gab的场方程。tab为与F相关的能量－动量场，时空的弯曲受物质分布的影响，任意区域的时空度规和物质场会发生动力学相互作用，遵循爱因斯坦方程。在专题讨论部分，关于闵可夫斯基时空中的相对同时性的地位，试图还原爱因斯坦定义同时性对标准关系选择的特定背景;关于牛顿引力理论的几何化，将引力化的牛顿理论与爱因斯坦相对论进行了结构上的对比;关于时空的整体“因果结构”，关注了什么程度上时空的整体几何结构能够从其“因果结构”中得到。“宇宙哲学中的问题”［2］的作者是乔治•F．R．埃利斯。宇宙学哲学的部分在书中起着承上启下的作用，因为一方面，宇宙学哲学的研究基于爱因斯坦广义相对论引力理论时空曲率和宇宙的演化由物质决定的思想，用广义相对论描述宇宙远古时期之后的演化;另一方面，由于在黑洞以及宇宙大爆炸初期物质高密度状态下无法忽略引力问题，因而无法避免引力理论。总的来说，整篇文章把当代宇宙学看作是观测宇宙学、物理宇宙学、天文宇宙学与各种形式的量子宇宙学共生共长、互惠互补的综合理论系统，想要给出一个“描绘真实宇宙起源和演化的理论”。主要内容分为两大部分，第一部分为宇宙学概论，包括基本理论、热大爆炸、宇宙观测、因果和可视世界、理论的发展、暴胀、极早期宇宙、一致性模型等内容，并澄清了关于宇宙暴胀和超光速等问题的一些误解。在埃利斯看来，“宇宙学正在由一种猜测性的事业向真正的科学转变，这不仅带来了与科学革命相近的多种哲学问题，也使得其他哲学问题更加紧迫，例如关于宇宙学中的说明和方法等问题。”因此文章第二部分进行的问题讨论围绕这些说明和方法问题展开，讨论了宇宙的唯一性、宇宙在空间和时间上的巨大尺度、早期宇宙中的无约束能量、宇宙起源的解释问题、作为背景存在的宇宙、宇宙学明确的哲学基础、有关人类的问题:生命的精细调节、多元宇宙存在的可能性和存在的本质等九大问题。在此过程中，埃利斯提出了34个论点，关涉到这9个问题的方方面面，包括人择原理和多重宇宙存在的可能性等。这些论述关乎几何学、物理学和哲学，它们构成了宇宙学面面临的哲学问题的环境及其与局域物理学之间的关系。埃利斯期望通过这一系列讨论改变人们认为宇宙学只不过是确定一些物理参数的简单看法。“量子引力”［3］一文的作者是卡罗尔•罗韦利，内容大致可分为四个方面。第一，量子引力的研究方法，包括早期的历史和方向、目前的主要尝试性理论等。量子引力的早期思想可以概括为“用一个理论来描述引力的量子特性”。期间出现的第一种方法是罗森菲尔德等人的“协变化”方法，通过引入一个虚构的“平坦空间”来考虑周围度规的微小涨落，并且运用电磁场中的方法来对这些波进行量子化;第二种是伯格曼等人的“正则化”方法，研究和量子化整个广义相对论的哈密顿函数，而不只是量子化其围绕平坦空间的线性化函数;第三种是米斯纳等人的路径积分方法。目前主要的尝试性理论主要介绍了基于协变化方法发展起来的弦理论和基于正则化方法发展起来的圈量子引力理论以及它们之间的争论。第二，关于量子引力研究方法论问题。指出量子引力研究的理由包括经验数据的缺乏和对引力是否应当量子化的思索。分析了当前量子引力研究中的各种态度以及科学知识的累积性和科学哲学的影响。第三，空间和时间的本质，包括广义相对论的物理意义、背景无关性、时间的本质等。第四，与其他未决问题之间的关系，包括统一、量子引力学的解释宇宙学常数、量子宇宙学等等。这些章节的详细内容不是本文的重点，我们想要做的，是分析作者的研究方式所代表的当代物理学哲学研究的视野和方法的转变。本书的研究方式明显地具有两个特征:第一个特征关乎物理学概念的解释:物理学的概念解释脱离不开数学形式化下的整体系统;第二个特征关乎新的物理学理论的理解:在理论的发展中处处显示物理学和形而上学的交织统一。这两个特征与这些物理学研究领域实验检验的缺乏以及理论构造的特征密切相关。
二物理学概念解释的新特征:数学形式化整体系统中的关联解释
巴特菲尔德相信当前基本物理学中的基础问题会为物理学哲学提供从最为有趣且最为重要的问题，而我们关注的是本书处理这些基础问题的方式。虽然从章节上来看，物理哲学的论题被划分为若干个领域，但从内容上，完全可以看到作者的用心，站在当代数学物理学发展的高度用整体微分几何等数学语言对物理学系统进行重新形式化和解释，每一章节的紧密联系使得物理学作为一个整体系统得以呈现。其中对每一个物理概念解释的细节，正是物理学哲学追求的基础问题的答案。可以说，概念解释居于本书的核心地位，物理学哲学解释问题的最重要的方式就是处理当代物理学中的概念和解释问题。
(一)物理学概念的解释:我们理解世界的基础
物理学的发展时时刻刻影响着人们对世界的理解方式，其途径就是物理学概念的解释。经典物理学、相对论和量子力学曾极大地改变我们对世界的看法，它们在经验上的有效性曾经强化过我们对科学理论客观性和真理性的观点，也曾让很多物理学家追求理论的实用性而认为有些基础性的问题毫无意义。但当前宇宙学和量子引力理论的提出，使人们重新注视广义相对论和量子力学的不相容性的时候，从广义相对论以来的一些基础性问题和哲学问题得以重新复兴。相对论为我们宇宙的时空结构确定了一类几何模型，其中每个模型都代表了一个与理论的约束条件相融的可能世界或区域。而我们对时空的理解涉及整体时空结构和爱因斯坦方程的约束条件等等。宇宙学和量子引力的研究则让我们明白，改变我们对空间和时间的理解的广义相对论是在可以忽略引力的量子特性时对引力进行描述的场理论，那么真正的空间和时间的本质又是如何呢?我们对宇宙起源的理解绕不开量子引力方法的尝试，但这种尝试要受到很多约束，比如成熟量子引力理论的缺乏、量子力学基础问题，比如测量问题、波函数的塌缩问题等。现在人们期望得到的成功量子引力的路径基于目前理论的发展，比如惠勒－德维特方程和宇宙波函数思想、来自弦论思想的高维时空方法，或者圈量子引力的应用等。但这些问题是否能真正解决宇宙起源的问题却并没有确切的答案，比如维兰金的创生虚无的真理论的理解要依赖于量子场论的精致框架和粒子物理学标准模型等很多结构，而这些基础本身也是需要解释的。可以说，我们理解世界的基础就在于我们用于理解它的那些概念的意义。
(二)概念解释的新特点:数学形式化下整体系统中的关联解释
巴特菲尔德在经典力学的辛约化中指出，经典力学的核心理论原理已经被欧拉、拉格朗日、哈密顿和雅可比等改写，“我们已经认不出来了，因此对它们的哲学反思也发生了变化。”因此引入辛几何、李代数等语言对理论进行形式化，旨在利用辛约化理论使连续对称和守恒量之间产生联系的特征，从理论结构上显现经典力学与量子物理学的联系，这是运用数学形式化系统展现物理学理论的对称性本质。相对论、宇宙学和量子引力哲学部分，情况也是如此。整本书是站在当代数学发展的高度，运用拓扑学、群理论和微分几何等重新形式化物理学的整个体系，并对其概念进行剖析的一个过程。而对基本问题的理解，则建立在概念剖析的基础之上。在这些文章中，理论发展的历史状况和实验成果，只是系统阐释整个理论概念和解释的背景而已。作者们的重点则放在用数学领域的发展和物理学理论形式化的诉求，促进对物理学理论结构的探索，进而把论题转化为对其哲学问题的探讨。理论的形式化体系、概念结构和物理学解释是有机地结合在一起的。在牛顿引力的几何化中，也是站在当代物理学和数学发展的高度，重新形式化作为相对论弱场近似的牛顿理论，得到与广义相对论类似的数学结构，正是在这个意义上，才能够好地发现两个理论在何种条件和何种程度上是相符的，又在何种条件和何种程度上是区别的。在这个形式化的整体系统中，对于物理概念的解释不再是孤立的解释，而是站在理论的数学结构的高度，成为一个整体系统中的关联解释。这在很大程度上突出了物理学哲学中语义分析方法的重要性，因为没有完全独立的概念，物理学的概念定义之间互相依赖，只有在一个系统的语义结构中才能理解概念的意义。如普斯洛斯在这套爱思唯尔哲学手册的《一般科学哲学》一书中所言:“理论解释的唯一方式就是把它嵌入到同类概念的框架中，并尝试着解开它们的相互关联。”［4］
(三)旧概念重新解释的意义:还原理论创立过
程中概念选择的特定背景在物理学的发展中，每一次理论创新和进步都伴随着新概念的提出或旧概念的重新解释，站在理论发展的角度考虑，这样的解释会让我们更好地理解物理学理论的提出、发展和变迁的合理性。比如蒙特在经典相对论一文中对闵可夫斯基时空环境下相对同时性关系的重新考虑。蒙特指出，当相对于一个四维速度矢量将一点上的矢量分解为“时间”和“空间”分量进行讨论时，我们理所当然地相信包含正交性的相对同时性的标准认同。在解释这种认同的理由时，根据方便在闵可夫斯基时空结构即狭义相对论体系下进行分析。他援引霍华德•斯坦的论述，指出采用相对同时性的标准(ε=1/2)的惯例是需要特定背景的。在他们看来，爱因斯坦是为了解决我们无法检测到地球相对于以太的运动而采取的解决方案，以一种特定的方式(ε=1/2)来思考同时性，但如果并非从爱因斯坦最初的思路来考虑，而是从一个成功理论的高度来理解它，把相对论视为是针对时空结构不变性的论述时，其意义就完全不同了。这在很大程度上还原了爱因斯坦对同时性做出的“定义”中挑选出来的这种标准关系的实质，它可能并非一种自然的存在，而是理论选择的特定需要，还原这个过程，对我们更好地理解理论和概念的本质有着重要的意义。
(四)新理论的概念澄清:科学进步的必然现象
物理学史上每一个新理论的诞生都会引起旧的概念的澄清，量子引力就是个很典型的例子。量子引力是对空间和时间本质的探索，它引导我们重新思考关于时间、空间、“在某处”、运动和因果观测者的地位等很多问题。作为试图把广义相对论和量子理论结合的理论，我们需要以历史的眼光重新追问。我们都知道，广义相对论改变了我们对牛顿独立于物质运动的绝对空间和时间的理解。量子力学则用我们关于运动的一般性理论替代了经典力学，并改变了物质、场和因果性的观念。但量子力学的外在时间变量和量子场论静止的背景时空都是和广义相对论不相容的。而广义相对论中引力场被假设为一个经典决定论的动力学场，无法处理小尺度引力的量子特性。因此，想要把二者进行结合的量子引力就遇到了困难。正因为如此，罗韦利直言尽管基础物理学在经验上有效，但它正处于一种深刻的概念混乱的状态。虽然20世纪后半叶，物理学注重实用而忽略了这些基本问题，但量子引力告诉我们这些基本问题必须得到新的答案。但问题的澄清并没有一条唯一明确的路可以走，超弦理论和圈量子引力在假设、成就、具体结果以及概念框架上都有着显著的不同，但它们都有自己的代价，弦理论的思想基础是为了消除广义相对论的微扰量子化的困难，保留了量子场论的基本概念结构，其代价之一是放弃广义相对论的广义协变性。圈量子引力植根于描述广义相对论的协变性，但它的代价是忽略了理论的不完备性，放弃了幺正性、时间演化、基本层次上的庞加莱不变性以及物理学对象是在空间中局域化的且在时空中演化的概念。可以看出的是，新理论澄清概念的过程是科学理论进步的必然现象，而这一过程是通过分析在描述世界结构时所产生的概念上的困难来对以往科学的研究框架予以质疑或辩护，这涉及的是对世界本质更深刻的哲学和形而上的思考。
三物理学理解的新特征:物理学和形而上学的交织统一
量子力学基本概念及理解篇2
1.深化和活化化学知识
化学是一门以实验为基础的在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的自然学科，化学学科的发展离不开实验数据的支持，定量研究的方法是化学发展为独立学科的重要标志，同样化学学科的学习离不开化学计算。在课程改革以提高学生的科学素养为宗旨的背景下，培养学生能力颇受人们关注，其中化学计算能力的培养也成为热点话题。
2.有利于化学思想和方法的培养
化学计算是从量的角度使学生加深对化学概念和原理的理解，进一步掌握物质的性质及其变化规律，培养学生分析问题及运用化学知识进行有关量的计算的能力。
二、高中生化学计算能力现状分析
根据我校情况，经过高中学习，他们已经掌握高中阶段与化学计算相关的相应知识，并且经过一定练习具备了解决化学计算类问题的策略和方法。本次发出问卷50份，剔除无效问卷7份，因此有效被试人数为43人。问卷以“化学计算专项练习”的形式发放给学生，对研究对象强调测试要求，开始测验，时间约为30分钟。问卷回收后，剔除无效问卷，对问卷逐一进行评析，对问卷数据进行系统分析。统计结果分析完后，选取部分典型个案进行访谈。
结果与分析：当前高中化学教学所达到的能力目标离要求相差甚远，主要有以下问题：
1.意志力和品质
学生缺少刻苦钻研的精神，表现为学生依赖老师解决问题的思想太重，遇到困难不能独立思考。
2.自学阅读能力
学生对化学问题呈现的化学情景分析不清，不能通过审题抓住隐含条件，特别是信息量较多、文字较多的题目，经常需要老师提示性地读完题目后，才能找到解题思路。
3.思想方法
不能灵活应用各种科学的化学思想和化学方法解决化学实际问题，如，守恒法、控制变量法、量差法等，这样很难做到真正理解和掌握化学知识，达到理解和应用的目的。
当然还有知识结构缺乏、提问交流不主动、情感态度不端正、参与意识薄弱等因素都制约着学生的计算能力。
三、研究的意义和价值
化学计算能考查化学知识的掌握程度和应用情况，它能把化学基本概念、原理，物质的性质及变化规律有机地结合起来，解决化学计算类问题体现出学生是否真正地理解相应的化学知识。计算的过程中能够加深对化学核心概念和基本原理的理解，有利于学生概括形成化学基本观念。其次，化学计算传递的是一种定量研究的思想，体现知识循序渐进的习得过程，定量研究是化学学科发展的必然趋势。定性研究是定量研究的前提基础，定量研究是定性研究的进一步深化。通过具体的数据来揭示抽象物质变化的规律，才能从根本上理解化学变化，促进化学学科的形成和发展。学生的化学学习同样经历了从定性地认识化学概念到定量地理解化学原理的过程。最后，化学计算能力是集知识、技能、素质于一体的综合能力，化学计算能力的发展同样有利于提高学生的思维能力、自学能力、推理能力及观察能力。
四、化学计算能力培养的教学建议
量子力学基本概念及理解篇3
关键词:概念图;物质的量教学;知识迁移能力
文章编号:1005-6629(2010)01-0021-03中图分类号:G633.8文献标识码:B
1传统“物质的量”教学中存在的问题
物质的量是高中化学理论的一个知识点,是整个高中化学教学的重点和难点之一。普通高中课程标准实验教科书《化学1》(江苏教育出版社)中该单元教材是以“物质的分类及转化”、“物质的量”、“物质的聚集状态”、“物质的量的浓度”、“用物质的量进行计算”为主线编写的。在传统教学中,学生表现的具体问题有:
1.1概念的内涵混淆不清
对物质的量、物质的质量、物质的量浓度、摩尔质量和气体摩尔体积的概念混淆不清,对应的单位也搞不清。如物质的量浓度的单位为mol・L-1,气体摩尔体积的单位为L・mol-1;摩尔质量是指单位物质的量的物质所具有的质量,单位为g・mol-1;相对原子质量的指原子的质量与0.012kgC-12的1/12的比值,没有单位。但两者在数值上是相等的。
1.2外延把握不准
物质的量表示含有一定数量粒子的集体。是计量原子、分子、电子、中子或离子等微观粒子的一种基本物理量。但初学者往往会把宏观物质用物质的量来表示:如1摩尔大米,5摩尔大肥猪等错误概念;22.4L・mol-1是特指在标准状况下的气体的摩尔体积。气体摩尔体积的定义是单位物质的量的气体所占的体积,只能应用于气体。学生常认为标准状况下1mol水的体积为22.4L,这种说法是不正确的。
1.3在概念之间无法建立有意义的联系
阿伏加德罗常数指的是1mol任何粒子的微粒数,符号为na。即指0.012kgC-12中所含有的碳原子数,近似值为6.02×1023。不能把相对原子的质量、阿伏加德罗常数和物质的量的概念相联系。
1.4在问题解决中不能调用相关概念
在有关方程式和一些基本计算中,运用物质的量进行计算,既方便又快捷。许多高一学生尽管对有关物质的量的公式早已滚瓜烂熟,但是在很长一段时间内,却不能正确应用相应的公式和原理来解题。例如,先把物质的量转化为质量,再换算成物质的量或气体的体积的同学也大有人在。
在物质的量的教学过程中,对知识的横向联系和综合程度的要求提高,在能力上要求从形象思维向抽象思维飞跃。多年的教学实践表明,由于接触化学时间不长,学生很难将化学中的概念、事实、理论进行有机结合,他们头脑中的化学知识往往是彼此孤立的、零散的,不易形成较完整的化学知识网络结构。这就要求教师在物质的量的教学中,采取一定的教学策略帮助学生形成较为完整的认知结构,实现意义学习。
2概念图在物质的量教学中的优势
心理学表明,理论知识的学习过程是学生通过积极的思维活动,对各种各样的具体事例进行分析、概括,从而把握同类事物的共同关键特征的过程[1]。物质的量的概念贯穿于整个高中化学教学的始终,特别是在化学计算中它更处于核心的地位。概念图作为一种能够有效促进概念间知识联系、加强概念间理解的教学工具,能够在很大程度上帮助学生发展一种理解化学概念和现象的整体性知识框架。可以避免学生对知识的死记硬背,实现知识点之间的贯通理解和转换,有利于认识事件的本质和规律,构建知识网络结构,提高学生的知识迁移能力。概念图在支持物质的量的教学方面具有以下优势:
(1)形象性:概念图能够以简洁明了的图形形式,表现物质的量理论复杂的知识结构,从而形象地呈现物质的量、阿伏加德罗常数、摩尔质量、物质的量浓度、气体摩尔体积等各概念知识点之间的联系。
(2)整体性:物质的量的教学是抽象的,对高一的初学者来说是易混淆、难理解的。利用概念图能将该知识以整体的、一目了然的方式呈现出来,有利于学生全面理解相关的概念。
(3)综合性:“物质的量”的知识理论性较强,抽象程度高,经常有很多学生面对综合性问题束手无策,即使经过大量训练,效果仍然不理想。历来被认为是造成学生成绩分化、学习困难的重点知识之一。在教学过程中,概念图作为围绕主要概念来组织综合信息的工具,进行知识拓展,有独特的优点。
(4)层次性:概念图可以通过确定物质的量与其他各概念之间的因果联系,区分物质的量、阿伏加德罗常数、摩尔质量、物质的量浓度和气体摩尔体积,形成概念的层级次序,建立各概念之间的关系,提高对各概念的理解。
(5)经济性:由于在人的信息加工系统中,短时记忆容量有限,因此,人们必须具备表征知识的各种各样的经济方式,以适应这一系统结构的有限性需求。
3概念图的制作步骤和教学分析
以限定型概念图制作为例,概念图的制作一般有以下几个步骤:
第一步,确定关键概念和概念等级。
选定某一知识领域后,找出该主题的关键概念以及与之相关的其他概念,并一一列出。然后,对这些概念进行排序,从最一般、最概括的概念到最特殊、最具体的概念依次排列。
第二步,初步拟定概念图的分层和分支。
把所有的概念写在活动卡片上,移动卡片讨论概念可能的连接,按照概念的纵向分层和横向分支,在工作平台上排列卡片,初步拟定概念图分布。
第三步,建立相关概念的连接。
把每一对相关的概念用短线连接,并在连线上用适当的连接词标明两者的关系。这样,同一领域及不同领域中的知识通过某一相关概念相连接,再经过修改后各概念及其关系就清晰可见,所绘的概念图就基本确定了。此外,还可把说明概念的具体事例写在节点旁。
第四步,反思完善概念图。
对各人绘制的概念图初稿分组进行讨论及补充,构建小组图;然后全班再讨论,综合成一个概念图。随着学习的深入,学习者对原有知识的理解会加深和拓宽,所以要对概念图不断修改和完善,使概念图真正成为知识建构的有力工具。
以“物质的聚集状态”作为教学案例。物质的聚集状态的变化实质是分子等微观粒子间相互作用的变化所致。以固体、液体和气体三种情况的微观和宏观性质的比较以及分子间距离的变化,很自然能引出了“气体摩尔体积”的基本概念。
对全班学生教学前后制作的概念图进行统计和分析,得出以下结论。
由上表可以看出:
(1)从节点情况看,学生在教学前制作的概念图中的正确节点(即概念),大多数都列出了三种聚集状态的微粒特征、宏观性质、以及影响体积的因素等,同时,还将影响体积的三种因素列了出来。还有一些同学列出了固体和液体相对应的例子,说明大部分学生已基本掌握了概念图的制作要点。由于教材的内容容易让学生接受,通过自学,学生已基本掌握了教学内容。
统计表明,对影响不同聚集状态的粒子数目、粒子大小、粒子间的距离的节点,尤其是气体摩尔体积这一节点有相当一部分同学缺失,甚至出现了错误,其中能举出正确例子的同学很少。说明这一部分内容,学生自学后的掌握情况不好,对影响气体体积的因素没有完全理解,而气体摩尔体积的概念和公式的应用是教学需解决的重点和难点。
(2)从教学前概念图中的命题来看,大多数学生能从物质的微粒特征的结构和运动方式以及宏观性质的形状和能否被压缩的角度进行分析,并用合适的连接词连接,构成正确的命题。正确命题数目的差异主要在影响气体的气体以及气体摩尔体积的公式。
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分析一些学生的错误命题,发现在粒子数目、粒子大小、粒子间的距离节点上出现了错误连接。由此可以看出,少数同学在自学过程中没有理解这三种影响因素对不同聚集状态物质体积的影响。
本案例让学生自学、展开讨论,并分析其他同学制作的概念图,学生就易发现自己制作的概念图中的层级结构是否合理;节点和命题是否正确的;所举例子是否正确,还有哪些知识没有理解。教学后学生制作的概念图的正确节点和命题明显增多。主要增加了影响气体体积的外界条件―温度和压强,而且能举出正确的例子。尤其突出的是,许多同学不同程度地标出了三种不同聚集状态影响体积的关系,还有约18.6%的学生标出了阿伏加德罗定律和气体摩尔体积的关系,这些都是创新性命题。这说明一方面教师的概念图教学策略是有效的;另一方面说明这些学生在尝试着建构自己的认知结构。但有少数学生未能从这方面作出出尝试,原因可能是学生在画概念图时也许更关注的是不同层交或同一层次内部节点和节点之间的命题,而对于交叉层次间存在的命题缺乏思考;还有可能是学生缺乏将概念体系进行整合的意识和能力。
4研究结论
(1)在学习中使用概念图的学生,所识记的概念数量多,知识点数量大,知识面明显拓宽,使学生既重视基本概念的学习、深刻地掌握知识的内涵,又扩大知识的外延,将概念内涵与外延及分散的概念组成了有机的概念体系,对概念的把握更为准确和深刻。
(2)采用概念图教学策略,学生对知识的保持和提取更为有效,提取的途径增多,在问题情境中能够对知识产生积极、有效的迁移,能够熟练地运用所学的知识去解决实际问题,对学生整体学习能力起到较好的促进作用,知识的迁移应用能力显著增强。
(3)概念图使师生的思路更开阔和清晰,能激发学生的学习兴趣,使学生在课堂上更积极活跃地参与学习;教师的教案更加灵活而篇幅大大减少;学生的笔记更加简明、清晰,更利于学习。
总之,概念图不论是对学生的学习还是对教师的教学,都有着不可低估的教学意义,对提高教学质量、减轻学习负担也有着重要的意义。
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量子力学基本概念及理解篇4
一、注重化学概念的教学，加强化学用语的训练，为化学计算夯实基础。
涉及初中化学计算的一些重要化学概念，首先在形成它们时尽可能通过实验或其它具体事物分析、概括导出，其次注重概念同化，进行新旧概念对比，弄清相近概念间的本质区别与内存联系，然后加强运用概念的训练，加深对基本概念的理解，提高运用基本概念的能力，最后还要加强与基本概念相关的化学用语的训练，掌握化学学科独特的学习语言。
实践证明，当学生理解了化学式、相对原子质量、相对分子质量等基本概念，化学式含义及化学式前系数的含义等内容后，有关化学式的基本计算就可以说是“轻而易举”了；当学生理解了质量守恒定律、化学方程式能够表示反应物及生成物各物质间质量比的含义等内容后，学生基本都能够进行化学方程式的简单计算了；当学生理解了溶液、溶液的组成（溶质、溶剂）、溶质的质量分数等基本概念后，溶质质量分数的计算也就不再难倒学生了。
二、初中化学计算是化学“量”的思想与数学计算方法的结合，化学计算的关键是化学“量”的思想。
各种计算类型在教材上都出示了相应的例题，它们以清晰解题步骤阐述了运用化学概念进行化学计算的思想，以简明的解题格式规范正确运用化学概念进行化学计算，表述逻辑思维过程的方式。故而要特别注重发挥教材上例题的作用。如何发挥例题的作用呢？从接受式和探究式两种学习方法来讲形成两种策略，即传授性和探究性两种教学策略。
量子力学基本概念及理解篇5
【关键词】量子力学；教学方法；物理思想
“量子力学”是20世纪物理学对人类科学研究两大标志性贡献之一，已经成为理工科专业最重要的基础课程之一，学生熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论，具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。对提高学生科学素，养培养学生的探索精神和创新意识及亦具有十分重要的意义。但是，量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相去甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。针对这些教学中的问题，如何激发学生学习本课程的热情，充分调动学生的积极性和主动性，已经成为摆在教师面前的重要课题。对“量子力学”课程的教学内容应作一些合理的调整。
1合理安排教学内容
1.1理清脉络，强化知识背景
从经典物理所面临的困难出发，到半经典半量子理论的形成，最终到量子理论的建立，对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析，特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的，还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解，有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对这些基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如：对于玻尔理论，由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释，学生往往会觉得不可思议，难以理解。为此，在讲解这部分内容时，很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景，告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念，且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握，之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题，玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时，还可以通过定态波函数的概率分布图，向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的，只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述，学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用，而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。
1.2重在物理思想，压缩数学推导
在物理学研究中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维线性谐振子问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。这样，学生就不会感到枯燥无味，而能始终保持较高的学习热情。
2改进教学方法
“量子力学”这门课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取传统的灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。学习效果自然大打折扣。为了提高学生学习兴趣，激发其学习的积极性，培养其科学探索精神及创新能力，在教学方法上应进行积极的探索。
2.1发挥学生主体作用
在必要的教学内容讲解外，每节课都留出一定的师生互动时间。教师通过创设问题情景，引导学生进行研究讨论，或者针对已讲授内容，使学生对已学内容进行复习、总结、辨析，以加深理解；或者针对未讲授内容，激发学生学习新知识的兴趣（比如，在讲授完一维无限深方势阱和一维线性谐振子这
两个典型的束缚态问题后就可引导学生思考“非束缚态下微观粒子又将表现出什么样的行为”），这样学生就会积极地预习下节内容；或者选择一些有代表性的习题，让学生提出不同的解决办法，培养学生的创新能力。对于在课堂上不能解决的问题，积极鼓励学生利用图书馆及网络资源等寻求解决，培养学生的科学探索精神。此外，还可使学生自由组合，挑选他们感兴趣的与课程有关的题目进行讨论、调研并完成小组论文，这一方面激发学生的自主学习积极性，另一方面使其接受初步的科研训练，一举两得。
2.2注重构建物理图像
在实际教学中着重注意物理图像的构建，使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。例如：借助电子束衍射实验，通过三个不同的实验过程（强电子束、弱电子束及弱电子束长时间曝光），即可为实物粒子的波粒二象性构建出一幅清晰的物理图像；借助电子束衍射实验图像，再以光波类比电子波，即可凝练出波函数的统计解释；借助电子双缝衍射实验图像，可使学生更易接受和理解态叠加原理；借助解析几何中的坐标系，可很好地为学生建立起表象的物理图像。尽管这其中光波和电子波、坐标系和表象这些概念之间有本质上的区别，但借助这些学生已经熟知和深刻理解的概念，可使学生非常容易地接受和理解量子力学中难以言明的概念和理论，同时，也可使学生掌握这种物理图像的构建能力，对培养学生的创新思维具有非常积极地作用。
3教学手段和考核方式改革
3.1课程教学采用多种先进的教学方式
如安排小组讨论课，对难于理解的概念和规律进行讨论。先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正。例如，在讲到微观粒子的波函数时，有的学生会认为是全部粒子组成波函数，有的学生会认为是经典物理学的波。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，从而进一步激发了学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。另外课程作业布置小论文，邀请国内外专家开展系列量子力学讲座等都是不错的方式。
3.2坚持研究型教学方式
把课程教学和科研相结合，在教学过程中针对教学内容，吸取科研中的研究成果，通过结合最新的科研动态，向学生讲授在相关领域的应用以培养学生学习兴趣。在量子力学诞生后，作为现代物理学的两大支柱之一的现代物理学的每一个分支及相关的边缘学科都离不开量子力学这个基础，量子理论与其他学科的交叉越来越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理到中子星、黑洞各个层次的研究以量子力学为基础；量子力学在通信和纳米技术中的应用；量子理论在生物学中的应用；量子力学与正在研究的量子计算机的关系等，在教学中适当地穿插这些知识，扩大学生的知识面，消除学生对量子力学的片面认识，提高学生学习兴趣和主动性。
量子力学从诞生到发展的物理学史所包含的创新思维是迄今为止哪一门学科都难以比拟的。在20世纪初，经典物理学晴空万里，然而黑体辐射、光电效应、原子光谱等物理现象的实验结果严重冲击经典物理学理论，让经典物理学陷入危机四伏的境地。量子力学的诞生，开启了人类科学发展的新思维。开展好量子力学的教学活动，在教学过程中展现量子力学数学形式之美，使学生在科学海洋中得到美的享受，有利于极大的提高学生的科学素养，从精神上熏陶他们的创新精神。
【参考文献】
[1]周世勋.量子力学教程[m].高教出版社，1979.
量子力学基本概念及理解篇6
一、选择场景和方法加强对概念的建构
在概念教学过程中，教师如果忽略学生概念形成的认知过程，只是讲授概念的定义，学生就不能理解概念的本质，只是学习了一些词语，会背诵概念的词句，虽然可以解答习题，但实际上只是用概念的规律对习题做出判断，而不是真正有意义地构建了概念。因此，在化学基本概念教学中，教师应注重学生概念学习的过程，帮助学生发展思维能力，充分利用演示实验，分析归纳，提供基本概念适宜的条件，使学生自主建构概念。教师精心设置情境，并引导学生从一定的方向对情境进行分析，发现问题。若能提出有价值的问题，则说明学生明确了学习的任务，有了明确的思维方向，也就为学生自主建构概念打下了坚实的基础。如学习“氧化还原反应”概念时，可列出几个在四大反应范围内的和不在四大反应范围的氧化还原反应的例子，学生在按以前的经验给这些反应分类遇到困难时，则必然会产生用新的方式理解这些反应的动机。教师要适时引导学生发现问题、提出问题，并从化合价变化的角度观察。如果发现这些反应其实只有两类，学生基本上就形成了对氧化还原反应实质内容的认识。此时学生应对所选择的信息加以概括，应用自己的语言概述或接受前人的描述语言，从而完成对概念的建构。
二、利用实验对基本概念解析
学生初次接触化学课，往往对概念理解不深，习惯用死记硬背的方法学习，教师要尽可能地加强直观教学，增加课堂实验，让每个学生都能直接观察实验现象，加强直观性，增强学生对概念的信度。学生的感性认识有助于形成概念、理解和巩固概念。强调学生理解这一概念时，要注意“一定”“两不变”的涵义，加深学生对概念的理解，强化记忆，从而得到“催化剂”这一概念的内涵是：（1）化学反应速度；（2）这类物质的质量和化学性质在化学反应前后都未变化。外延是：（1）在化学反应里。（2）具有内涵特征的这一类物质的隐含因素：①对“变化”二字的理解。催化剂即可加快化学反应速度，又可减慢化学反应速度。②一种反应可以有一种或几种物质作为催化剂。③一种物质在这一反应中是催化剂，但在别的反应中就不一定是催化剂。④不是任何化学反应都需要催化剂。⑤不同的化学反应所需的催化剂一般是不同的。
三、强化形象思维，使抽象概念直观化
在没有条件或无法采用直观教学手段的情况下，应适当地指导学生自学获取知识。强化形象思维，是加强直观概念教学的手段之一。让学生从宏观的感觉中体会微观粒子的性质，理解分子论概念。在建立元素概念时，可以利用学生已有的知识，先让学生回忆原子与原子核的组成，然后用生动的语言抽象出元素的概念。也可以采用先阅读教材再讨论的方法使学生自己得出正确概念。这样，学生既能消除对抽象概念的厌烦情绪，又能对比较抽象的概念理解得较准确和深入，避免教师把概念硬灌给学生，学生死记硬背记不住、难应用的现象。
四、对相关概念进行比较教学
初学化学的学生往往对概念理解不深，形成的概念模糊，似懂非懂，因此做题时经常出现差错。在教学中可列举几组实例进行比较教学，在对比中明确它们的本质区别和联系，加深对概念的理解，锻炼学生的抽象能力。如在“元素”和“原子”概念形成之后，比较分析它们的区别和联系：元素是宏观概念，是描述物质的宏观组成，只论种类，不论个数。原子是微观概念，是描述物质的微观结构，既讲种类，又讲个数。元素是具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称。
五、突出对概念的关键字句的理解，加强学生记忆
一些化学概念层次较多，给学生记忆带来了一定的难度。在教学中我对组成定义的关键词句重点讲解，促进学生对概念的理解，强化记忆效果，例如，在“催化剂”概念中强调“变”和“不变”，在酸碱定义中强调“全部”这两个字，等等。只有理解这些字句的意义，才能深刻理解基本概念。
六、注意分析概念间的相互联系
初中化学基本概念较多，分散在不同章节，给教学带来了一定的困难，但这些概念并不是孤立的，它们之间有内在的联系。在教学中要善于总结，归纳各部分概念的体系和结构，使之系统化、条理化。这样不但有利于学生对概念的理解和掌握，而且有利于提高学生灵活运用化学基本概念和化学基础知识的能力。
七、多角度训练使学生巩固并应用化学基本概念
学习的目的最终在于应用，只有适当地练习，才能达到巩固、深化概念的目的。对于一些重点、难点、弱点的概念，教师要针对性地设计一些练习题，先让学生自行分析或分组讨论，教师再讲评，以求落实。应用所学知识分析、解释一些实际问题，是强化对所学知识的理解和记忆，提高分析与解决问题的能力的重要环节。让学生在习题训练中应用化学基本概念，从而真正地理解、掌握。比如，在学完“绪言”中的“物理变化和化学变化”的概念后，可以列举一些生活中的现象让学生判断属于何种变化，并说出理由。
八、注意概念的巩固、深化和发展
概念形成之后，一定要使学生通过复习和反复运用掌握和巩固，绝不能满足于死记硬背和一般性理解。在教学过程中一要注意组织练习。当学生学过有关概念后，教师应有目的、有针对性地布置一些练习题，使学生通过习题实践，巩固和增强应用概念的能力。二要分析错误，及时改正。采用多种形式对学生掌握情况考查了解，根据反馈发现的问题，及时有针对性地采取补救措施。
量子力学基本概念及理解篇7
关键词：物质的量摩尔概念
上了高中，开学的第一个月非常关键，对于化学学习，俨然就是一个分水岭。因为这里涉及学习方法及习惯的养成，还涉及一些化学的基本概念，特别是有关“物质的量”的概念及相关计算。
任何一门学科都离不开概念，化学作为一门基础学科当然也不例外。中学化学中有许许多多的基本概念，“物质的量”作为高中化学中的基本概念，是高中化学知识体系的重要组成部分，是学生化学学习的一个关口，是教学中公认的重点和难点。
我们先来了解一下“物质的量”的概念：“物质的量”这四个字是一个整体，不能拆开，用来表示含有一定数目微观粒子集合体，“物质的量”可以把肉眼无法看到和用现代化工具难以称量的微观粒子跟宏观上可称量的物质联系起来，它是国际单位制基本物理量之一，符号为n，单位为摩尔（符号为mol）。1mol某种微粒集合体含阿伏伽德罗常数个微粒。
由于“物质的量”用于表达微粒数目，因此在使用摩尔作单位时，应指明具体的微粒，且粒子的种类要用化学式表示。物质的量这个词对学生来说是比较陌生、抽象、难懂的，而且非常容易将物质的量和物质的质量混淆起来，以致错误地理解物质的量的含义。应该注意：摩尔只是物质的量的单位，切忌将摩尔当做物理量使用，例如说水的摩尔是1mol是错误说法。长期的错误认知将导致知识系统的混乱。所以，在教学活动中，“物质的量”及单位“摩尔”作为概念教学的重点内容，应该认真分析其内涵及外延，才有利于建立正确的概念，才有利于学生灵活运用。
新课标对“物质的量”做出了规定，它要求学生能“认识摩尔是物质的量的基本单位，能用于进行简单的化学计算，体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用”。因此，“物质的量”是中学化学教学基本内容的重要组成部分，有关物质的量的计算贯穿于高中化学的始终，处于化学计算的核心地位。如果物质的量知识有所缺失，则势必会影响整个高中阶段化学的学习。
“物质的量”是中学化学教学中的重、难点之一，是学生学习的分化点。这是由于“物质的量”不仅是一个远离人们日常生活经验的比较抽象的概念，而且“物质的量”外延比较广，通过其导出“摩尔质量”、“气体摩尔体积”、“物质的量浓度”与“质量”、“微粒数”、“溶液体积”、“溶液密度”、“质量分数”等之间众多的转换关系，从而导致学生不能正确理解和应用“物质的量”概念系统。而在初中化学知识中，“物质微观组成”等知识将影响学生正确掌握“物质的量”概念，从而影响“物质的量”系统应用于物质组成与结构问题的解决；“相对原子质量”、“质量分数”等对“物质的量”系统应用于化学式确定、混合物组成问题的解决将产生影响；有关溶液组成的知识将影响“物质的量”系统应用于溶液计算问题的解决；“化学反应方程式的含义及应用”方面的知识将影响“物质的量”系统应用于单步或多步化学反应计算问题的解决。
造成学生对物质的量的学习困难，原因是多方面的。（1）由于学生从未接触过物质的量和摩尔这两个专有名词，且学习这个基本物理量，学生需要有相当多的知识储备，新、旧知识不能顺利地融会贯通。对后面的一系列学习活动产生了恐惧心理，影响了他们进一步接受下面的知识。所以有一大部分学生都觉得“物质的量”太难学了，从而大大降低了他们学习化学的兴趣。（2）高一年级学生还没有完全适应高中的学习节奏和方式，学习以直接兴趣为主，他们的观察往往只停留在一些表面现象上，认知能力处在较低水平。不同学生的智力因素是不同的，他们的学习态度也不尽相同，而有很大一部分学生延续初中的那种定势：老师会替我总结好；到时考前再背一背，等等，会出现不同的情感体验。面对物质的量的概念学生会有怎样的情感和态度对教学会产生很大影响。
学生在学习知识的过程中，通常是根据自己的实践或情感体验理解概念。学生在学习物质的量概念之前，学生已经熟知国际单位制中的七个基本物理量中长度、质量、时间等，掌握它们的基本单位，具有熟练运用能力。而且通过前两个单元的学习，学生已经具备了初步的高中化学学习方法和一定分析能力，初步建立实验观察能力，能借助简单的实验进行观察和分析，从而进一步认识事物。
如在“物质的量”教学中，为了更直观体现这集合体的关系，理解“物质的量”概念，我介绍了生活中常遇到的情况：去超市买一打毛巾就是12条，某品牌矿泉水一箱20瓶，10箱共200瓶。我再设计了以“称量1粒米”的问题情境：用托盘天平称量1粒小米，1粒大米的质量，再称量100粒小米，100粒大米的质量。而实验的事实说明托盘天平难以称量1粒大（小）米的质量，而称量100粒的质量是极易办得到的。这让学生在解决问题中掌握并建构物质的量的概念，建立微观与宏观的联系。
因此教师在设计这节课过程中应结合学生现有的认知水平，利用一些背景资料，联系生活实际和已有的知识，设计问题，通过问题揭示概念产生的矛盾冲突，充分展示概念的形成过程，让学生运用一定的探究方法发现知识的本质特征，从而形成概念，再探究该知识的实际应用，得到一个完整概念。在教学设计中，注重引导学生主动发现问题，并创造性地解决问题。这种学习过程的体验既克服了他们的思维障碍，又培养了他们发现问题和解决问题的能力，为学生的后续学习打下了坚实的基础。
总之，“物质的量”在教学中的困难既有客观原因又有主观原因：客观原因是概念本身的特殊性，主观原因是学生自身知识储备不足及学习方式的不适应性。由于上述诸多因素的客观存在，教师在教学中要根据学生的不同情况，选择不同的教学方法。
参考文献：
[1]普通高中课程标准实验教科书《化学1》.江苏教育出版社.
[2]吴菊英.高一学生“物质的量”相关问题解决的研究，2006.
[3]刘志刚.“物质的量”概念教学的理论研究，2007.
[4]刘瑞东，祁雪莉.中学化学概念教学新探.化学教学，2004，U，13-51.
[5]孙国娣.正确把握化学概念教学策略.中学化学教学参考，2000，5.
[6]王彩霞.中学化学基本概念教学方式探讨.中学化学教学参考，1997，11.
量子力学基本概念及理解篇8
一、以实验为基础，让学生形成概念
初中化学“物质的变化”一节的演示实验，既能激发学生学习化学兴趣，又是使学生形成“物理变化”、“化学变化”概念的好例子。如水的沸腾，引导学生观察水由静态转化为水蒸汽再冷凝成液态水，师生总结出变化特点：仅仅是物质状态上变化，无其他物质生成。演示“镁带燃烧”实验，引导学生观察发出耀眼白光及生成白色固体。这个变化特点是镁带转变为不同于镁的白色物质——氧化镁。最后师生共同总结：“没有生成其它物质的变化叫物理变化”，如水的沸腾，石蜡熔化等。“生成了其它物质的变化叫化学变化”，如镁带燃烧，碱式碳酸铜受热分解，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊等。再如“催化剂”、“饱和溶液”、“不饱和溶液”等概念的形成，都可以由实验现象分析、引导、归纳得出其概念。
二、以计算为基础，使学生理解概念
如在“相对原子质量”概念的教学中，教师首先讲述原子是化学变化中的最小微粒，其质量极小，运用起来很不方便，指出“相对原子质量”使用的重要性。指导学生阅读“相对原子质量”概念，然后提出问题，依据课本中定义进行推算。
（1）“相对原子质量”的标准是什么？（学生计算）：一种碳原子质量的1/121．993X10-26千克X1/12≈1．661X10-27千克
（2）氧的“相对原子质量”是如何求得的？
（学生计算）：2.657X10-26
氧原子绝对量（千克）：2.657X10-26千克
氧的“相对原子质量”：2.657X10-26千克÷1．661X10-27千克=16.00
如果学生只注意背“相对原子质量”概念，尽管多次记忆仍一知半解。但通过这样计算，学生便能直观、准确地理解“相对原子质量”的概念，而且还较容易地把握“相对原子质量”只是一个比值，一个没有单位的相对量。
三、通过反例，加深学生对概念的理解
为了使学生更好地理解和掌握概念，教学中指导学生在正面认识概念的基础上，引导学生从反面或侧面去剖析，使学生从不同层次去加深对概念的理解。
例如对酸的认识：由H+和酸根离子组成的化合物叫酸。然后提问，硫酸氢钠中含有H+，它也是一种酸吗？学生容易看出其阳离子除H+外，还有na+，所以它不是酸。这样，从侧面理解定义的准确含义，更能准确地掌握酸的概念。
四、寻找概念之间的联系和区别
对有关概念进行有目的地比较，让学生辨别其区别与联系很有必要。例如分子和原子，元素与原子，还有物理变化与化学变化，化合反应和分解反应，溶解度与溶质质量分数等。通过对比，既有益于学生准确、深刻地理解基本概念，又能启发学生积极地抽象思维活动。
五、多角度地对概念进行练习、巩固
“溶质的质量分数”这一概念为：溶质的质量与溶液质量之比叫做“溶质质量分数”。计算式：溶质的质量分数=溶质质量／溶液质量X100%＝溶质质量／（溶质质量＋溶剂质量）X100%，这个概念的引入和建立并不难，难的是它的具体运用。所以在建立这一概念之后，有针对性的进行下列练习，并组织学生讨论：
（1）10克食盐溶解于90克水中，溶质的质量分数是多少？
（2）20克食盐溶解于80克水中，溶质的质量分数是多少？
（3）100克水溶解20克食盐，溶质的质量分数为20％，对不对，为什么？
（4）10％的食盐溶液100克，倒去50克食盐水后，剩下溶液的溶质的质量分数变成5％，对不对，为什么？
（5）Kno3在20℃时溶解度为31．6克，则20℃Kno3的饱和溶液的溶质的质量分数为31．6％，对不对，为什么？
量子力学基本概念及理解篇9
化学概念;认知―建构分析;学习活动管理;物质的量
相对于元素化合物知识，概念具有较高的概括性和间接性，比较抽象和枯燥。要克服化学概念成为学生学习化学的障碍，教师有必要对新概念进行认知―建构分析与学生的学习活动管理研究。所谓“认知―建构分析”，即先应用认知主义学习理论对化学概念进行认知分析，对具体概念的学习属性、规律、条件和作用等给出基本判断，为化学概念教学的设计提供理论依据。再应用建构主义学习理论对学生的概念学习过程进行梳理，对学习活动中主体的多元性、过程的动态性、状态的生成性和认识的发展性等更为复杂的问题进行剖析。在认知―建构分析的基础之上，教师还要对学生的化学概念学习活动管理做深入研究，为化学概念学习的规划设计、学习过程管理、问题指导、分化管控等提供决策参考与方法指南。现以“物质的量（第1课时）”为例，探讨高中化学概念学习的策略和路径。
一、“物质的量”概念学习的认知―建构分析
1.“物质的量”概念的学习障碍
第一，前理解（也称前概念、自然概念或日常概念）的干扰造成定势思维。学生在初中的学习经历中，习惯了其它Si制物理量的简单词语描述方式，物质的量的词组组合有悖于汉语文字的习惯，不但名词抽象、难理解，读起来也生硬，学生存在心理障碍。再从认知发展来看，学生对已学的“根据化学方程式的计算”印象深刻，暂时不能体会物质的量概念系统给解决问题带来的方便，心理上不愿接受以物质的量为核心的新计算体系。
第二，概念关系多且杂，知识体系琐碎零散。在1节课内同时出现阿伏加德罗常数、物质的量、摩尔和摩尔质量等多个概念，对初涉高中化学学习的学生来说，易造成知识消化上的困难。高一新生对于微观粒子想象力普遍不足，思维方式和学习方法尚不成熟，对抽象概念的认知障碍势必对后续学习产生恐惧心理和畏难情绪，从而在解决实际问题的过程中忽略感受概念的形成过程与作用，无法很好地构建概念之间的联系。
此外，有些教师对化学概念教学的教育功能认识不足，没有深入到概念的本质特性中去，教学设计没有思想，缺乏理念;教学手法千人一面，缺乏个性;课堂结构简单粗糙，缺乏整体性。如此，导致学生对概念的理解浮于表面，只能用机械记忆的方法背概念，从而在后续使用物质的量等概念解决问题时，不能从恰当的认识角度，以与问题相匹配的认识方式类别及清晰的认识思路进行思考和解答。
2.“物质的量”概念学习的认知―建构分析
爱因斯坦的科学概念观认为，任何一个科学概念的形成，应该由“原始概念”到“数目较大的概念和关系”，再到“概念本质的整体”螺旋上升。物质的量是高中化学核心性概念，在现行的不同版本高中化学教材中，编者都将物质的量安排在开篇第1章。基于高中化学课程标准的概念教学，应从认知主义及建构主义理论的视角，回归概念教学的本真，以分析者、建构者和指导者的身份，组织、管理学生的概念学习活动，让学生体验概念的形成过程，在更深层次感受事物的内在本质与联系，并构建科学的认识方式。
首先，进行学习者认知分析。已经掌握了的相对原子质量、密度等概念，对新概念的建构可以起到一定的帮助;根据认知主义学习理论及高一学生的生理、心理特征，学生的思维方式逐步由感性向理性转化，可以使用相对直观的数据帮助理解微观粒子，使抽象的概念具体化;没有化学实验帮助理解概念，可以带领学生用新旧知识类比的手法感受新概念生成的美妙;物质的量、摩尔等新名词晦涩，可以在理解和运用的时候，用学生熟悉的其它名词来对比学习;多个概念同时出现，可以引导学生找到它们的内在关系，建立不可见、不可称量的微观粒子与宏观可称量的物质之间的关系。
然后，进行概念建构分析，帮助学生有效建构化学学科思维方式，发展学生的定量认识。包括学习准备、活动设计和实施。学习准备：分析相关概念对于促进学生认识发展的功能和价值，厘清化学概念教学的出发点和落脚点。活动设计和实施：通过访谈法、调查法，有意识地引导学生论及自己的思想和已有观点，揭示前理解;引发学生认知冲突，激发求知欲，促进认知结构的同化和顺应;通过合作学习，将新概念和已有概念比较、讨论、澄清，揭示和解决冲突概念，准确处理已有个人概念和认识方式的转变与发展之间的关系，进行概念重建和应用。
由此，我们将本课时的学习目标定位为：正确理解阿伏加德罗常数、摩尔、物质的量、摩尔质量等概念的含义，理解概念之间的关系，能进行相关计算;发展学生的微粒观、定量观，体验化繁为简的科学思想与概念建构的逻辑之美;体会在解决实际问题的过程中构建概念的基本学科思维与方法，理解新概念的功能和价值;体会定量研究方法的重要性，并在解决实际问题的过程中促进定量认识的发展。
二、对“物质的量”概念学习活动的指导和管理
在概念学习活动过程中，按“建立微观粒子数与宏观可称量的物质之间的关系，获得感性知识抽取本质属性，建立概念模型在更深层次上理解事物的内在本质与联系，构建科学的定量认识方式”3个层次安排教学环节。
1.创设情境，认识微观粒子数与宏观物质之间的关系
获取感性认识是帮助学生理解和掌握新概念的前提。首先，让学生知道物质的量是Si制7个基本物质量之一，将物质的量初步纳入学生的认知结构中。其次，了解阿伏伽德罗等有关化学史实，帮助学生理解概念的由来。再次，采取定义学习的方式来了解阿伏加德罗常数：①利用系列情景引发认知冲突。由学生熟悉的“水”开始，请学生描述对水的理解，如水的组成等，回顾初中已学的分子、原子、相对分子质量、相对原子质量等概念。②提供多种数值研究路径，获取对阿伏加德罗常数的感性认识。如介绍科学家利用扫描隧道显微镜（测算微粒数的一种仪器）测算“18g水中有多少个水分子？”;从电解水的化学方程式进行推算“2g氢气中有多少个氢分子？”;再从质量的数值规律进行推算“12g碳（12C）中有多少个碳原子？”等等，殊途同归，其数值约为6.02×1023，从而引出阿伏加德罗常数的概念。在学生获取新认识的同时，思考阿伏加德罗常数与6.02×1023的区别。
2.抽象本质属性，把握概念的内涵与外延，建立概念模型
当学生有了感性认识之后，教师设计新情景让学生尝试解决更深层次的问题，如何获取物质的量这一核心概念呢？在解决实际问题中采用逻辑推导、建立集合，化繁为简、类比演绎的方法，促进学生在不同的变式中获得概念的理解和建构。教师继而抛出问题：“阿伏加德罗常数究竟有多大？”“阿伏加德罗常数使用起来方便么？”教师举例：6.02×1023个水分子1个挨1个地排在地球的赤道上，可以绕地球300万周;60亿人每人每天吃1斤大米，6.02×1023粒米要吃14万年。由认知冲突中寻找解决问题的方法，让学生感知引入物质的量概念的重要性。教师帮助学生将物质的量与质量、体积类比，如对于“常温下的18g水”我们可以说“18mL水”“1mol水”“这份水的质量是18g”“这份水的体积是18mL”或“这份水的物质的量是1mol”。接着，教师引导学生以数据体验为基础，建立微粒数目与物质的量的关系：“18g水，2g氢气，12g碳中所含有的水分子、氢分子、碳原子数分别都约为6.02×1023，即其物质的量均为1mol。”那么，若用“物质的量”如何分别描述“4g氢气的粒子？”“10g氢气？”“6.02×1024个氢气分子？”“3.01×1023个氢气分子？”等等。由此，让学生体验微粒数与物质的量间的关系，建立微观粒子与宏观物质的联系，初步把握概念的内涵与外延，建立物质的量的概念模型。
3.深入理解概念的内在本质与联系，构建定量认识方式
在上一学习环节的讨论过程中，学生已经懂得用阿伏加德罗常数找到微粒数目与其物质的量之间的关系，即找出na、n、n三个物理量之间的关系，“18g水中有阿伏加德罗常数个水分子”“18g水即1mol水”“水的摩尔质量为18g・mol-1”即“18gH2o∽na个H2o∽1molH2o”，故而很顺利地推出“1molH2o的质量是18g”。通过条分缕析，学生顺利建立起新的思维体系即相关科学概念系统：（1）物质的量这一物理量与微观粒子的数量相联系，又与宏观物质的质量相联系，它是联系宏观与微观的桥梁，也是开启化学定量研究之门的金钥匙。（2）阿伏伽德罗常数、物质的量、摩尔、摩尔质量等概念之间相互关联，关系多样，包括同一和差异、系统和要素、整体和部分等等。（3）多元化认识概念，包括“宏观-微观”“定性-定量”“静态-动态”“孤立-系统”等。如此，学生学会定量化表述对概念的理解，从定性走向定量、从感性走向理性。
三、基于化学概念建构实践的感悟
化学概念的学习是“建构内在的心理表征的过程，学习者并不是把知识从外界搬到记忆中，而是以已有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解”（古宁汉姆）。教师对化学概念的教学不能只停留在表面的解说上，应该回归教学本真，“以其所知，喻其不知，使其知之”。教师不仅仅是科学概念的传播者，更应该是学生概念学习过程中的分析者和管理者。
量子力学基本概念及理解篇10
【关键词】初中化学基本概念教学
化学概念是反映物质在化学运动中特有属性的一种基本思维形式，是化学学科知识的重要组成部分。下面将结合本人的具体教学实践，针对初中化学基本概念教学方法作一概括总结。
一、选择场景和方法加强对概念的建构
概念教学过程如果忽略学生概念形成的认知过程，只是对概念的定义进行传授，学生并没有理解概念的本质，只是学习了一些词语，会背诵概念的词句，虽然也可以解答习题，但实际上学生只是用概念的规律对习题做出判断，那不是真正有意义的构建了概念。因此，化学基本概念教学的基本原理应是注重学生概念学习的过程，帮助学生发展思维能力，充分利用演示实验，分析归纳，形成基本概念适的条件使学生自主建构意义形成概念。教师精心设置情景，并引导学生从一定的方向对情景进行分析，发现情景中的问题，学生若能提出有价值的问题，说明学生明确了学习的任务，有了明确的思维方向，也就为学生自主建构概念打下了坚实的基础。如学习氧化还原反应概念时，教师列出几个在四大反应范围内的和不在四大基本反应范围的氧化还原反应的例子，当学生首先按以前的经验给这些反应分类，但当他们用原有的思维方式去分析这项反应遇到困难时，必然会产生用新的方式去理解这些反应的动机，教师适时引导学生发现问题，提出问题，并指导学生从化合价变化的角度去观察，如果发现这些反应其实只有两类，这时学生基本上就形成了对氧化还原反应的实质内容的认识。此时学生应能对所选择的信息形成概括，应用自己的语言进行概述或接受前人的描述语言，从而完成对概念的建构。
二、利用实验对基本概念进行解析
由于学生初次接触化学课，往往对概念理解不深，习惯用死记硬背的方法学习，教师尽可能地加强直观教学，增加课堂实验，让每个学生都能直接观看到实验现象，加强直观性，增强学生对概念的信度。同时学生的感性认识有助于形成概念、理解和巩固概念。例如在形成“催化剂”和“催化作用”概念教学时，通过氯酸钾加热分解的几个对比实验，使学生观察到有以下现象：加热氯酸钾时放出氧气速度较慢，加热二氧化锰时不放出氧气，当氯酸钾和二氧化锰共热时，则放出氧气的速度很快。再把反应后的剩余物进行分离，把得到的黑色粉末(二氧化锰)再和氯酸钾加热，放出氧气速度仍很快，且称量得到的黑色粉末(二氧化锰)知同反应前加入的二氧化锰质量相等。用明晰的实验结论引导学生很快建立了催化剂的基本概念。强调学生理解这一概念时，要注意“一定”、“两不变”的涵义，加深学生对概念的理解，强化了记忆，从而得到催化剂这一概念的内涵是：(1)是指化学反应速度；(2)这类物质的质量和化学性质在化学反应前后都未变化。进而外延到：(1)在化学反应里；(2)具有内涵特征的这一类物质。隐含因素：(1)对“变化”二字的理解；催化剂即可加快化学反应速度，又可减慢化学反应速度；(2)一种反应可以有一种或几种物质作为催化剂；(3)一种物质在这一反应中是催化剂，但在别的反应中就不一定是催化剂；(4)不是任何化学反应都需要催化剂；(5)不同的化学反应所需的催化
剂一般是不同的。
三、强化形象思维，使抽象概念直观化
在没有条件或无法采用直观教学手段的情况下，应适当的比喻或指导学生自学去获取知识。强化形象思维，也是加强直观概念教学的手段之一。例如在讲分子这一概念时，让学生回忆日常生活中所见到的一些现象：为什么我们能闻到花的香味？为什么卫生球放久了会慢慢变小？烟雾的扩散等。让学生从宏观的感觉中去体会微观粒子的性质，理解分子论概念。在建立元素概念时，利用学生已有知识，先让学生回忆原子及原子核的组成，然后用生动的语言抽象出元素的概念。也可采用指导学生先阅读教材再通过讨论的方法使学生自己得出正确概念。这样，一方面能排除学生对抽象概念的厌烦情绪，又能使学生对比较抽象的概念理解得较准确和深入。避免教师把概念硬灌给学生，让学生死记硬背而记不住、难应用，进而加强对概念的理解。
四、相关概念进行比较教学
初学化学的学生往往对概念理解不深。形成的概念模糊，似懂非懂。因此做题时经常出现差错。在教学中可列举几组实例进行比较教学，在对比中明确它们的本质区别和联系，加深对概念的理解，锻炼学生的抽象能力。如在“元素”和“原子”概念形成之后，比较分析它们的区别和联系。即元素是宏观概念，是描述物质的宏观组成，只论种类，不论个数。而原子是微观概念，是描述物质的微观结构，既讲种类，又讲个数。元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称。
举例来说，有的用“不完全电离”来界定弱电解质，课本上用的是“部分电离”，一字之差，界定域就不同了。不错，课本上用“完全电离”来界定强电解质，很容易引出“不完全电离”这一否定型界定，这一方面犯了“是就是，非就非，除此之外都是鬼话”的形而上学的毛病，忽略了“中间状态”、“过渡形态”。
五、突出对概念的关键字、句的理解，加深学生记忆
一些化学概念层次较多，这给学生记忆带来了一定的难度。教学中我把组成定义的关键词句向学生突出讲解，促进对概念的理解，加强记忆效果。例如、在“催化剂”概念中，强调“变”和“不变”；在酸、碱定义中强调“全部”二字等。学生只有理解这些词语的意义，才能深刻理解基本概念。
如“溶解度”概念一直是初中化学的一大难点，不仅定义的句子比较长，而且涉及的知识也较多，学生往往难于理解。因此在讲解过程中，若将溶解度概念中的四句话剖析开来，效果就大不一样了。其一，强调要在一定温度的条件下；其二，指明溶剂的量为100g；其三，一定要达到饱和状态；其四，指出在满足上述各条件时，溶质所溶解的克数。这四个限制性句式加上关键字构成了溶解度的定义，缺一不可，进而加深了学生对这个概念的理解。
六、注意概念的巩固、深化和发展
概念形成之后，一定要使学生通过复习和反复运用来掌握和巩固，决不能让学生满足于死记硬背和一般性理解。在教学过程中一是要注意组织练习，当学生学过有关概念后，教师应有目的、有针对性的布置一些练习题，使学生通过习题实践，巩固和增强学生应用概念的能力。二是分析错误及时改正。还应采用多种形式对学生掌握情况进行考查了解，根据反馈发现的问题及时有针对性的采取补救措施。
总之，要提高化学概念教学质量，加强学生素质教育，教师必须在教学过程中坚持从学生实际
出发，采用多层次、多途径培养学生思维能力。
七、结论
进行化学基本概念教学，不仅要使学生准确理解与掌握概念，而且还要注意培养学生掌握研究化学问题的方法、思路以及应用概念解决化学实际问题的能力。由于学习对象的不同，基本概念的内容、难度不同，化学基本概念教学的方法和形式也应该是多种多样的，只有不断的对出现的基本概念知识结构进行总结才能在教学中提高学生的能力，不断提高化学基本概念教学的质量。
参考文献：