“类比”方法在化学通识课程教学中的应用实践

doi:10.3866/PKU.DXHX202102037

大学化学 >> 2021, Vol. 36 >> Issue (7): 2102037.doi: 10.3866/PKU.DXHX202102037

所属专题：教学理念和方法改革

“类比”方法在化学通识课程教学中的应用实践

侯华, 王宝山()

武汉大学化学与分子科学学院, 武汉 430072

收稿日期:2021-02-20 录用日期:2021-03-18 发布日期:2021-04-01
通讯作者: 王宝山 E-mail:baoshan@whu.edu.cn
作者简介:王宝山，Email: baoshan@whu.edu.cn
基金资助:
武汉大学通识课程教学改革项目

Application of Analogy in General Education of Quantum Chemistry to Undergraduates

Hua Hou, Baoshan Wang()

College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Received:2021-02-20 Accepted:2021-03-18 Published:2021-04-01
Contact: Baoshan Wang E-mail:baoshan@whu.edu.cn
Supported by:
武汉大学通识课程教学改革项目

摘要/Abstract

摘要：

量子化学是一门专业性很强的理论课程，在开展“量子世界探秘”通识教育时，采用了类比教学方法，将知识点以概念类比、文化类比等方式进行归纳分析，有效解决了学生物理基础弱、课程专业性强之间的矛盾，降低了学习难度，避免了学生在学习深奥理论知识时产生的排斥心理，激发了学生的创新思维与学科交叉意识。

关键词: 量子化学, 类比, 通识教育, 学科交叉

Abstract:

Quantum chemistry is one of the sciences with heavy theoretical backgrounds, leading to significant difficulty in its general education to the undergraduates without prerequisite training in either physics or chemistry or both. Analogy in terms of concept and culture is proposed to present the key theories for the sake of the understanding of the recondite and scholastic words. It has been demonstrated that the use of analogy is able to stimulate the creative thinking for all interdisciplinary educations.

Key words: Quantum chemistry, Analogy, General education, Interdisciplinary

MSC2000:

侯华, 王宝山. “类比”方法在化学通识课程教学中的应用实践[J]. 大学化学, 2021, 36(7): 2102037.

Hua Hou, Baoshan Wang. Application of Analogy in General Education of Quantum Chemistry to Undergraduates[J]. University Chemistry, 2021, 36(7): 2102037.

图/表 3

表1

表2

表3

参考文献 9

1	冯清. 大学化学, 2018, 33 (11), 70. doi: 10.3866/PKU.DXHX201805006
2	钟鸿英. 大学化学, 2019, 34 (11), 10. doi: 10.3866/PKU.DXHX201812004
3	Zhong H. S. ; Wang H. ; Deng Y. H. ; Chen M. C. ; Peng L. C. ; Luo Y. H. ; Qin J. ; Wu D. ; Ding X. ; Hu Y. ; et al Science 2020, 370, 1460.
4	Chen Y. A. ; Zhang Q. ; Chen T. Y. ; Cai W. Q. ; Liao S. K. ; Zhang J. ; Chen K. ; Yin J. ; Ren J. G. ; Chen Z. ; et al Nature 2021, 589, 214. doi: 10.1038/s41586-020-03093-8
5	侯华; 王宝山. 化学教育, 2016, 37 (10), 15.
6	Leifried D. ; Knill E. ; Seidelin S. ; Britton J. Nature 2005, 438, 639. doi: 10.1038/nature04251
7	Vijay R. ; Macklin C. ; Slichter D. H. ; Weber S. J. ; Murch K. W. ; Naik R. ; Korotkov A. N. ; Siddiqi I. Nature 2012, 490, 77. doi: 10.1038/nature11505
8	Cuba G. Nat. Phys. 2014, 10, 172.
9	Manoharan H. C. ; Lutz C. P. ; Eigler D. M. Nature 2000, 403, 512. doi: 10.1038/35000508

编号	学科	人数	专业分布
编号	学科	人数	1	2	3	其他
1	人文科学	78	28% (新闻与传播)	24% (艺术)	14% (哲学)	34% (文学、国学、历史外国语等)
2	社会科学	168	58% (经济与管理)	30% (信息管理)	7% (政治与公共管理)	5% (法学、社会学、马克思主义等)
3	理学	120	50% (资源与环境)	30% (数学与统计)	16% (生命科学)	4% (物理、化学等)
4	工学	158	29% (水利水电)	28% (城市设计)	23% (动力与机械)	20% (电气自动化、土木工程等)
5	信息科学	195	55% (计算机)	16% (测绘)	9% (电子信息)	20% (遥感、印刷与包装、网络安全等)
6	医学	47	51% (基础医学)	32% (健康学)	10% (药学)	7% (护理、口腔、临床)
	总计	766

组成	量子社会	人类社会	说明
语言	Planck语	汉语、英语、俄语等	量子世界的Planck单位，用于表述量子世界的物理量，比如ħ、光速c等，常称为“God’s Units”
社会性质	波粒二象性	社会属性	波粒二象性是量子世界的基本特性，小到电子，大到分子(例如富勒烯C₆₀)、高分子(例如25 kDa以上的生物分子)，都被观察到波动性，即物质波
社会成员	态(叠加态、本征态)	人民；群众；家庭	量子世界由独立的本征态个体组成，相互叠加形成实际的“态”
成员标记	量子数	姓名	每一个量子态都由一组量子数确定，例如表示氢原子状态的3个量子数：n，l，m
社会价值	几率	个人贡献或地位	量子世界里没有高矮胖瘦之分，因为态乘以常数保持不变，几率决定了态的贡献
运行法则	波动方程(Schrödinger、Dirac等)	法律法规	波动方程描述了态在某种特定范围内的变化，态与态之间的变化与交流也复合波动方程

量子力学	传统文化	解释
量子化	天下之势，分久必合，合久必分	经典世界的连续图像，量子世界的量子化分立能级。经典力学与量子力学并不是水火不容，甚至可以合二为一(例如QM/MM杂化方法获2013年诺贝尔化学奖)
测不准原理	水至清则无鱼；难得糊涂	两个不互易的物理量(位置与动量、能量与时间等)，测量误差大于或等于Planck常数，即无法精确测量，对位置的测量(例如用光)必然会导致动量的改变(例如Compton效应)
叠加态	眼见为实；车到山前必有路	观测导致存在
物质波	如影随形	波粒二象性
零点能	无中生有；空穴来风	物质永远在运动，即使在0 K也有能残余量，零点能是测不准原理的直接结果
量子能级	靠谱	光谱是量子能级存在的直接证据，能级之间的跃迁产生光谱，光谱则是量子力学最有力的测量工具
微扰与组态相互作用方法	蚕食鲸吞	求解薛定谔方程时，微扰法采用微扰项以级数形式逼近真实解，即“蚕食”；组态相互作用则是考虑所有组态之间的相关，即“鲸吞”
耦合蔟方法	墙里开花墙外香	耦合蔟方法起源于核物理领域，并未开展应用，直到被用于量子化学计算，才真正发挥其优势，成为量子化学计算的“黄金标准”

[1]	陈广慧, 林旺强, 马荔. “虚拟教室与教学楼”模型在无机化学四个量子数教学中的应用[J]. 大学化学, 2021, 36(6): 2008013-0.
[2]	谢旻轩, 邹培杰, 徐伟明. 化学与人类文明通识课中的思政教育——以法为圭臬育新人[J]. 大学化学, 2021, 36(3): 2011058-0.
[3]	王献, 李琳. 科学知识与科学精神的有机融合——以大学通识课程“走近诺贝尔化学奖(双语课程)”为例[J]. 大学化学, 2021, 36(3): 2007059-0.
[4]	彭佳娟, 刘贤响, 徐满才, 尹笃林. 契合生物专业有机化学课堂教学改革与实践[J]. 大学化学, 2020, 35(9): 36-40.
[5]	陈广慧, 林旺强, 姜昆. 计算模拟在化学热力学、动力学教学实践中的应用——以甲醛解离反应为例[J]. 大学化学, 2020, 35(12): 143-149.
[6]	雷杰, 包慧敏, 方彩云, 樊惠芝. 在分析化学课程中引入病毒及其检测方法的思考[J]. 大学化学, 2020, 35(12): 13-20.
[7]	陶占良, 程方益, 陈军. 理科背景下新工科人才培养的思考——以南开大学“新能源科学与工程”探索为例[J]. 大学化学, 2020, 35(10): 40-44.
[8]	王成云, 张文清, 朱为宏. 厚基础、强交叉、重创新：精细化工新工科专业课程体系的构建[J]. 大学化学, 2020, 35(10): 65-70.
[9]	赵启文, 成春春. 用新工科理念做强做优盐湖化工特色专业[J]. 大学化学, 2020, 35(10): 55-58.
[10]	范霞. 面向化学专业的生物化学教学加减法改进[J]. 大学化学, 2019, 34(9): 44-49.
[11]	苏浩,王鹏飞,李晖. X射线晶体学在高等教育中的通识性[J]. 大学化学, 2019, 34(2): 30-36.
[12]	蔡苹, 胡锴, 程功臻. “化学与社会”课程体系建设[J]. 大学化学, 2018, 33(9): 52-54.
[13]	唐正姣,李萍,陈苏芳,覃远航. 化工原理填料吸收塔与板式精馏塔计算问题类比教学的探讨[J]. 大学化学, 2018, 33(12): 89-95.
[14]	冯清. 在化学类通识教育课程中开展“课堂辩论”对大学生能力培养的探索与实践[J]. 大学化学, 2018, 33(11): 70-74.
[15]	王溢磊,李隽. 计算化学实验的课程建设[J]. 大学化学, 2018, 33(10): 25-32.

“类比”方法在化学通识课程教学中的应用实践

Application of Analogy in General Education of Quantum Chemistry to Undergraduates

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 3

参考文献 9

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0