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歡迎閱讀本文檔,希望本文檔能對(duì)您有所幫助!歡迎閱讀本文檔,希望本文檔能對(duì)您有所幫助!感謝閱讀本文檔,希望本文檔能對(duì)您有所幫助感謝閱讀本文檔,希望本文檔能對(duì)您有所幫助歡迎閱讀本文檔,希望本文檔能對(duì)您有所幫助!感謝閱讀本文檔,希望本文檔能對(duì)您有所幫助 我對(duì)計(jì)算機(jī)化學(xué)的體會(huì)和感想摘要。《計(jì)算機(jī)化學(xué)》課程是高?;瘜W(xué)類學(xué)生在學(xué)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程后開設(shè)的,在學(xué)生已掌握基本的計(jì)算機(jī)知識(shí)和技能后,本課程主要培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)加工處理信息的技能,即培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決化學(xué)專業(yè)問題的能力。這門課對(duì)化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說,學(xué)習(xí)的難度較大。主要是這門課綜合程度較高,涉及到的知識(shí)面較廣,包括數(shù)值計(jì)算(計(jì)算方法)和編程(visualbasic程序設(shè)計(jì))、部分優(yōu)秀化學(xué)軟(chemoffice等)介紹和多媒體課件(powerpointauthorware等)制作三大內(nèi)容。本課程集知識(shí)性和技能性于一體,實(shí)踐操作性強(qiáng),加之僅有36學(xué)時(shí),要在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)和掌握本課程知識(shí)和技能,存在較大的難度。在這種情形下,我們采取“能力本位”的教學(xué)模式進(jìn)行課堂教學(xué),在教學(xué)中不僅給學(xué)生傳授理論知識(shí),更重要的是注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法,在完成一個(gè)或多個(gè)任務(wù)中努力培養(yǎng)和提高學(xué)生的信息技術(shù)能力,用信息技術(shù)來促進(jìn)專業(yè)學(xué)習(xí),取得了較好的教學(xué)效果。
1.引言
隨著計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中應(yīng)用水平的提高,出現(xiàn)了一系列帶有邊緣性的,并具有獨(dú)立特征的研究領(lǐng)域。如:計(jì)算方法,模型化方法,模擬技術(shù),物質(zhì)共性規(guī)律,結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系研究,數(shù)據(jù)庫技術(shù),化學(xué)信息和化學(xué)結(jié)構(gòu)的描述、處理、解析、分子圖形技術(shù),化工冶金系統(tǒng)流程模擬及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)技術(shù),化學(xué)化工中的人工智能和專家系統(tǒng)等。這些新興領(lǐng)域就大體上形成了化工中的一個(gè)新的學(xué)科分支—計(jì)算機(jī)化學(xué)。
2.學(xué)科特征
計(jì)算機(jī)化學(xué)是一門從生產(chǎn)實(shí)踐中自然發(fā)展起來的新興學(xué)科,它目前仍處在迅速發(fā)展的過程中,匆忙地、人為地劃定其學(xué)科邊界或給出簡單的定義顯然是不明智的。但另一方面,它作為一個(gè)學(xué)科確實(shí)已經(jīng)初步成形。本文只就我們的認(rèn)識(shí),扼要討論一下其學(xué)科基本特征。目的是為我國發(fā)展這一新興學(xué)科的政策提供一些依據(jù)。
2.1計(jì)算機(jī)化學(xué)是一門交叉性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科
計(jì)算機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)有三個(gè)方面。(l)基礎(chǔ)化學(xué);(z)工程化學(xué);(3)計(jì)算機(jī)科學(xué)。如果說基礎(chǔ)化學(xué)各學(xué)科和工程化學(xué)各學(xué)科是其“經(jīng)”,計(jì)算機(jī)科學(xué)中的若干新技術(shù)則是“緯”。通過交叉聯(lián)系和滲透,某一學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的新技術(shù)新成果可以通過計(jì)算機(jī)化學(xué)迅速傳遞到化的各學(xué)科領(lǐng)域中去,而化學(xué)領(lǐng)域中的許多新理論、新成果可以通過計(jì)算機(jī)化學(xué)及時(shí)地在各其它學(xué)科或工程領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。
2.2大量化學(xué)信息的計(jì)算機(jī)處理形成了計(jì)算機(jī)化學(xué)的鮮明特征
按照我國目前對(duì)基礎(chǔ)研究范疇的提法,基礎(chǔ)研究包括三個(gè)方面:(l)基礎(chǔ)理論研究;(z)應(yīng)用基礎(chǔ)研究;(3)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)的收集、整理、評(píng)價(jià)和有關(guān)規(guī)律的研究。和其它學(xué)科相比,按年度統(tǒng)計(jì)化學(xué)信息可占自然科學(xué)信息總量的40呢左右。顯然,基礎(chǔ)化學(xué)數(shù)據(jù)(絕大部分是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和多年積累的寶貴資料)的研究是至關(guān)重要的?;瘜W(xué)家用通用的簡潔語言—化學(xué)分子式、結(jié)構(gòu)式、化學(xué)反應(yīng)所表達(dá)的化學(xué)知識(shí),化工過程中的各種數(shù)據(jù)和圖形,這些都是化學(xué)信息的核心部分,把這些信息系統(tǒng)地在計(jì)算機(jī)內(nèi)表達(dá)和存貯,方便地實(shí)現(xiàn)各種指定目的的提取和加工是計(jì)算機(jī)化學(xué)各領(lǐng)域中的共性問題。尤其是在原子、分子水平上不同層次的化學(xué)結(jié)構(gòu)
信息處理方法,當(dāng)然地成為計(jì)算機(jī)化學(xué)的研究重點(diǎn)。
2.3產(chǎn)生高技術(shù)軟件產(chǎn)品是計(jì)算機(jī)化學(xué)的又一個(gè)突出特征
一般基礎(chǔ)研究,多僅以文章形式發(fā)表成果,但計(jì)算機(jī)化學(xué)除了文章以外,還有系統(tǒng)的軟件產(chǎn)品。以化工流程的模擬技術(shù)為例,一系列做為化工流程設(shè)計(jì)必備工具的軟件產(chǎn)品如aspen-plusproces等已做為商品出售。軟件產(chǎn)業(yè)在全世界已經(jīng)逐步形成。與化學(xué)、化工有關(guān)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件和開發(fā)工具是典型的高技術(shù)產(chǎn)品,在把科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為直接生產(chǎn)力的過程中起著關(guān)鍵的作用。由于計(jì)算機(jī)化學(xué)的研究工作和高技術(shù)軟件產(chǎn)品的開發(fā)密不可分,使得這一新興學(xué)科分支既具有基礎(chǔ)研究的特色,又具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益前景。以上列舉了計(jì)算機(jī)化學(xué)的三個(gè)重要特征。認(rèn)識(shí)到它的存在和發(fā)展前景,對(duì)制定學(xué)科發(fā)展的技術(shù)政策是重要的。3計(jì)算機(jī)化學(xué)的發(fā)展和前沿
3.1一些重要領(lǐng)域的國內(nèi)外概況
質(zhì)譜色譜、紅外譜、核磁譜、光電子能譜等在醫(yī)學(xué)藥物、生物化學(xué)、地球化學(xué)和材料科學(xué)等方面的研究、分析中有廣泛應(yīng)用。這些譜圖的數(shù)量極大,如何提高所得數(shù)據(jù)的使用水平;如何快速地、正確地解釋這些數(shù)據(jù),這是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)廣闊領(lǐng)域。譜圖庫檢索已成為一種常用的譜圖解析方法,它根據(jù)存儲(chǔ)在譜圖庫中的已知化合物的信息(標(biāo)準(zhǔn)譜圖、分子式、分子量等),用一定的程序進(jìn)行檢索,來判別未知化合物的結(jié)構(gòu)。存于譜圖庫中的所有參考譜圖都必須按照一定的格式輸人。檢索時(shí)未知物譜圖按程序要求與庫中的參考譜圖進(jìn)行比較,同時(shí)計(jì)算出它們的相似性指數(shù),最后按最佳匹配順序列出檢索結(jié)果。我院上海有機(jī)化學(xué)所的紅外光譜信息綜合許志宏等:計(jì)算機(jī)化學(xué)的發(fā)展和前沿處理系統(tǒng)(cisoc一ir),長春應(yīng)化所的碳一13核磁共振波譜數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(giag),化學(xué)所的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(icmsis),北京大學(xué)和我所與美國nist合作的光電子能譜數(shù)據(jù)庫(escadb)等在程序處理方面與系統(tǒng)功能上都有獨(dú)到之處,為我國科研、工業(yè)和國防部門提供了良好的查詢和解釋工作,有著十分顯著的實(shí)際效果。化學(xué)物質(zhì)中哪些是有毒的。毒性如何。這些都是人們密切關(guān)注的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前有毒化學(xué)物品年產(chǎn)量已達(dá)400萬噸。人們迫切要求制定污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、防治技術(shù)和管理措施。毒性數(shù)據(jù)庫的建立可以提供有毒化合物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、毒性化合物的環(huán)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)等同時(shí)通過化學(xué)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理,可為解釋化合物的致毒機(jī)理提供科學(xué)數(shù)據(jù),可以部分地替代昂貴的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。rtiecs是美國職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所(nlosh)據(jù)美國197。年制定的職業(yè)安全與衛(wèi)生法的有關(guān)規(guī)定,從數(shù)千種科學(xué)文獻(xiàn)中收集、整理、評(píng)價(jià)。
3.2分子設(shè)計(jì)的研究
人們期望制造出具有某種指定性質(zhì)的新分子、新農(nóng)藥和新材料。利用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)是80年代以來引人注目的課題。由于科學(xué)家們的卓有成效的工作使得計(jì)算機(jī)的功能迅速增強(qiáng),許多工作證實(shí)了計(jì)算機(jī)在輔助分子設(shè)計(jì)方面起著頗為重量的作用。人們所期望的cad/cam(即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造)應(yīng)用于醫(yī)藥生產(chǎn)和化合物制造的條件也日漸成熟。在藥物作用研究的理論中,應(yīng)用量子化學(xué)的電子結(jié)構(gòu)理論來研究藥物分子外圍的電子云分布等,可以幫助分析藥物的構(gòu)效關(guān)系。隨著分子軌道理論進(jìn)一步有效的近似和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,量子藥理學(xué)在短短十余年來發(fā)展迅速,對(duì)于新藥設(shè)計(jì)起到了重要的指導(dǎo)作用。北京大學(xué)、吉林大學(xué)、北京醫(yī)科大學(xué)和中科院的上海藥物所、化冶所、大連化學(xué)物理所、上海有機(jī)化學(xué)所等單位對(duì)分子靜電勢(shì)、生物活性分子的構(gòu)象、藥物的定量構(gòu)中國科學(xué)院院刊l,,2年效關(guān)系和大分子的量子化學(xué)計(jì)算等研究方面已有很好的工作。用于分子力學(xué)計(jì)算的mmz和mmpz程序包,用于從頭算分子軌道的gausiango程序包,目前都很通用,是分子設(shè)計(jì)計(jì)算中的重要組成部分。gausian程序包從1970年到現(xiàn)在已有五個(gè)版本。70年的版本只能限制處理70個(gè)軌道35種原子,無d軌道。76年的版本就可以處理d軌道,它在不斷地改進(jìn)和完善,并增加新的內(nèi)容和功能。1987年北京大學(xué)和中國科學(xué)院化冶所聯(lián)合引進(jìn)了英國劍橋結(jié)晶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的磁帶,已在vax一11/780機(jī)器上運(yùn)行,為我國分子設(shè)計(jì)的研究提供了一種重要的資源。1988年起又引進(jìn)了德國無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫,這是進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的重要資源。與此同時(shí),計(jì)算機(jī)分子圖形技術(shù)的研究也高速興起。世界著名的德國的merck藥廠,在80年代初期建立了“merekmoleeularmodelingsystem。該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)可以幫助化學(xué)工作者繪制三維分子結(jié)構(gòu)的圖形、確定其最優(yōu)構(gòu)象,比較具有相似生物活性分子的幾何形狀的異同,從而為設(shè)計(jì)具有更好療效的新藥品提供模型并開拓新產(chǎn)品。又如可以支持麻醉鎮(zhèn)痛藥芬太尼類化合物的結(jié)構(gòu)分析研究,從三維分子圖形直觀地了解和研究芬太尼類麻醉鎮(zhèn)痛藥各活性中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并進(jìn)行多個(gè)具有不同活性藥物分子結(jié)構(gòu)的擬合,為活性與結(jié)構(gòu)關(guān)系的分析研究提供有力的論據(jù)和基礎(chǔ)。英國的chemicaldesignltd,和西德的beilstein研究所在計(jì)算機(jī)分子結(jié)構(gòu)三維顯示與分子設(shè)計(jì)的研究方面已有較成功的軟件產(chǎn)品。據(jù)美國《科學(xué)新聞》報(bào)導(dǎo):英國科學(xué)家使用計(jì)算機(jī)繪制了艾滋病毒產(chǎn)生的蛋白酶的三維結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)在研制新的抗艾滋病毒藥物方面可能是重要的。中國科學(xué)院電子所在ibm-pc/at機(jī)上設(shè)計(jì)并完成了高性能的分子模型微機(jī)系統(tǒng),給化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)療等學(xué)科的科技工作者提供了簡便而強(qiáng)有力的工具。東南大學(xué)、南開大學(xué)也都有類似產(chǎn)品研制成功。
3.3化學(xué)模式識(shí)別研究
模式識(shí)別(paternreoognition)是基于“物以類聚”的簡單道理。目前已發(fā)展了一系列的數(shù)學(xué)方法來對(duì)信息進(jìn)行處理,從而將物群進(jìn)行分類,確定某物所屬類別,了解各因素之間的關(guān)系,判別哪些因素對(duì)物群分類起著有效的影響。其最大的特點(diǎn)是可處理多因素問題。判別分類工作在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中是相當(dāng)廣泛的,計(jì)算機(jī)模式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展能使人們?cè)谟绊懸蛩睾芏嗟那闆r下根據(jù)模式識(shí)別的法則對(duì)眾多的信息進(jìn)行處理、選擇并應(yīng)用決定性特征對(duì)物群進(jìn)行分類。國外模式識(shí)別用于化學(xué)主要是在分析化學(xué)和構(gòu)效關(guān)系研究方面。我國在化學(xué)的另外一些領(lǐng)域中,也運(yùn)用了模式識(shí)別這一有效工具。如:計(jì)算機(jī)輔助無機(jī)合成,對(duì)未知化合物實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào),在預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上合成并發(fā)現(xiàn)了lapd、euni、eufe、prpd等一批新化合物;用模式識(shí)別分析活檢氣相裂解物色譜、微量元素譜,從而輔助癌癥早期診斷;用模式識(shí)別進(jìn)行化合物分類,在有機(jī)化合物c一13核磁共振譜中應(yīng)用;研究中國古瓷中的微量元素等。中國科學(xué)院上海冶金所將計(jì)算機(jī)用于有色金屬探礦、石油勘探,工業(yè)調(diào)優(yōu)和宏觀化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究等方面獲得了許多研究成果,中國科學(xué)院長春應(yīng)化所、中國科技大學(xué)等單位也開展了有關(guān)的研究工作。
3.4分析儀器智能化
各種分析儀器與計(jì)算機(jī)聯(lián)接,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換,是分許志宏等:計(jì)算機(jī)化學(xué)的發(fā)展和前沿析儀器的重要發(fā)展方向。各種分析儀器不盡相同,需完成的智能化程序顯然不同,但其中不少數(shù)據(jù)處理的方法,如富里葉變換、解線性方程組和非線性方程組、拓?fù)浞?、相關(guān)與回歸分析、偏最小二乘法、卡爾曼濾波方差分析檢驗(yàn)以及最近發(fā)展起來的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法,都具有一定的通用性。近年來在國內(nèi)外分析化學(xué)雜志上有關(guān)該方面的研究報(bào)告也很多。我國大連化物所在發(fā)展帶有智能的色譜儀方面,已取得很多成績。與此同時(shí),一些譜圖分析儀器與智能化的大型數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)也是一個(gè)重要的方面,這種將大型分析儀器聯(lián)人計(jì)算機(jī)智能化系統(tǒng),今后將會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展。
4.數(shù)據(jù)庫技術(shù)
數(shù)據(jù)庫是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中70年代出現(xiàn)的新技術(shù)?;瘜W(xué)中的許多數(shù)據(jù)庫正是在70年代歷經(jīng)了由起步、發(fā)展,直至成熟的過程。其中,最具代表性的是用于化合物結(jié)構(gòu)解析的譜圖數(shù)據(jù)庫。目前,幾乎所有的大型分析測(cè)試儀器均帶有數(shù)據(jù)庫及其檢索系統(tǒng)。各種譜學(xué)手段的廣泛應(yīng)用對(duì)當(dāng)代有機(jī)化學(xué)的發(fā)展起到了很大促進(jìn)作用,因?yàn)檫@些物理方法和手段使人們能較精確地了解化合物的結(jié)構(gòu)。但是,譜圖的解釋是一較為繁瑣,極為費(fèi)時(shí)的工作。然而,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展極大地推進(jìn)了這一領(lǐng)域的革新。計(jì)算機(jī)輔助譜圖解析方法可粗略地分為兩大類:直接譜圖庫手段,即譜圖檢索;間接譜圖庫手段,包括波譜模擬、模式識(shí)別和人工智能。目前,應(yīng)用最廣泛的是譜圖庫檢索。此處順便提及:數(shù)據(jù)庫,英文一般用database或databank表示,而數(shù)據(jù)庫檢索卻常用librarysearching一詞。所謂譜圖庫,目前用于結(jié)構(gòu)解析的主要是指質(zhì)譜、核磁譜和紅外光譜。
4.1質(zhì)譜譜圖庫
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,首先引入這一新技術(shù)的是質(zhì)譜譜圖的處理。因?yàn)?,第一,質(zhì)譜以分立峰的形式出現(xiàn),其質(zhì)量峰和強(qiáng)度本身已數(shù)字化形式表示,便于計(jì)算機(jī)處理;第二,如gc-ms聯(lián)用系統(tǒng),一小時(shí)可以產(chǎn)生幾十個(gè),甚至上百個(gè)質(zhì)譜圖,平均每譜為75個(gè)峰,由此,每小時(shí)所產(chǎn)生的峰數(shù)達(dá)6000~7000個(gè)。這些背景給質(zhì)譜的計(jì)算機(jī)處理提供了條件和動(dòng)力。對(duì)于質(zhì)譜譜圖庫,可以追溯到40年代美國石油研究院(api)的工作,當(dāng)時(shí)他們已經(jīng)進(jìn)行了譜圖的收集和出版。近30年來,世界上許多實(shí)驗(yàn)室開展了譜圖的收集工作,涌現(xiàn)出許多質(zhì)譜檢索系統(tǒng),如mit/kb系統(tǒng)、msss系統(tǒng)、pbm系統(tǒng)、masslib系統(tǒng)等,不過,當(dāng)今在國際上影1響最大的是nih/epa/nbs和wileymsdata兩個(gè)系統(tǒng)。在國內(nèi),中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所也開展了這方面的工作,他們的系統(tǒng)為ases/ms。
4.2碳-13nmr譜圖庫
c-13nmr波譜是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析中三大譜圖手段之一。該手段問世于70年代初,但發(fā)展很快。隨著這種技術(shù)的發(fā)展,國際上先后涌現(xiàn)出許多c-13譜圖庫信息系統(tǒng)。其中比較主要的有:德國basf公司的c-13譜圖庫信息系統(tǒng),美國nih/epa系統(tǒng),法國的darc系統(tǒng)等。在國內(nèi),中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所于80年代初已經(jīng)開展了此方面課題的研究,所建立的ciac-c-13譜圖庫系統(tǒng)于1985年投入正式運(yùn)轉(zhuǎn),目前擁有譜圖20,000張。其中的譜圖不僅涉及一般的化合物,同時(shí)包括中草藥及天然化合物類。該系統(tǒng)的主要特色是具有較強(qiáng)的相似檢索功能,即未知譜圖不在庫中,其檢索可以給出與之相似的化合物,在實(shí)際應(yīng)用中收到良好的效果。
4.3紅外譜圖庫
從50年代初到70年代中期,美國astm(theamericansocietyoftestingandmaterials)編輯了150,000張機(jī)讀紅外光譜,這是世界上最早的,同時(shí)也是最大的紅外譜圖數(shù)據(jù)庫。另外,美國sadtler光譜實(shí)驗(yàn)室(現(xiàn)屬bio-tad公司)在80年代中期已收錄94,000張ir譜圖。目前,國際上主要檢索系統(tǒng)為spir、irgo、iris、cosmoss等。在國內(nèi),中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所于80年代初開始組建ir譜圖庫cisoc-ir系統(tǒng),目前該系統(tǒng)擁有譜圖庫約100,000張。另外,應(yīng)該提及的是中國科學(xué)院化學(xué)冶金研究所的研究工作。該所從80年代開始先后組建了化工冶金中的許多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
5.結(jié)語計(jì)算機(jī)化學(xué)是將計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)應(yīng)用于化學(xué)的一門新興的交叉學(xué)科,是化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。計(jì)算機(jī)化學(xué)的英文叫法有多種,如computers&chemistry、computersinchemistry及computersonchemistry。有時(shí)文獻(xiàn)中亦會(huì)出現(xiàn)computerchemistry,但應(yīng)用較少。計(jì)算化學(xué)(computationalchemistry)通常指分子力學(xué)及量子化學(xué)計(jì)算等,與計(jì)算機(jī)化學(xué)有較大區(qū)別。計(jì)算機(jī)與化學(xué)的聯(lián)姻始于60年代。其首先應(yīng)用領(lǐng)域是分析化學(xué)。因?yàn)榉治龌瘜W(xué)的最本征特征是借助于諸種手段收集數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理。到了70年代,計(jì)算機(jī)化學(xué)得以突飛猛進(jìn)的發(fā)展,幾乎在化學(xué)的每一分支領(lǐng)域都結(jié)滿了豐碩的成果。
參考文獻(xiàn)
[1]李建平,計(jì)算機(jī)化學(xué)課程教學(xué)方法改革的探索,湖北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,武漢,430062.[2]許祿,胡昌玉,計(jì)算機(jī)化學(xué)大學(xué)化學(xué),中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所,長春,130022。[3]許志宏,周家駒,楊章遠(yuǎn)等,計(jì)算機(jī)化學(xué)的發(fā)展和前沿中國科學(xué)院院刊,化工冶金研究所。
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[5]張憋森,計(jì)算機(jī)化學(xué)進(jìn)展和前景預(yù)測(cè)化學(xué)進(jìn)展,中國科技大學(xué)化學(xué)物理系。[6]洪匯孝,計(jì)算機(jī)化學(xué)應(yīng)用軟件介紹大學(xué)化學(xué),南京大學(xué)化學(xué)系。
第二篇:我對(duì)信訪工作的感想和體會(huì)大全我對(duì)信訪工作的感想和體會(huì)
信訪干部坐的是“清水衙門”的位,當(dāng)?shù)氖恰盁o權(quán)無錢”的官,干的是“機(jī)關(guān)第一難”的活,這幾句話是對(duì)信訪工作艱辛的高度總結(jié)和概括。信訪工作給我的感覺始終是難度大、責(zé)任大、壓力大,幾年下來,一天不敢懈怠,一時(shí)不能放松。但人的精力是有限的。用個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋扔?,信訪工作上的干部,就偈是一頭牛,這頭牛既要能耕地又要能不斷的產(chǎn)奶。
信訪干部總有一個(gè)夢(mèng),就是憑自己反黨和人民的一顆忠誠之心和一腔熱血,多化解快化解信訪矛盾,即減輕黨和政府的壓力,也減輕自己的思想負(fù)擔(dān)。群眾少堵心啊。
為了圓這個(gè)夢(mèng),涌現(xiàn)了張?jiān)迫@樣的現(xiàn)形典型,,現(xiàn)在這些好同志依然在振奮精神,連續(xù)作戰(zhàn),拼搏向前。我深為他們的精神所感動(dòng),為之敬佩,也為之感慨。
感慨思索之余,我寫下了這樣幾句話?!拔繐崛f家安寧,企盼再無紛爭。為了圓夢(mèng),腳步有些沉重。雖已身心疲憊,還要風(fēng)雨兼程?!?/p>
從現(xiàn)狀看,信訪干部有“三苦”、“五樂”。
先說三苦,一是前沿壓力之苦。有上壓:來自領(lǐng)導(dǎo)的壓力,對(duì)領(lǐng)導(dǎo)指示、交辦,解決不了,群眾堵大門、圍領(lǐng)導(dǎo)、向上寫信。有下壓:群眾的壓力。一雙雙企盼的眼睛在看你,哭聲怨聲總是縈繞在耳際、沉淀在腦海揮之不去。解決不了、解決不好,良習(xí)受到譴責(zé)。內(nèi)心感到愧疚。人生最大的痛苦是內(nèi)心的愧疚。有外壓:外界對(duì)信訪工作的不理解、不知情,不知道其中難處。
二是勞心勞身之苦。信訪工作既要?jiǎng)谄浣罟?,又要?jiǎng)谄湫闹??;庖患v史遺留老案,就像是一個(gè)工程,有的甚至需要做幾年的工作方可息訴。信訪工作忙人、煩人、纏人。有時(shí)對(duì)上訪人陪著、勸著、受氣挨累不說,還要聽牢騷話,甚至遭到辱罵、毆打。
三是困惑之苦。信訪干部在接訪工作中面對(duì)群眾的訴求,出于真情真心真意,有時(shí)也迫于無奈,干了許多超出職以外的事。如解決涉法涉訴問題。背了許多不堪重負(fù)的包袱。為別人干事,還要做別人的工作,倒過來請(qǐng)人幫忙,有時(shí)還要做好有權(quán)處理部門的領(lǐng)導(dǎo)干部的思想工作。信訪干部長期在嘆息之中、求人之中,生活在上訪群眾的罵聲之中、譴責(zé)之中,總之千難萬煩。
信訪工作是苦,但苦中也有樂。這樂主要體現(xiàn)在五個(gè)方面。
一曰有價(jià)值。工作著的人是幸福的。由工作產(chǎn)生的疲勞,能使人在休息時(shí)感到愉快。而由怠惰產(chǎn)生的疲勞,只能使人在休息時(shí)感到煩燥和悔恨。人生在閑中求樂,必然樂極生悲。以苦求樂,其樂無窮,苦中作樂,樂得坦然,是樂在心中。被人需要,工作有價(jià)值。人生的價(jià)值是被別人所需要。
二曰行善事。信訪工作擔(dān)負(fù)著匡扶正義、解困濟(jì)難之責(zé)。搭建著黨與群眾連心的橋梁。人行善事不問前程。善事慰撫人的心靈,善事長壽。在別人得到幫助,你也從中得到了歡樂。做好人,行善事,信訪工作給我們提供了機(jī)遇和平臺(tái)。有的人做的是轟轟烈烈的事業(yè),但未必不空虛;有的人做的是社會(huì)邊緣的事業(yè),但未必不充實(shí)。關(guān)鍵是要有好的心態(tài),有一種向善向上的心態(tài)。
三曰可交友。托爾斯泰說過,財(cái)富不是永久的朋友,朋友卻是永久的財(cái)富。信訪工作廣泛地接觸群眾和各級(jí)干部領(lǐng)導(dǎo)。
四曰積累人生。信訪工作通過吃苦耐勞,委曲求全,甚至是忍辱負(fù)重,歷經(jīng)磨難,可以有效地積累人生,升華人生。信訪工作可以培養(yǎng)干部的寬厚的胸懷。
善良是一座華光四射的大廈。信訪工作者雖然坐的是冷板凳,手中無權(quán),腰里無錢,但要有一顆善心就能對(duì)困難群眾、弱勢(shì)群體有所作為。善良就像那顆綴于葉尖的露珠,也許它很小,但它可以滋潤一朵花,善良就像那座茅屋,也許它很破,但它可以讓疲憊無助的旅人過一個(gè)平安的夜。而更多的時(shí)候,善良就像是一座橋,也許它并不寬,但是它可以聯(lián)絡(luò)所有相隔已久的陌生和期盼。
做信訪工作,可以培干部對(duì)人民群眾的真情實(shí)意。培養(yǎng)干部的寬容心胸。學(xué)會(huì)寬容是一個(gè)人成熟的標(biāo)志。更是一種“胸中天地寬,常有渡人船”的氣度。在化解信訪矛盾中,信訪干部是代表黨和政府做群眾工作的。接觸的是困難群眾和弱勢(shì)群體,遇到個(gè)別群眾無理取鬧,也“打不還手,罵不還口”。接訪的同志經(jīng)常受到無故指責(zé)謾罵,衣服被撕爛,身段被抓破,從沒任何怨言。這都是因?yàn)樗麄兝斫庑旁L人的難處,懂得寬容。
做信訪工作,可以培干部對(duì)人民群眾的大愛之心。
五曰歷練能耐。能是指本事和水平技能。耐是指受得住、禁得起。一個(gè)人首先要有做事的能力,知道怎樣去干,凡事能看明白,想清楚,理出思路。同時(shí),也要有做事的耐力。要沉住氣,禁得住煩,耐得住苦。要有耐心,不急躁,不浮躁。
耐主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是要耐得住壓力。頂住壓力,發(fā)揚(yáng)釘子精神,變壓力為動(dòng)力,攻堅(jiān)克難,勇往直前,直到解決問題。二要耐得住清貧。做的是纏、難、煩、累、怨的差事,是求官、求民的活。三是要耐得住寂寞。寂寞概括為“五個(gè)沒有”:沒有貴客臨門,只有群眾上門;沒有熱熱鬧鬧,只有吵吵鬧鬧;沒有導(dǎo)演排練,只有現(xiàn)場直播;沒有酒宴款待,只有耐心接待;沒有迎來送往,只有案結(jié)事了。
如果沒有這種清苦之耐、寂寞之耐、奉獻(xiàn)之耐,是干不好信訪干部的。信訪干部必須要有以苦破難、苦中作樂的精神,要以金子一般的愛心、火一樣的熱情、鋼一般的堅(jiān)韌、海一般的寬容,盡心盡力為群眾排憂解難。
2021-12-13日錄入
第三篇:我對(duì)高中化學(xué)新課程改革的認(rèn)識(shí)和體會(huì)我對(duì)高中化學(xué)新課程改革的認(rèn)識(shí)和體會(huì)
鄆城一中王建國
從2021年秋季山東省進(jìn)入高中新課程實(shí)驗(yàn)開始,到2021年高考結(jié)束,我省高中新課程改革已完成了二輪實(shí)驗(yàn),并實(shí)現(xiàn)了新舊高考方案的順利對(duì)接和平穩(wěn)過渡?;仡櫫陙淼恼n改實(shí)踐,我們驚喜地發(fā)現(xiàn),教師們的教育教學(xué)理念和教學(xué)方式以及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式均發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變,實(shí)施新課程的條件和措施不斷得到完善。六年來,在省、市教研室的關(guān)心支持下,在家長、學(xué)生和社會(huì)各界的積極配合下,我們強(qiáng)化措施,大力推進(jìn),廣大教師銳意改革、不斷探索,高中化學(xué)課程改革進(jìn)展較為順利,態(tài)勢(shì)良好,成績也較顯著。我們的具體做法如下:
一、走進(jìn)新課程,認(rèn)識(shí)新課程2021年,隨著普通高中課程改革山東省開展,我們一起進(jìn)入普通高中課程改革大潮之中,新的課程、新的標(biāo)準(zhǔn)、新的教學(xué)模式,需要用新的教學(xué)理念、教學(xué)原則來支撐,而這些理論的實(shí)踐者,就是教師。可見教師轉(zhuǎn)變教育理念,提高對(duì)課改的認(rèn)識(shí)是實(shí)施課程改革的關(guān)鍵。為此我們參加了一系列省市以及學(xué)校統(tǒng)一組織的培訓(xùn),進(jìn)行新課標(biāo)解讀、新課程教學(xué)評(píng)價(jià)、建構(gòu)主義學(xué)說、多元智能理論及新教材的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。通過培訓(xùn)對(duì)新課程改革有了比較正確的認(rèn)識(shí),基本樹立了新的課程理念,初步具備了實(shí)施新課程的能力。
通過學(xué)習(xí)我們認(rèn)識(shí)到,新課程改革是人的改革,課程發(fā)展是人的發(fā)展,需要全員參與。認(rèn)識(shí)到新一輪高中化學(xué)課程改革力圖體現(xiàn)“為了每一個(gè)學(xué)生的發(fā)展”的基本理念,以進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,尊重和促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展;幫助學(xué)生獲得未來發(fā)展所必需的化學(xué)知識(shí)、技能和方法,提高學(xué)生的科學(xué)探究能力;強(qiáng)調(diào)知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三維目標(biāo)的和諧發(fā)展。使獲得知識(shí)與技能的過程,同時(shí)成為學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀的過程。并且在教學(xué)過程中注意培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角看待物質(zhì)世界,能應(yīng)用化學(xué)知識(shí)和化學(xué)方法參與社會(huì)決策和解決問題的能力;倡導(dǎo)以科學(xué)探究為主的多樣的學(xué)習(xí)方式,重視化學(xué)學(xué)習(xí)方法的啟迪,提高學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力,在現(xiàn)代社會(huì)的生存和競爭能力;培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神、集體主義精神和健康的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和社會(huì)責(zé)任感??傊敬胃咧谢瘜W(xué)課程改革強(qiáng)調(diào)構(gòu)建體現(xiàn)基礎(chǔ)性、時(shí)代性、選擇性的高中化學(xué)課程,為學(xué)生進(jìn)一步接受高等教育以及面對(duì)社會(huì)就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
二、在課改實(shí)踐中探索前進(jìn)課改實(shí)驗(yàn)運(yùn)作幾年以來,我們真切地感到新課改的春風(fēng)已吹進(jìn)了校園,吹進(jìn)了課堂。下面是我們?cè)谛抡n改中使用化學(xué)教材的一些做法,以資共勉。課堂教學(xué)的”七性”。
1、目標(biāo)性
新教材要求給了學(xué)生、教師更多的自主空間,評(píng)價(jià)方式多樣化、習(xí)題類型多樣化、獲取資源的方式多樣化等,為突出課程的開放性創(chuàng)造了良好的條件。我們通過認(rèn)真學(xué)習(xí)《普通高中課程方案(實(shí)驗(yàn))》和《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》,通過研究課標(biāo)、學(xué)習(xí)教材、精選習(xí)題、調(diào)查學(xué)情等,確定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo),精心準(zhǔn)備每一節(jié)課。
2、趣味性
古語說的好。“興趣是最好的老師”,如何提高學(xué)生的興趣,這是一個(gè)學(xué)生是否學(xué)好這一科的關(guān)鍵,因此,我們一直要求老師在備課和上課的過程中,應(yīng)該發(fā)揮自己的特長,將學(xué)習(xí)內(nèi)容趣味化,讓學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)。
3、嘗試性
實(shí)行新課標(biāo),教新教材,無論對(duì)老教師還是新教師,都是經(jīng)驗(yàn)不足,這就要求我們要敢于創(chuàng)新,跳出教材用教材,進(jìn)行深層次、多維度研究,不要輕易否定自己對(duì)教材的獨(dú)到見解,勇于嘗試處理問題的新方法,敢于嘗試新的課堂形式,等等,只有根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn),大膽地去嘗試,我們的課堂才是活的課堂,我們才能做到老師教的有效,學(xué)生學(xué)的有效.
4、探究性
在使用新教材的過程中,山東科技版高中化學(xué)教材的編寫理念和特點(diǎn)也逐漸得到老師的認(rèn)可,我們認(rèn)為:新教材比較充分地體現(xiàn)了新課程的理念和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,有鮮明的特色。例如,教材對(duì)于學(xué)生的探究能力的培養(yǎng)、學(xué)習(xí)的過程方法的處理方法是:通過“科學(xué)探究”對(duì)于重點(diǎn)的探究活動(dòng)給予問題解決策略和一般思路的提示、進(jìn)行科學(xué)過程方法的教育等。學(xué)生自主探究問題,在探究中提高能力,在探究中增長知識(shí),在探究中開發(fā)自己的創(chuàng)造意識(shí),在探究中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神。
5、合作性
在教學(xué)過程中,我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的許多學(xué)生不會(huì)思考問題,不愿思考問題,或者說跟本不去思考問題,總想讓老師講的細(xì)致全面。針對(duì)學(xué)生的這一特點(diǎn),我們運(yùn)用孔子他老人家的做法“提出話題——學(xué)生討論——總結(jié)結(jié)論“的教學(xué)方法,將每個(gè)班的學(xué)生分成若干小組,讓他們分組討論,然后讓小組的學(xué)生代表展示討論結(jié)果,并且,小組之間展開競爭,比一比哪個(gè)小組總結(jié)的更好。使學(xué)生在合作中學(xué)會(huì)思考,在競爭中體驗(yàn)成功,在成功中學(xué)習(xí)知識(shí)。
6、生成性
有人說。學(xué)生會(huì)的不用講。那么,哪些是學(xué)生會(huì)的呢。哪些是我們需要講的呢。在課前通過了解學(xué)情,我們可以知道我們需要講什么,課堂上,學(xué)生回答問題的不全面,甚至回答錯(cuò),課下,學(xué)生作業(yè)中的問題,等等,這些都是生成性問題,這些都是我們必須解決的。
7、達(dá)成性
在每一節(jié)的最后5~10分鐘,是我們鞏固這節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容的最佳時(shí)刻,所以我們?cè)诿抗?jié)課的最后幾分鐘,限時(shí)定量地給一些當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練,使學(xué)生在鞏固本節(jié)內(nèi)容的同時(shí),體驗(yàn)成功。
業(yè)務(wù)活動(dòng)集體備課以本單位為例。集體備課在備課組長的主持下進(jìn)行。堅(jiān)持“四定”、“五備”、“四統(tǒng)一”的集體備課原則。即:定時(shí)間、定地點(diǎn)、定內(nèi)容、定主發(fā)言人;備課標(biāo)、備教材、備學(xué)情、備教法、備學(xué)法、備教學(xué)手段;統(tǒng)一教學(xué)目標(biāo)要求、統(tǒng)一教學(xué)重難點(diǎn)、統(tǒng)一三基訓(xùn)練、統(tǒng)一教學(xué)進(jìn)度。
備課組長按照教材內(nèi)容將重點(diǎn)備課任務(wù)合理分解,選定備課內(nèi)容和該內(nèi)容的主備人,排出下一學(xué)期的分工一覽表,發(fā)給相關(guān)任課教師,使其明確教學(xué)任務(wù),提前準(zhǔn)備,提高備課質(zhì)量。每位主備人要提前一周將自己負(fù)責(zé)的備課內(nèi)容的初稿拿出來,并做好課件。其他不負(fù)責(zé)本節(jié)內(nèi)容的教師同樣要仔細(xì)研讀《課標(biāo)》和本課內(nèi)容。在集體備課中都應(yīng)當(dāng)積極參與討論,發(fā)表自己的獨(dú)到見解。經(jīng)過備課組的集體討論后,主備人在初稿上進(jìn)行修改形成上課的課件共享。在保證主干結(jié)構(gòu)和主題思想不變的情況下,教師可以根據(jù)自己的教學(xué)風(fēng)格、班級(jí)教學(xué)實(shí)際,自己對(duì)教學(xué)理論、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容的理解,在集體備課的基礎(chǔ)上,進(jìn)行第二次備課,形成個(gè)性化教案。當(dāng)然,所有工作的有效完成,都離不開學(xué)校教務(wù)處的督察。根據(jù)教導(dǎo)處安排的學(xué)習(xí)時(shí)間(每周
二、周五晚上),進(jìn)行研討,由備課組長主持,確?;顒?dòng)時(shí)間和活動(dòng)實(shí)效,做好活動(dòng)記錄,記錄每一課時(shí)的共性內(nèi)容,討論課題。期末交教務(wù)處存檔,并保存給下一年度同年級(jí)的備課組參考。
新課程改革下,個(gè)人的力量是有限的,集體的智慧是無窮的。集體備課這一形式正被越來越多的同行們所認(rèn)可和采納,它經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)是行之有效的,為教師的高效教學(xué)提供了強(qiáng)有力的保障,衷心希望集體備課能夠?yàn)樾抡n改下的高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高貢獻(xiàn)一份力量。
學(xué)案編寫
1、學(xué)案及其特點(diǎn)
“學(xué)案”是指教師依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平,知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和新課程標(biāo)準(zhǔn)、考綱要求,為指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)的知識(shí)和能力的建構(gòu)而編制的學(xué)習(xí)方案。學(xué)案實(shí)質(zhì)上是教師用以幫助學(xué)生掌握教材內(nèi)容,溝通學(xué)與教的橋梁,也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和建構(gòu)知識(shí)能力的一種重要媒介,具有“導(dǎo)讀、導(dǎo)聽、導(dǎo)思、導(dǎo)練”的作用。
學(xué)案的特點(diǎn)可以概括為。問題探究是關(guān)鍵,知識(shí)整理是重點(diǎn),閱讀思考是特色,鞏固練習(xí)是著力點(diǎn)。
2、規(guī)范編制學(xué)案的指導(dǎo)思想和原則
學(xué)校在各年級(jí)所有學(xué)科中推行學(xué)案制,旨在更好地促進(jìn)廣大教師的專業(yè)成長,更好地促進(jìn)全體學(xué)生的發(fā)展,更好地促進(jìn)學(xué)科資源的建設(shè),更好地促進(jìn)教學(xué)’質(zhì)量的提升。在學(xué)案編制過程中,要遵循以下原則:⑴.主體性原則:學(xué)案是教師為學(xué)生主動(dòng)求知而設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)案例,所以教師在設(shè)計(jì)學(xué)案時(shí)要以學(xué)生的“學(xué)”為中心,做到心中有“人”。備課時(shí),不僅要備大綱、教材,了解教學(xué)目標(biāo),教材重難點(diǎn),知識(shí)編排設(shè)計(jì)等,還要備學(xué)生,了解學(xué)情,研究學(xué)生的認(rèn)知水平和已有的知識(shí)積累,使設(shè)計(jì)的學(xué)案有較強(qiáng)的針對(duì)性,更重要的是要考慮學(xué)法指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。
⑵.探索性原則。要使設(shè)計(jì)的學(xué)案讓學(xué)生學(xué)得懂、學(xué)得有興趣,關(guān)鍵在于所設(shè)計(jì)的導(dǎo)學(xué)問題是否有探索性,能否激發(fā)學(xué)生的求知欲望。因此,教師要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容,依據(jù)學(xué)情,精心構(gòu)建導(dǎo)學(xué)問題鏈,盡可能在“最近發(fā)展區(qū)”中著力。問題設(shè)置要科學(xué),有啟發(fā)性和趣味性,并有一定的層次和梯度,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。
⑶.基礎(chǔ)性原則。學(xué)案編制要立足基礎(chǔ),面向全體學(xué)生,使學(xué)案成為學(xué)生掌握雙基必要的也是充分的材料,非畢業(yè)班要保證九成以上學(xué)生能夠切實(shí)掌握,畢業(yè)班更要嚴(yán)格按照考綱與課程標(biāo)準(zhǔn)的要求編制。
⑷.有效性原則。學(xué)案編制要突出重點(diǎn)與難點(diǎn),內(nèi)容選擇要符合教學(xué)實(shí)際,題目搭配要合理,杜絕科學(xué)性錯(cuò)誤。要講求實(shí)效,能夠切實(shí)促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)案內(nèi)容應(yīng)針對(duì)學(xué)生和教材實(shí)際,不偏不怪,不增加學(xué)生不必要的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。學(xué)案內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)分層要求,以適應(yīng)不同類別學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,必須留給學(xué)生一定的自主發(fā)展的時(shí)間和空間。
⑸.最優(yōu)化原則。學(xué)案各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)要符合課堂教學(xué)最優(yōu)化原則,有利于師生在課堂上充分展開互動(dòng);排版要有利于學(xué)生答題規(guī)范的養(yǎng)成,有利于學(xué)生訂正與反思,有利于學(xué)生保管與裝訂。
⑹.創(chuàng)造性原則。學(xué)案編制除了一些基本內(nèi)容外,要靈活安排,根據(jù)需要選擇不同的形式,選擇不同的內(nèi)容;要關(guān)注不斷發(fā)展變化的社會(huì)、科技、文化、生活,體現(xiàn)開放性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性;原則上以課時(shí)為單位,必要時(shí)可以跨課時(shí)編排。
3、規(guī)范編制學(xué)案的模式要求
各科學(xué)案的模式原則上可分成五個(gè)部分:學(xué)習(xí)目標(biāo)——預(yù)習(xí)檢查——問題探究——思維訓(xùn)練——課后鞏固
學(xué)習(xí)目標(biāo):依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和考綱擬定的學(xué)習(xí)目標(biāo),一般分為三個(gè)層次,了解、理解、應(yīng)用。讓學(xué)生自學(xué)時(shí)目標(biāo)明確,有的放矢。預(yù)習(xí)檢查:依據(jù)學(xué)生能自主學(xué)懂的知識(shí),課堂上不教的原則,將這一部分內(nèi)容編制成引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基本檢測(cè)題,讓學(xué)生通過自我檢測(cè)了解自學(xué)效果,為新課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
問題探究。本階段是課堂教學(xué)的重頭戲,教師根據(jù)教材的重點(diǎn),難點(diǎn)、熱點(diǎn)點(diǎn)及學(xué)生可能會(huì)遇到的困難而擬定的討論題,在教師指導(dǎo)下組織學(xué)生思考、討論、解疑,通過師生互動(dòng)實(shí)現(xiàn)突破。
思維訓(xùn)練。教師精心設(shè)計(jì)或挑選具有一定思考容量的問題讓學(xué)生當(dāng)堂訓(xùn)練,鞏固知識(shí)和培養(yǎng)思維能力。
課后鞏固。一方面,讓學(xué)生學(xué)會(huì)用精練的語言概括本節(jié)要點(diǎn),學(xué)會(huì)總結(jié)規(guī)律,形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò);另一方面,布置相關(guān)問題及時(shí)鞏固已學(xué)知識(shí),適當(dāng)拓寬學(xué)習(xí)領(lǐng)域,及時(shí)提升學(xué)習(xí)層次。
同步作業(yè)
同步作業(yè)分為二部分,一是課堂練習(xí),二是課下練習(xí);課堂練習(xí)要求當(dāng)堂完成,做到學(xué)一節(jié)會(huì)一節(jié)節(jié)節(jié)落實(shí);課下練習(xí),要求作業(yè)內(nèi)容分開不同的檔次,使不同程度的同學(xué)都”吃得飽”,及時(shí)交上,老師批改,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況進(jìn)行節(jié)節(jié)評(píng)價(jià)。
時(shí)間安排
結(jié)合我省素質(zhì)教育的要求,我校周六,周日要求學(xué)生上自習(xí),或者開展一些活動(dòng)
三、作業(yè)的布置和批改
由于和新教材所對(duì)應(yīng)的教輔資料大多不能令人滿意,而教材上的練習(xí)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生課后練習(xí)的需求,所以課后作業(yè)的合理布置就變得非常重要,為此我們花了不少精力為學(xué)生編寫了每一課時(shí)的學(xué)案,編制貼近學(xué)生思想和生活實(shí)際的作業(yè)思考題,以方便學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后對(duì)課堂知識(shí)的及時(shí)復(fù)習(xí)。同時(shí)為了便于老師對(duì)作業(yè)的及時(shí)批改,我們還統(tǒng)一印制了作業(yè)紙。當(dāng)然為減輕學(xué)生過重的課業(yè)負(fù)擔(dān),我們對(duì)學(xué)生作業(yè)要求限時(shí)、分層次完成。在評(píng)價(jià)作業(yè)的方式上,一改以往的那種生硬的評(píng)語。我們采用了多樣化的語言,如:”再仔細(xì)一些吧”“這個(gè)問題想的好”“正確、整潔”“你的作業(yè)做的越來越好”等,強(qiáng)調(diào)激勵(lì)、關(guān)注過程的評(píng)價(jià),提高了學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。學(xué)生看到自己成長中的進(jìn)步,會(huì)有一種成功的喜悅。
四、經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)
在新課程中,我們深深地體會(huì)到,新課程已不僅僅是新課標(biāo)、新理念,它已經(jīng)與協(xié)作、創(chuàng)新、探究、激情、希望、未來這些滾燙的字眼緊緊聯(lián)系在一起,教育是學(xué)生的教育,課程是學(xué)生的課程,教育應(yīng)向?qū)W生生活世界回歸,教育的根本任務(wù)是把學(xué)生培養(yǎng)成幸福的人。升華教育理念,保持與時(shí)俱進(jìn),為教師的發(fā)展而學(xué),為學(xué)生的發(fā)展而教。
1.教師的教育觀念開始發(fā)生變化,教師認(rèn)識(shí)到教材只是教學(xué)的載體,教師不再是只受教材的框框限制,而是千方百計(jì)地利用教材啟發(fā)拓展。課堂教學(xué)的角色發(fā)生了變化,教師能把平時(shí)積累的知識(shí)有機(jī)地融進(jìn)課堂,重視研究性學(xué)習(xí)。
2.教師意識(shí)到課改形勢(shì)逼人,教師自身知識(shí)水平,業(yè)務(wù)能力的提高,掌握必要的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)等已迫在眉睫。所以教師的自我學(xué)習(xí)提高的積極性越來越高。教師們都能積極主動(dòng)地參加在職進(jìn)修,業(yè)務(wù)培訓(xùn)或加強(qiáng)教師基本功的自我訓(xùn)練。教師們能積極地開動(dòng)腦筋,進(jìn)行富有創(chuàng)造性的工作。如自制課件(50多個(gè)),集體備課等,迸發(fā)出了前所未有的探索、研究熱情。
3.課堂教學(xué)氛圍發(fā)生了較大的變化。更注重師生的交流、互動(dòng)。教師從重知識(shí)的掌握轉(zhuǎn)變到更注重學(xué)習(xí)方法、研究能力的培養(yǎng),學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到充分的調(diào)動(dòng)。
4.學(xué)校、教師們更注重了通過開展校內(nèi)外、課內(nèi)外的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng),通過學(xué)生的自主探究來獲得知識(shí),培養(yǎng)能力。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的能力,而且培養(yǎng)了學(xué)生良好的道德情感。
5.強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體,注重學(xué)生自主探究性學(xué)習(xí)的同時(shí),不能忽視教師在系統(tǒng)教材體系下落實(shí)“雙基”的主導(dǎo)性作用。
當(dāng)然,在新課改的過程中,也存在著一些不容回避的困難和問題。我們也存在很多教訓(xùn),比如:
1.相關(guān)課改配套改革不到位。如現(xiàn)有的教學(xué)評(píng)價(jià)和考試制度不適應(yīng)課改的實(shí)際,高校招生考試制度改革與普通高中課程改革關(guān)系尚不明朗。新高考方案改革的力度不大,如何處理新課改與高考應(yīng)試教育的關(guān)系,是新課改中教師最困惑的問題。
2.教材內(nèi)容多、要求高與課時(shí)不夠的矛盾。每周化學(xué)安排2課時(shí)。教材內(nèi)容多、教參和教輔良莠不齊,有些練習(xí)題偏難偏深,課標(biāo)、教材、教參、教輔標(biāo)高不一,有的教輔資料質(zhì)量低劣,使師生無所適從;
3.家長和社會(huì)對(duì)高中課改了解不足,關(guān)注不夠。教師頭腦中有新的理念,但有時(shí)在實(shí)施過程中要打折扣。學(xué)校和教師擺脫不了來自社會(huì)各方面的壓力,必然會(huì)出現(xiàn)一手抓課改一手抓應(yīng)試的現(xiàn)象,這樣不僅加重了師生的負(fù)擔(dān),而且有悖課改的基本理念和目標(biāo)。
4.教師是課程改革實(shí)施的主體,也應(yīng)該是課程開發(fā)的主體。但教師直接參與課程開發(fā)有許多現(xiàn)實(shí)的困難。教師工作負(fù)擔(dān)重,教師習(xí)慣了依靠現(xiàn)成的教學(xué)材料來教學(xué),沒有思考與反思的空間,也沒有把課程開發(fā)看作是份內(nèi)的事情,所以課程改革的目的與教師課程改革的實(shí)踐總有偏差。
五、目前面臨的問題
1、時(shí)間緊,任務(wù)重每周只有兩節(jié)化學(xué)課,本學(xué)期共有22周,現(xiàn)在已經(jīng)過了4周,因?yàn)檐娪?xùn)等原因,我們才上了兩個(gè)課時(shí),根據(jù)教參上的要求,化學(xué)1至少要36課時(shí),我們算足才有18周,既36個(gè)課時(shí),如果除去十一放假、元旦放假、期終考試等因素,我們的課時(shí)跟本不夠用。
2、課時(shí)少,間隔長
課時(shí)少,間隔長。這使學(xué)生對(duì)知識(shí)的連接造成困難,上節(jié)課學(xué)的,到上下一節(jié)時(shí)已經(jīng)忘的差不多了,如何讓學(xué)生在課時(shí)比較少的情況下,能把知識(shí)連起來,這是我們面臨的最在問題。
3、帶班多,作業(yè)難以全批全改
我們每人帶6個(gè)班,雖然課不是太多,每周才12節(jié)課,但是作業(yè)的批改問題卻很難解決330多份作業(yè),如何去改,這是令我頭痛的問題。
4、高中教育現(xiàn)實(shí)與先進(jìn)的教育理念、課程目標(biāo)還有相當(dāng)距離,有些差距非一朝一夕可以彌合,這是我們最感突出的問題。
新課程教學(xué)改革是豐富多彩的,盡管改革的發(fā)展還不平衡,課程改革還任重道遠(yuǎn),但我們?cè)趯?shí)踐中增強(qiáng)了信心,堅(jiān)定了改革的方向,無論困難多大,我們都將堅(jiān)持不懈地努力,加強(qiáng)理論研究和實(shí)踐探索,認(rèn)認(rèn)真真地將新課程的教學(xué)理念貫徹在平時(shí)的教學(xué)中,學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)一定會(huì)得到逐步提高,素質(zhì)教育就一定能夠得到真正落實(shí)。
第四篇:物理學(xué)史對(duì)我的影響和感想玻爾對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)和對(duì)我的啟迪
夏毛
(重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院,09物理學(xué)重慶永川)
摘要。簡要介紹牛頓對(duì)物理學(xué)的重要貢獻(xiàn),總結(jié)了牛頓的幾個(gè)重大成就,并從產(chǎn)生背景、牛頓思考過程、解決的問題和結(jié)果做出分析討論。介紹了牛頓除了作為一個(gè)物理學(xué)家外,社會(huì)方面也對(duì)世界做過貢獻(xiàn)。玻爾創(chuàng)建的建立微積分學(xué)說,對(duì)當(dāng)今影響巨大,切牛頓的作風(fēng)和品質(zhì)值得我們學(xué)習(xí)。
關(guān)鍵詞:牛頓;二項(xiàng)式定律;建立微積分;方程式和變分法;牛頓運(yùn)動(dòng)定律;光學(xué)貢獻(xiàn)
牛頓(1643年1月4日~1727年3月31日)爵士,英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,是一位英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、自然哲學(xué)家和煉金術(shù)士,著有《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》、《光學(xué)》、《二項(xiàng)式定理》和《微積分》。他在1687年發(fā)表的論文《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里,對(duì)萬有引力和三大運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行了描述。這些描述奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里牛頓像(21張)物理世界的科學(xué)觀點(diǎn),并成為了現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。他通過論證開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律與他的引力理論間的一致性,展示了地面物體與天體的運(yùn)動(dòng)都遵循著相同的自然定律;從而消除了對(duì)太陽中心說的最后一絲疑慮,并推動(dòng)了科學(xué)革命。
在力學(xué)上,牛頓闡明了動(dòng)量角動(dòng)量守恒之原理。在光學(xué)上,他發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡,并基于對(duì)三棱鏡將白光發(fā)散成可見光譜的觀察,發(fā)展出了顏色理論。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律,并研究了音速。在數(shù)學(xué)上,牛頓與戈特弗里德·萊布尼茨分享了發(fā)展出微積分學(xué)的榮譽(yù)。他也證明了廣義二項(xiàng)式定理,提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點(diǎn),并為冪級(jí)數(shù)的研究作出了貢獻(xiàn)。在2021年,英國皇家學(xué)會(huì)進(jìn)行了一場“誰是科學(xué)史上最有影響力的人”的民意調(diào)查,牛頓被認(rèn)為比阿爾伯特·愛因斯坦更具影響力。
1二項(xiàng)式定理
在一六六五年,剛好二十二歲的牛頓發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定這對(duì)于微積分的充分發(fā)展是必不可少的一步。二項(xiàng)式定理在組合理論、開高次方、高階等差數(shù)列求和,以及差分法中有廣泛的應(yīng)用。
二項(xiàng)式級(jí)數(shù)展開式是研究級(jí)數(shù)論、函數(shù)論、數(shù)學(xué)分析、方程理論的有力工具。在今天我們會(huì)發(fā)覺這個(gè)方法只適用于n是正整數(shù),當(dāng)n是正整數(shù)1,2,3,.......,級(jí)數(shù)終止在正好是n+1項(xiàng)。如果n不是正整數(shù),級(jí)數(shù)就不會(huì)終止,這個(gè)方法就不適用了。但是我們要知道那時(shí),萊布尼茨在一六九四年才引進(jìn)函數(shù)這個(gè)詞,在微積分早期階段,研究超越函數(shù)時(shí)用它們的級(jí)來處理是所用方法中最有成效的。
2建立微積分
在牛頓的全部科學(xué)貢獻(xiàn)中,數(shù)學(xué)成就占有突出的地位。他數(shù)學(xué)生涯中的第一項(xiàng)創(chuàng)造性成果就是發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理。據(jù)牛頓本人回憶,他是在1664年和1665年間的冬天,在研讀沃利斯博士的《無窮算術(shù)》時(shí),試圖修改他的求圓面積的級(jí)數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)這一定理的。
笛卡爾的解析幾何把描述運(yùn)動(dòng)的函數(shù)關(guān)系和幾何曲線相對(duì)應(yīng)。牛頓在老師巴羅的指導(dǎo)下,在鉆研笛卡爾的解析幾何的基礎(chǔ)上,找到了新的出路??梢园讶我鈺r(shí)刻的速度看是在微小的時(shí)間范圍里的速度的平均值,這就是一個(gè)微小的路程和時(shí)間間隔的比值,當(dāng)這個(gè)微小的時(shí)間間隔縮小到無窮小的時(shí)候,就是這一點(diǎn)的準(zhǔn)確值。這就是微分的概念。
微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問題,才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的,牛頓稱之為”流數(shù)術(shù)”。它所處理的一些具體問題,如切線問題、求積問題、瞬時(shí)速度問題以及函數(shù)的極大和極小值問題等,在牛頓前已經(jīng)得到人們的研究了。但牛頓超越了前人,他站在了更高的角度,對(duì)以往分散的結(jié)論加以綜合,將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法——微分和積分,并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系,從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步,為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具,開辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。
牛頓沒有及時(shí)發(fā)表微積分的研究成果,他研究微積分可能比萊布尼茨早一些,但是萊布尼茨所采取的表達(dá)形式更加合理,而且關(guān)于微積分的著作出版時(shí)間也比牛頓早。
在牛頓和萊布尼茨之間,為爭論誰是這門學(xué)科的創(chuàng)立者的時(shí)候,竟然引起了一場悍然大波,這種爭吵在各自的學(xué)生、支持者和數(shù)學(xué)家中持續(xù)了相當(dāng)長的一段時(shí)間,造成了歐洲大陸的數(shù)學(xué)家和英國數(shù)學(xué)家的長期對(duì)立。英國數(shù)學(xué)在一個(gè)時(shí)期里閉關(guān)鎖國,囿于民族偏見,過于拘泥在牛頓的“流數(shù)術(shù)”中停步不前,因而數(shù)學(xué)發(fā)展整整落后了一百年。
1707年,牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版,定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其(通過解方程)在解決各類問題中的應(yīng)用。書中陳述了代數(shù)基本概念與基本運(yùn)算,用大量實(shí)例說明了如何將各類問題化為代數(shù)方程,同時(shí)對(duì)方程的根及其性質(zhì)進(jìn)行了深入探討,引出了方程論方面的豐碩成果,如:他得出了方程的根與其判別式之間的關(guān)系,指出可以利用方程系數(shù)確定方程根之冪的和數(shù),即“牛頓冪和公式”。
牛頓對(duì)解析幾何與綜合幾何都有貢獻(xiàn)。他在1736年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心,給出密切線圓(或稱曲線圓)概念,提出曲率公式及計(jì)算曲線的曲率方法。并將自己的許多研究成果總結(jié)成專論《三次曲線枚舉》,于1704年發(fā)表。此外,他的數(shù)學(xué)工作還涉及數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領(lǐng)域。牛頓在數(shù)學(xué)上最卓越的成就是創(chuàng)建微積分。他超越前人的功績?cè)谟?,他將古希臘以來求解無限小問題的各種特殊技巧統(tǒng)一為兩類普遍的算法--微分和積分,并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系,如:面積計(jì)算可以看作求切線的逆過程。那時(shí)萊布尼茲剛好亦提出微積分研究報(bào)告,更因此引發(fā)了一場微積分發(fā)明專利權(quán)的爭論,直到萊氏去世才停息。后世認(rèn)為牛頓提出微積分概念雖然更早,但萊布尼茲的方法更加完善。微積分方法上,牛頓所作出的極端重要的貢獻(xiàn)是,他不但清楚地看到,而且大膽地運(yùn)用了代數(shù)所提供的大大優(yōu)越于幾何的方法論。他以代數(shù)方法取代了卡瓦列里、格雷哥里、惠更斯和巴羅的幾何方法,完成了積
分的代數(shù)化。從此,數(shù)學(xué)逐漸從感覺的學(xué)科轉(zhuǎn)向思維的學(xué)科。
微積分產(chǎn)生的初期,由于還沒有建立起鞏固的理論基礎(chǔ),被有些喜愛思考的人研究。更因此而引發(fā)了著名的第二次數(shù)學(xué)危機(jī)。這個(gè)問題直到十九世紀(jì)極限理論建立,才得到解決。
3方程論與變分法
牛頓在代數(shù)方面也作出了經(jīng)典的貢獻(xiàn),他的《廣義算術(shù)》大大推動(dòng)了方程論。他發(fā)現(xiàn)實(shí)多項(xiàng)式的虛根必定成雙出現(xiàn),求多項(xiàng)式根的上界的規(guī)則,他以多項(xiàng)式的系數(shù)表示多項(xiàng)式的根n次冪之和公式,給出實(shí)多項(xiàng)式虛根個(gè)數(shù)的限制的笛卡爾符號(hào)規(guī)則的一個(gè)推廣。
牛頓在還設(shè)計(jì)了求數(shù)值方程的實(shí)根近似值的對(duì)數(shù)和超越方程都適用的一種方法,該方法的修正,現(xiàn)稱為牛頓方法。
牛頓在力學(xué)領(lǐng)域也有偉大的發(fā)現(xiàn),這是說明物體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。
第—運(yùn)動(dòng)定律是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)定律闡明,如果物體處于靜止或作恒速直線運(yùn)動(dòng),那么只要沒有外力作用,它就仍將保持靜止或繼續(xù)作勻速直線運(yùn)動(dòng)。這個(gè)定律也稱慣性定律,它描述了力的一種性質(zhì):力可以使物體由靜止到運(yùn)動(dòng)和由運(yùn)動(dòng)到靜止,也可以使物體由一種運(yùn)動(dòng)形式變化為另一種形式。此被稱為牛頓第一定律。力學(xué)中最重要的問題是物體在類似情況下如何運(yùn)動(dòng)。牛頓第二定律解決了這個(gè)問題;該定律被看作是古典物理學(xué)中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量地描述了力能使物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化。它說明速度的時(shí)間變化率(即加速度a與力f成正比,而與物體的質(zhì)量里成反比,即a=f/m或f=ma;力越大,加速度也越大;質(zhì)量越大,加速度就越小。力與加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起,方向與力相同;如果有幾個(gè)力作用在物體上,就由合力產(chǎn)生加速度,第二定律是最重要的,動(dòng)力的所有基本方程都可由它通過微積分推導(dǎo)出來。
此外,牛頓根據(jù)這兩個(gè)定律制定出第三定律。牛頓第三定律指出,兩個(gè)物體的相互作用總是大小相等而方向相反。對(duì)于兩個(gè)直接接觸的物體,這個(gè)定律比較易于理解。書本對(duì)子桌子向下的壓力等于桌子對(duì)書本的向上的托力,即作用力等于反作用力。引力也是如此,飛行中的飛機(jī)向上拉地球的力在數(shù)值上等于地球向下拉飛機(jī)的力。牛頓運(yùn)動(dòng)定律廣泛用于科學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題上。
4牛頓運(yùn)動(dòng)定律
牛頓運(yùn)動(dòng)定律是艾薩克·牛頓提出了物理學(xué)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律的總稱,被譽(yù)為是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。
為“牛頓第一定律(慣性定律:一切物體在不受任何外力的作用下,總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止?!鞔_了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及提出了慣性的概念)”、“牛頓第二定律(物體的加速度跟物體所受的合外力f成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。)公式:f=kma(當(dāng)m單位為kg,a單位為m/s2時(shí),k=1)、牛頓第三定律(兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力,在同一條直線上,大小相等,方向相反。
5光學(xué)貢獻(xiàn)
在牛頓以前,墨子、培根、達(dá)·芬奇等人都研究過光學(xué)現(xiàn)象。反射定律是人們很早就認(rèn)識(shí)的光學(xué)定律之一。近代科學(xué)興起的時(shí)候,伽利略靠望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了“新宇宙”,震驚了世界。荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾首先發(fā)現(xiàn)了光的折射定律。笛卡爾提出了光的微粒說??
牛頓以及跟他差不多同時(shí)代的胡克、惠更斯等人,也像伽利略、笛卡爾等前輩一樣,用極大的興趣和熱情對(duì)光學(xué)進(jìn)行研究。1666年,牛頓在家休假期間,得到了三棱鏡,他用來進(jìn)行了著名的色散試驗(yàn)。一束太陽光通過三棱鏡后,分解成幾種顏色的光譜帶,牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住,只讓一種顏色的光在通過第二個(gè)三棱鏡,結(jié)果出來的只是同樣顏色的光。這樣,他就發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的,這是第一大貢獻(xiàn)。
牛頓為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn),設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光,并且計(jì)算出不同顏色光的折射率,精確地說明了色散現(xiàn)象。揭開了物質(zhì)的顏色之謎,原來物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年,牛頓把自己的研究成果發(fā)表在《皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)雜志》上,這是他第一次公開發(fā)表的論文。
許多人研究光學(xué)是為了改進(jìn)折射望遠(yuǎn)鏡。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成,認(rèn)為折射望遠(yuǎn)鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無法消除的(后來有人用具有不同折射率的玻璃組成的透鏡消除了色散現(xiàn)象),就設(shè)計(jì)和制造了反射望遠(yuǎn)鏡。
牛頓不但擅長數(shù)學(xué)計(jì)算,而且能夠自己動(dòng)手制造各種試驗(yàn)設(shè)備并且作精細(xì)實(shí)驗(yàn)。為了制造望遠(yuǎn)鏡,他自己設(shè)計(jì)了研磨拋光機(jī),實(shí)驗(yàn)各種研磨材料。公元1668年,他制成了第一架反射望遠(yuǎn)鏡樣機(jī),這是第二大貢獻(xiàn)。公元1671年,牛頓把經(jīng)過改進(jìn)得反射望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給了皇家學(xué)會(huì),牛頓名聲大震,并被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)。
同時(shí),牛頓還進(jìn)行了大量的觀察實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算,比如研究惠更斯發(fā)現(xiàn)的冰川石的異常折射現(xiàn)象,胡克發(fā)現(xiàn)的肥皂泡的色彩現(xiàn)象,“牛頓環(huán)”的光學(xué)現(xiàn)象等等。牛頓還提出了光的“微粒說”,認(rèn)為光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動(dòng)說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外,他還制作了牛頓色盤等多種光學(xué)儀器。
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