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尽管量化投资已经成为市场投资的发展趋势,但是大多数投资者并不是很熟悉量化投资。一方面是由于量化投资一定程度上依赖数学模型,而赚钱的投资模型都是机构的秘密武器,不会轻易披露。另一方面是由于量化投资采用计算机系统,设计各种交易手段,有着较为复杂的数学计算与技术要求,现在许多量化投资都是计算机自动执行的程序交易。另外,量化交易者,俗称宽客(quants)的交易和故事多多少少增加了量化投资的神秘感。所以,人们一般把量化投资称为“黑箱”。纳兰(Narang,R.,2012)描述了量化交易系统的典型构造,打开了量化投资的“黑箱”。纳兰认为阿尔法模型用来预测市场未来方向,风险控制模型用来限制风险暴露,交易成本模型用来分析为构建组合产生的各种成本,投资组合构建模型在追逐利润、限制风险与相关成本之间做出平衡,然后给出最优组合。最优目标组合与现有组合的差异就由执行模型来完成。数据和研究部分则是量化投资的基础:有了数据,就可以进行研究,通过测试、检验与仿真正确构建各个模型。预测市场并制定策略是量化投资的核心,即阿尔法模型在量化投资中处于核心地位。随着量化投资的不断发展,量化投资模型也在不断改进。简单的策略可能就是证券或组合的套利行为,如期现套利组合、市场异象研究中的差价组合等。统计套利策略是经典的量化投资策略,如匹配交易或携带交易。近年来,高频交易成为量化投资的重要内容,基于高速的计算机系统实施高频的程序交易已经是量化投资的重要利器。丁鹏(2012)将量化投资的主要内容分为以下几个方面:量化选股、量化择时、股指期货套利、商品期货套利、统计套利、期权套利、算法交易、ETF/LOF套利和高频交易等。他认为量化投资的优势在于:纪律性、系统性、及时性、准确性和分散化。
二、量化投资“黑箱”中的构造与证券投资学的差异
在传统的证券投资学中,投资组合理论、资本资产定价模型、套利定价理论和期权定价理论是现代金融理论的四块基石。前两者主要依靠均值-方差组合优化的思想,后两者则主要依靠市场的无套利条件。传统的投资方法主要是基本面分析和技术分析两大类,而量化投资则是“利用计算机科技并采用一定的数学模型去实现投资理念、实现投资策略的过程”。从概念看,量化投资既不是基本面分析,也不是技术分析,但它可以采用基本面分析,也可以采用技术分析,关键在于依靠模型来实现投资理念与投资策略。为了分析量化投资对证券投资学的启示,本文从量化投资“黑箱”的各个构成来探讨量化投资与证券投资学中思路和观点的差异。
(一)资产定价与收益的预测
根据组合优化理论,投资者将持有无风险组合与市场风险资产组合,获得无风险利率与市场风险溢价。资本资产定价模型则将此应用到单一证券或组合,认为证券的风险溢价等于无风险利率加上与风险贡献比率一致的风险溢价,超过的部分就是超额收益,即投资组合管理所追求的阿尔法值。追求显著正的阿尔法是资产定价理论给实务投资的一大贡献。基于因素模型的套利定价理论则从共同风险因素的角度提供了追求阿尔法的新思路。其中,法玛和佛伦齐的三因素定价模型为这一类量化投资提供了统一的参考。可以说,在因素定价方面,量化投资继承了资产定价理论的基本思想。对于因素定价中因素的选择,证券投资学认为,对资产价格的影响,长期应主要关注基本面因素,而短期应主要关注市场的交易行为,即采用技术分析。在量化投资中,主要强调按照事先设定的规则进行投资,这在一定程度上与技术分析类似。但是,在技术分析中,不同的人会有不同的结论,而量化投资则强调投资的规则化和固定化,不会因人的差异而有较大的不同。另外,量化交易更强调从统计和数学模型方面寻找资产的错误定价或者进行收益的预测。
(二)无套利条件与交易成本
在证券投资学里,流动性是证券的生命力。组合投资理论、资本资产定价模型以及套利定价理论等都认为市场中存在大量可交易的证券,投资者可以自由买卖证券。这主要是为了保证各种交易都能实现,如套利交易。根据套利定价理论,一旦市场出现无风险的套利机会,理性投资者会立即进行套利交易,当市场均衡时就不存在套利机会。现实市场中往往存在套利限制。一是因为凯恩斯说的“市场的非理性维持的时间可能会长到你失去偿付能力”。二是因为市场总是存在交易费用等成本。但证券投资学中,对市场中套利限制与非流动性的关注较少,这是因为传统金融理论中简化了市场结构。市场微观结构理论研究在既定的交易规则下,金融资产交易的过程及其结果,旨在揭示金融资产交易价格形成的过程及其原因。在市场微观结构理论中,不同的市场微观结构对市场流动性的冲击是不同的。因而,从量化投资的角度看,为了降低交易带来的价格冲击,能实施量化投资策略的证券往往都应有较好的流动性,因为交易时非流动性直接影响投资策略的实施。从这个意义上讲,量化投资时的交易成本不仅包括交易费用,更主要的是要考虑市场交易冲击的流动性成本。
(三)风险控制与市场情绪
在证券市场中,高收益与高风险相匹配。量化投资在追求高收益的同时,不可避免地承担了一定的风险。在证券投资学中,系统性风险主要源于宏观经济因素,非系统性因素则主要源于行业、公司因素,并且不考虑市场交易行为的影响。在量化投资中,较多地使用因素定价模型,不仅会考虑市场经济因素,而且会考虑交易行为等因素,只是不同的模型有不同的侧重点,在多模型的量化投资系统中自然包括了这两方面的因素。除了各种基本面和市场交易的因素风险外,量化投资还有自身不可忽视的风险源。一方面,量化交易中,部分交易是采用保证交易的期货、期权等衍生品交易,这种杠杆交易具有放大作用,隐藏着巨大的风险。另一方面,市场冲击的流动性成本也是量化投资的风险控制因素,理所当然地在图1的风险控制模型中体现出来。另外,在一般的投资过程中,市场情绪或多或少会成为风险控制的一个对象。然而,在量化投资中,更多的交易都是通过计算机来实现的,如程序交易等,这样以来,投资者情绪等因素对投资决策的影响相对较小。所以,在量化投资的风险控制模型中较少地考虑市场情绪以及投资者自身的情绪,主要是通过承担适度的风险来获得超额回报,因为毕竟减少风险也减少了超额回报。
(四)执行高频交易与算法交易
在对未来收益、风险和成本的综合权衡下,实现投资策略成为量化投资的重要执行步骤。为了达到投资目标,量化投资不断追求更快的速度来执行投资策略,这就推动了采用高速计算机系统的程序化交易的诞生。在证券投资学里,技术分析认为股价趋势有长期、中期和短期趋势,其中,长期和中期趋势有参考作用,短期趋势的意义不大。然而,随着计算机信息科技的创新,量化投资策略之间的竞争越来越大,谁能运作更快的量化模型,谁就能最先找到并利用市场错误定价的瞬间,从而赚取高额利润。于是,就诞生了高频交易:利用计算机系统处理数据和进行量化分析,快速做出交易决策,并且隔夜持仓。高频交易的基本特点有:处理分笔交易数据、高资金周转率、日内开平仓和算法交易。高频交易有4类流行的策略:自动提供流动性、市场微观结构交易、事件交易和偏差套利。成功实施高频交易同时需要两种算法:产生高频交易信号的算法和优化交易执行过程的算法。为了优化交易执行,目前“算法交易”比较流行。算法交易优化买卖指令的执行方式,决定在给定市场环境下如何处理交易指令:是主动的执行还是被动的执行,是一次易还是分割成小的交易单。算法交易一般不涉及投资组合的资产配置和证券选择问题。
三、对量化投资在证券投资教学中应用的思考
从上述分析可以知道,量化投资的“黑箱”构造与证券投资学之间存在一定的差异,因此,在证券投资的教学中应当考虑量化投资发展的要求。
(一)市场微观结构与流动性冲击
在理性预期和市场有效假说下,市场价格会在相关信息披露后立即调整,在信息披露前后市场有着截然不同的表现。在证券投资学里,一般认为价格的调整是及时准确的,然而,现实的世界里,价格调整需要一个过程。在不同的频率下,这种价格形成过程的作用是不同的。在长期的投资中,短期的价格调整是瞬间的,影响不大。然而,在高频交易中,这种价格调整过程影响很大。市场微观结构就是研究这种价格形成过程。市场微观结构理论中有两种基本的模型:存货模型和信息模型。存货模型关注商委托单簿不平衡对订单流的影响,解释没有消息公布时价格短暂波动的原因。信息模型关注信息公布后信息反映到价格中的这一过程,认为含有信息的订单流是导致价格波动的原因。无论是关注委托订单的存货模型还是关注市场参与者信息类型的信息模型,这些市场微观结构的研究加强了流动性与资产价格之间的联系,强调流动性在量化投资决策中的重要作用。一般的证券投资学中基本没有市场微观结构的内容,因而,为了加强证券投资学的实用性,应关注市场微观结构的内容与发展。
(二)业绩评价与高杠杆
对于证券组合而言,不仅要分析其超额收益和成本,还要考虑其风险与业绩。在组合业绩评价中,一方面要考虑风险的衡量,另一方面则要分析业绩的来源。在证券投资学中,组合业绩来自于市场表现以及管理者的配置与选股能力。对于量化投资而言,市场时机和管理者的能力依然重要,然而,量化投资的业绩评价还应考虑另一个因素:高杠杆。量化交易中,部分交易是采用保证交易的期货、期权等衍生品交易,这种杠杆交易具有放大作用,在市场好的时候扩大收益,但在市场不好的时候会加速亏损,这些与传统的业绩评价就不太一样。在一般的证券投资学里,业绩评价主要考虑经风险调整的收益,很少考虑其杠杆的作用,这不仅忽略了杠杆的贡献,而且有可能夸大了投资者的技能水平。
(三)人为因素与模型风险
在量化投资中,非常注重计算机对数据和模型的分析,这突出了量化投资的规则性和固定性。然而,实际中,别看量化采用了各种数学、统计模型,但策略设计、策略检测和策略更新等过程都离不开人的决策。量化交易策略与判断型交易策略的主要差别在于策略如何生成以及如何实施。量化投资运用模型对策略进行了细致研究,并借助计算机实施策略,能够消除很多认为的随意性。但是,量化策略毕竟体现投资者的交易理念,这一部分依赖于投资者的经验,一部分依赖于投资者对市场的不断观察与更新。实际上,人始终处于交易之中,对于市场拐点以及趋势反转的判断主要还是依赖投资者的经验。光大的乌龙指事件充分表明了人为因素在量化投资中的两面性:决策实施依赖于人的设定,而人的设定不仅依赖于经验,而且人还会犯错。人之所以会犯错,一方面是因为人们对市场的认知是不完全的,另一方面则是人们使用了错误的模型。经典的证券投资理论中,股票价格的变动被认为是随机的,小概率事件出现的机会比较小,但是经验研究表明股票收益率具有肥尾现象,小概率事件发生的机会超出了人们原先的认识,即市场还会出现“黑天鹅”。更为关键的是,量化投资更依赖数学和统计模型,这就使得量化投资存在较大的模型风险,即使用了错误的模型。为了防范模型风险,应采用更为稳健的模型,即模型的参数和函数应该适应多种市场环境。近年来,研究表明,证券收益及其与风险因素的关系存在较大的非线性,同时,市场中存在一定的“噪声”,采用隐马尔科夫链等随机过程和机器学习等数据挖掘技术进行信息处理成为量化投资的重要技术支持。
(四)2013年诺贝尔经济学奖的启示
论文摘要:将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律,这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科,经过化学家们的努力,量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展,在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前,量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域,取得了丰富的理论成果,并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、在材料科学中的应用
(一)在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年,计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中,解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一,它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下,研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现,含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致,而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr,Ba原子键级与Sr-O,Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级,由此认为,含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域,是一门前景广阔的研究课题,它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来,也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
(二)在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构,通过量子化学计算表明,含有杂质石原子的磁矩要降低,这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明,在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是:d>f>p>s,其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说,NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心),其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论,并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高,计算机时少而广泛应用于材料科学中,并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善,同时由于电子计算机的飞速发展和普及,量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展,将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
(一)在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步,量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径,由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性,对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。
(二)在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点,被人们称之为“最有前途的化学电源”,被广泛应用于便携式电器等小型设备,并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池,电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此,深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明,随着锂含量的增加,锂的离子性减少,预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法,对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究,研究表明,锂优先插入到石墨层间反应,然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展,相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域,尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究,是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等,都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问,这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶;可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变,使之造福于人类;可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等,可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述,我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中,量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来,由于电子计算机的飞速发展和普及,量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言,在不久的将来,量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献:
[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994
[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147
[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973
[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1
[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449
[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262
论文摘要:将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律,这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科,经过化学家们的努力,量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展,在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前,量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域,取得了丰富的理论成果,并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、 在材料科学中的应用
(一)在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年,计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中,解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一,它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1 ,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下,研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现,含Ca 钙矾石、含Ba 钙矾石和含Sr 钙矾石的Al -O键级基本一致,而含Sr 钙矾石、含Ba 钙矾石中的Sr,Ba 原子键级与Sr-O,Ba -O共价键级都分别大于含Ca 钙矾石中的Ca 原子键级和Ca -O共价键级,由此认为,含Sr 、Ba 硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域,是一门前景广阔的研究课题,它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来,也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
(二) 在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe 、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构,通过量子化学计算表明,含有杂质石原子的磁矩要降低,这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明,在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是:d>f>p>s,其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说,NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心),其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论,并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高,计算机时少而广泛应用于材料科学中,并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善,同时由于电子计算机的飞速发展和普及,量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展,将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
(一)在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步,量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子, 如低级芳香烃作为碳/ 碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径,由Guassian 98 程序中的半经验方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性,对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。 转贴于
(二)在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点,被人们称之为“最有前途的化学电源”,被广泛应用于便携式电器等小型设备,并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池,电池的工作过程实际上是Li + 离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此,深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago 等[8] 用半经验分子轨道法以C32 H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明,随着锂含量的增加,锂的离子性减少,预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li - C 和具有共价性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子轨道计算法,对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究,研究表明,锂优先插入到石墨层间反应,然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展,相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、 在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域,尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究,是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等,都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问,这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶;可以揭示遗传与变异的奥秘, 进而调控基因的复制与突变,使之造福于人类;可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等,可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述,我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中,量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来,由于电子计算机的飞速发展和普及,量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言,在不久的将来,量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献:
[1]程新. [ 学位论文] .武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994
[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17 (4) :12
[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147
[4]闵新民,沈尔忠, 江元生等.化学学报,1990,48(10): 973
[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1
[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449
[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1
[8]Ago H ,Nagata K, Yoshizaw A K, et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.,1997,70:1717
[9]Ago H ,Kato M,Yahara A K. et al. Journal of the Electrochemical Society, 1999, 146(4):1262
国内职业领域内有一批具有较强动手操作能力、掌握了动画制作核心技术的人,如果把他们引入到高校动画教育中应该是很有益的补充。国外动画教育大多如此,如德国汉堡国际传媒艺术与新媒体学院,要求动画专业高年级教师必须是在职的广告或传媒设计专业人员,并拥有完整的知识体系和能力结构,以便不断保持教学的前瞻性和专业性。
但社会上的动画人员很少具有高职称、高学历,高校的师资引进多是以高学历、高职称为标准,因此可能存在无法将社会人才纳入到高校动画教育中来的问题。
教育观念落后
动画是利用现代电子技术与计算机软件技术作为制作手段,综合文学、美术、电影、音乐等传统艺术的综合性学科。目前有些教育机构单方面强调动画的技术性,甚至直接强调速成化,忽视了相关的人文课程的教学,忽视了学生全面素质的提高。
从当前各高校课程的安排中就可以看出,艺术史论、文学欣赏、音乐、哲学等人文课程一压再压,甚至给学生造成错误观念,认为学会美术和动画软件就是合格的动画人才。如果忽视了学生综合素质的教育,那只能培养出一些工匠型动画人才,无法满足社会对高素质全面发展人才的需求。
作为一个新兴的专业,国外已有较为成熟的动画教育机制值得我们学习,如美国的动画教育开设的课程很多,既有美术课程,又有电影课程,还有形体课等。旧金山州立大学动画教育必修课只有5门,选修课却有30多门。学生的软件课程是没有学分的。而学习软件的目的就是让学生知道它能带给你的意义和价值在哪里,它怎样去支持你的创作。其主要目的就是培养学生广泛的学习兴趣,让学生能够全面发展。
课堂教学和实践脱节
动画是一门实践性很强的学科,教育的目标是为动画产业提供人才支持。动画产业的发展是动画教育的基础,同时又受到动画教育发展的制约。当前动画教育能够迅速扩张,和动画业能够创造巨大的经济效益与社会效益,且投资回报率高等有关,因此动画教育的发展必须要与动画产业的发展结合起来,和动画实践结合起来。美、日、韩等国高校动画教育师资有很大部分是直接来自动画公司的资深从业人员,行业和院校的互动,能带领学生真正走进动画这个行业。
总结与思考
动画教育师资应该是影响中国动画进一步发展的瓶颈,这个问题亟待得到解决。
1.优化师资结构,充实人才资源
合理的师资结构是保证教学水平、教育质量的关键。在加强动画师资力量上,可以采取“自培”与“拿来主义”相结合的方式。对本校骨干教师有计划地培养,分期分批派到国内外知名动画院校学习。另一方面将校外专家、动漫企业的优秀工作人员请到学院来,这样可以利用企业已有生产设备改善动画实习条件,让动漫企业成为学校的教育资源,实现以企业动画生产项目带动动画理论与实践教学;再通过动画教学与科研,指导和提升企业动画生产的数量及质量,促进动画教学科研与动画生产项目良性互动。
2.转变教师观念
作为一个新兴的专业,动画教育和传统的设计教育有着本质的不同。动画的受众主要是年轻人,年轻人追求时尚,喜欢新奇的事物,因此在数字化、网络化迅速发展的今天,一个优秀的动画教师不仅要具备全面的专业知识,同时还要有顺应时代潮流的观念,要时刻保持对新生事物的新鲜感和好奇心;要具有对新生事物的把握能力和领悟能力,使动画教学时刻保持新鲜活力,这样才能激发学生的创新原动力。
1982年4月的一天,11岁、正在邯郸上小学5年级的郭晖在上体育课时不小心扭伤了脚,有些红肿。到了10月,她不得不借助拐杖行走了。医生检查后说,郭晖的胸椎可能有病变,父亲郭荣茂便带她来到湖南一家骨科医院。郭荣茂早年毕业于浙江大学,当时是邯郸矿务局的设计师,妈妈许孔是邯郸矿务局的图书管理员。郭晖是夫妻俩的第3个孩子。医生为郭晖进行了胸外科脊椎手术。可手术后,郭晖胸椎7、8、9椎骨损伤变形,胸以下失去知觉,形成了不可逆转的高位截瘫。
治疗半年后,因支付不了昂贵的医药费,郭晖回到了邯郸的家中。她不能动,不能坐,大小便失禁,只能躺在床上眼睁睁地望着天花板度日。无聊的时候,只能看些杂志打发时光。郭荣茂心有不甘,请来矿务局医院的老中医给郭晖针灸。有一次,老中医鼓励她说:“晖,你还是看看课本吧,将来你的病治好了,重新回到学校时也不会掉队……”郭晖便问:“我还能上学吗?”老中医哈哈大笑起来:“当然能啊,说不定明年你就能站起来!”
郭晖信以为真,就让父亲将她的课本、笔、橡皮、本子、词典、镜子全找出来,放在她的床头边手能够着的地方。带着重返校园的梦想,郭晖开始了她的自学生涯。有不认识的生字,她就查词典;有解不开的数学题、不懂的词语,她就用笔做下记号,等父母亲下班回家后请教。由于脊椎手术后不能坐,郭晖只能躺在床上将书端着看,时间久了,手就有些发酸。有一次,书掉到地上了,她想将书拾起来。然而,只要她侧身的幅度稍微大一点儿,背部就像刀割一般疼。尝试了好几次没成功,她终于哭了。
父母回家问郭晖怎么了,她不理他们。父亲说:“你是不是怪爸妈不在家里陪你?可爸妈不上班哪有钱给你治病呢?”妈妈也说:“孩子,这就是命,要怨你就怨自己的命不好!”以后,她的书、笔等东西还经常掉下来,她就望着窗外的天空回忆以前能跑能跳的日子。自学完小学5年级的课程后,郭晖又开始自学初中课程。一个学期结束了,母亲找来试卷给她自测。郭晖的成绩比较平衡,每次自测各门课程都在八九十分以上。
这么聪明的孩子,她的世界不应该只是一张床。1984年,郭荣茂调入河北工程大学任教。1985年1月,他再次将女儿送到北京一家医院。医生为郭晖做了开胸震动减压术,力图治愈截瘫。可效果并不好,郭晖又回家了,继续自学中学课程。每当她看到小鸟从窗外飞过时,就恨不能自己飞起来。后来,哥哥用三合板为她特制了一个固定的书架。书架上有一只大夹子,书本被大夹子夹住,学习用具用细线拴在夹子上面,这样她的书本和学习用具就不会掉了。
1987年底,郭晖自学完了高中一年级课程,就向父亲提出重返校园的请求。郭荣茂一连跑了好几所中学,都没有学校接收她。父亲说:“你要想回到学校,首先必须能坐起来。学校不接收一个只能躺在床上上课的孩子!”父亲还鼓励她说,“如果你能坐,不但可以重回学校,将来自学完了全部高中课程,还可以参加高考上大学!”郭晖就开始练坐。刚开始是父母扶她练,还没练到一分钟,郭晖就累得头晕目眩,不得不躺下来休息。父亲母亲上班了,郭晖每自学一节课,就练坐10分钟。
1989年6月,当郭晖自学完了全部高中课程时,她能坐上一个多小时了。父亲找到了邯郸高招办,想为女儿报名参加高考。那时高考政策没有现在这么人性化,高招办负责人说,郭晖身体残疾不说,连高中毕业证都没有,高招办不能接受这样的考生报考。郭晖一时没有了目标。那时家里连电视机都没有,为了了解外面的世界,郭晖就让妈妈借些小说和文学杂志给她看。书中描绘的精彩的世界,让郭晖对外面的世界充满了好奇和向往。
双腿绑木棍支撑不倒信念,要做最优秀的那一个
为了早日走出家门,郭晖一边看小说,一边练坐,练站立。练坐的时候,她用双手撑着床,用双手支撑身体的重量,试着用腰部的力量和脊椎的力量支撑身体保持平衡。由于脊椎做过两次手术,非常脆弱,坐的时间稍微长一点儿,就酸痛难忍。锻炼了半年多,郭晖能连着坐上两个小时了。
她又开始练站。她的双脚没有力,只能靠双手扶住椅背站一会儿。有一次,她不小心摔倒在水泥地上。她拼命地抓住床单想往床上爬,可她用尽全身的力气也没能爬上床去。
为了防止再次跌倒,郭晖就让父亲在她的两条大腿上用布条各绑上两根木棍,帮助她支撑身体的重量。这样,郭晖每次能站一两分钟。但是,腿上绑上了木棍非常难受,锻炼了几个月效果不大,也就将木棍拿掉了。那时河北工程大学给她家分配了一套40多平方米的住房。为了让郭晖了解外面的世界,父亲给她买了一辆手摇车。她家住在二楼,每天傍晚,父母都要将她背下楼抱上车推着她在校园转几十分钟。
1990年夏天,郭晖在校园里碰到了哲学系的张明老师。了解到郭晖正在为不能考大学而苦恼,张明老师鼓励她说:“你可以参加高等教育自学考试呀,照样可以拿大学文凭,而且对身体也没有限制。我们学校还开设了高等教育自学考试辅导班,我建议你参加!”9月1日,郭晖参加了河北工程大学办的英语自考辅导班的学习。1991年5月,学校的辅导班停办了,郭晖完全凭着自己的能力自学。她坚持看《中国日报英语版》和电视英语节目,到学校外语角参加英语口语交流。
1992年10月,郭晖全部通过了高等教育英语专业专科所有科目的自学考试,1993年6月拿到了专科毕业证书。这一年她23岁,虽然不能站立,但能够坐上三四个小时了。她推着轮椅去找工作。一所中学的校长捧着她的简历看了看对她说:“高等教育自学考试大专毕业?不靠谱吧?我们要正规大学毕业生!”郭晖一连跑了十几家单位,都因文凭不过硬而被拒之门外。母亲就对她说:“不要再找了,我们养你。将来我们不在了,你两个哥哥养你!”
“我双脚不能走,但我有知识,我要用知识养活自己!”郭晖对母亲说。
1993年9月,郭晖在家里办起了小学英语辅导班。辅导班刚开始只有5个学生,她每节课收费5块钱,每星期一、三、五下午学校放学后辅导一小时或一个半小时。辅导班的反响越来越好,郭晖又开设了初中、高中英语辅导班和奥林匹克数学辅导班,学员增加到上百名。至此,郭晖每月能有两三千元的收入了,基本上能满足自己日常生活的开支。
1995年,郭晖一边办辅导班,一边参加高等教育英语专业的本科考试。1998年,她一路过关斩将,取得了英语专业的本科毕业证书和学位证。与此同时,她还参加了山东大学和河北工程大学联办的英语硕士研修班的学习。申请硕士学位必须要参加国家统考第二外语考试。因此除了英语外,郭晖又自学了日语和法语。每个寒暑假,她每天吃过早饭,就自己摇着轮椅去上课。有一天,下了好大的雪,郭晖的轮椅被雪堵在路上。寒风中,她只能坐在轮椅上等有人来帮助她。
20多分钟后,才有两位同学在路上遇到了她,将她推到教学楼下。老师经常在二三楼授课,郭晖上不去,只能靠同学帮忙抬。可吃尽了千辛万苦,当她申请硕士学位时,山东大学研究生院要求她必须在本科毕业三年后才可以考“二外”,而郭晖是1998年拿到的本科毕业证。苦苦等了3年,2001年,郭晖在母亲和哥哥的护送下去石家庄考“二外”。没想到她的成绩竟然被工作人员搞错了,法语成绩只有14分。她要求查阅试卷,但主考单位不许她查。在她的多次争取下,山东大学才同意她在山东报考。
为了防止再出错,2002年6月,郭晖在母亲和哥哥的护送下,直接在山东大学报名考“二外”法语,这次她考了71分,终于拿到了硕士学位证书。郭晖以为在当地中学当个老师应该没问题,便拿着自己的简历到处面试。令她没想到的是,多数学校认为她的第一学历不正规,加上身体有残疾都拒绝录用她。屡次求职的失败,并没使郭晖气馁,她反倒认为学校不录用她是自己还不够优秀,只要她在英语专业达到顶尖水平,就能为自己杀出一条血路。
于是,她一不做二不休又报考了北京大学的英语诗歌方向的博士研究生!2002年11月,郭晖给北京大学博导沈弘教授写了一封信,在信中,她特意申明,她是一个高位截瘫的残疾女性,没上过中学和大学,第一学历是高等教育自学考试取得的。郭晖很快收到了沈弘教授的回信,沈弘教授对她的身体残疾和自考学历并没有提出异议,只是说:“欢迎你报考我的博士生,北京大学会择优录取,初试之后还要复试,只要你足够优秀,北京大学就会录取你……”
小学生考赢大学教授,留学哈佛来自轮椅的能量
2003年3月,郭晖在父母亲的护送下来到北京大学参加博士生资格考试。报考沈弘教授英语诗歌方向的博士生考生有4名,但考试时只有郭晖和某知名大学一名教授。郭晖心里不免有点儿发虚,她对父亲说:“对手太强大了,我没上过中学和大学,怎么考得过大学教授呢?”父亲鼓励她说:“这次考不上没关系,可以为以后再考积累经验!”不久,考试成绩网上公布了,郭晖的成绩是:英美文学60分、二外(法语)59分、欧洲文学史78分。
她对查分老师说:“对不起,我考砸了!”没想到老师竟然说:“祝贺你,你考得不错啊!”郭晖不敢相信,后来她才知道,她唯一的竞争者――某大学教授的考试成绩是:30分、54分,57分。那一刻,郭晖真有一种飞起来的感觉。一个没有上过中学、大学的残疾女孩,竟然能考赢大学的教授!
2003年7月,郭晖被北京大学英语系录取为博士研究生。同年9月,郭晖终于迈进了梦寐以求的北京大学。63岁的妈妈放心不下,也来到北京大学陪读。
2008年7月,郭晖拿到了博士学位,她特别渴望能在大都市里当一名大学老师,便将自己的简历分别投给了一些国内知名大学。郭晖很快接到了这些大学的面试函,但面试人员一看她坐在轮椅上,都婉言拒绝了。在求职无门的情况下,郭荣茂只好找到河北工程大学的领导。当时,学校里许多大学生都把大学当作镀金之地,不用心学习。学校领导认为,如果接收郭晖来学校任教,就是接收了一位励志明星,她无疑会有一种无形的能量,带动大学生珍惜美好的时光,好好学习,便接受了郭晖。
2008年11月,郭晖成为河北工程大学第一位残疾人老师。第一堂课,当妈妈将她推进教室时,几十个学生都站起来向她鼓掌。掌声经久不息。她知道学生们的掌声是对她的肯定,更是一种沉甸甸的责任。从此,郭晖不顾残缺的身躯,怀着一颗感恩之心,认真备课、教学、批改学生的论文。五年来,郭晖接受了9门新课的讲授任务,带了近三十名本科生完成毕业论文。还兼任学校英语学术杂志的编辑,做科研工作。一个人同时做着两三个人的工作。学校原来没有无障碍设施,为方便她教学,在五教学楼、主教学楼和办公楼的一层都新建了无障碍坡道。
郭晖的学术研究领域是英语诗歌,这门学科要求研究者亲身到原语言国感受那种语言环境。早在北京大学攻读博士学位期间,有一位从哈佛大学来的留学生曾建议她去哈佛大学留学,哈佛大学能给她提供世界最完备的资料和最权威的导师。然而,哈佛大学给予全世界同领域研究学者访学的名额是有限的。
2012年3月的一天,郭晖无意中在学校的网站上看到了河北省教育厅全额资助优秀高校教师赴海外留学与地方的合作项目,不由怦然心动。
经过慎重考虑,郭晖向学校提出了申请。河北工程大学的校领导对她的想法都非常支持,同意她填写了去哈佛留学的申请书。4月初,她把个人履历、学术科研成果及申请通过互联网发给美国哈佛大学。一个月后,哈佛大学就向她发回了邀请函,同意了她的留学申请。郭晖的留学得到了省委宣传部、省教育厅的重视。鉴于郭晖的情况特殊,省教育厅多次开会研究,并和国家留学基金委多次沟通。
英文名称:Chinese Journal of Structural Chemistry
主管单位:中国科学院
主办单位:中国科学院福建物质结构研究所
出版周期:月刊
出版地址:福建省福州市
语
种:双语
开
本:大16开
国际刊号:0254-5861
国内刊号:35-1112/TQ
邮发代号:
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1982
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
SCI 科学引文索引(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
核心期刊:
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊荣誉:
中科双效期刊
联系方式
徐光宪,1920年11月生于浙江绍兴,1951年在美国哥伦比亚大学获得博士学位后,回国参加社会主义建设。
徐光宪创建了北京大学稀土化学研究中心和稀土材料化学及应用国家重点实验室。在60多年的科学研究生涯中,他发表期刊论文560余篇,论文被他人正面引用2200余次。
作为化学家,他的科研成果使中国从稀土资源大国变成生产应用大国,所引发的“中国冲击”成功改写了国际稀土产业格局;
作为教育家,他撰写的重要教材哺育了中国几代化学工作者,仅在北大工作的学生中就涌现了3名院士、3名长江学者特聘教授;
作为年近9旬的老人,他依然活跃在科研前沿,亲赴边远矿区考察,为稀土资源优化利用而操劳。他,就是中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授徐光宪。认识的人,都叫他“徐先生”。
获奖感言:
“我比不上他们”
先生很谦逊。
一头银发,一架金丝眼镜,一张略显清瘦的脸庞。老人安安静静地坐着,沉稳得像一座山。
接受采访前,先生和记者一起看学校为他获奖拍的短片。他凝视着荧屏,听着赞扬的话,神情里流露出明显的不安。“北大有许多优秀的学生,我获奖的工作都是我的学生和研究团队完成的,我只是这个集体的代表。”他说。
“我一生在科研上3次转向,在4个方向上开展研究。在这4个方向上,我的学生已大大超过了我。我比不上他们。这是真心实意的话。”
“青出于蓝而胜于蓝。学生超过先生,我非常高兴。”徐先生真诚地说,“这不是谦虚,是实实在在的话。”
成功之路:
“不怕别人说我提傻问题”
先生的成功之路不平坦。
兵连祸接,家道中落,16岁的徐光宪为早日工作养家,上学选择了杭州高级工业职业学校;抗战爆发,杭州沦陷,学校解散,他转至设在寺庙里的宁波高工继续求学之路;旅费被骗,身无分文,他只身来到上海,晚上做家教谋生,白天到大学听课。为了省钱,他最后考取了学费最便宜、还有奖学金的国立交通大学。
大学毕业一年后,他借钱自费到美国华盛顿大学读研究生,但钱很快用完了。为了奖学金,他“背水一战”,以两门功课满分的成绩考入哥伦比亚大学攻读博士学位,主修量子化学。
1951年回国教书、从事科研后,为了国家和学校需要,先生3次改变研究方向,次次都有建树。
“小时候,我好奇成癖,爱提问题。”先生笑着回忆道,“我常问大人:天上有多少颗星星?头上有多少根头发?大人不回答我,说我提傻问题。”
“为了找到答案,除了查书,我还在哥哥帮助下,用两块透镜和纸筒做了一个望远镜。”
“现在,我们中小学课堂不鼓励学生提问。”现在社会上应试教育倾向依然明显,先生特别希望中国的每间教室都能呈现这样一种朝气蓬勃的景象,“老师要鼓励学生提问,树立年轻人的好奇心。老师不是万能的,不一定要回答出学生的每个问题。回答不出来,就老实告诉学生。”
说到这里,语气一直平和的先生激动起来:“小孩子好奇心很重,不但不能压制,还要鼓励。很多人搞科研,搞创新,动力就是好奇心。”
“老师与学生是平等的关系。学生不是什么都要听老师的,老师也能从学生身上学到很多东西。”先生说。
平常心境:
“我是个金庸迷”
先生不服老。
交谈中,先生不时主动挑起许多“时新”话题。他的学生严纯华说,先生是他们那一代老教授里第一批学会用电脑的。现在,先生每天要花大量时间上网,并常把有用的东西转发给大家。
让人意外的是,一心扑在工作上的先生却自称是个不折不扣的“金庸迷”。“晚饭后,我经常看金庸的武侠小说,感到倦了,放下就睡。”
面对重奖:
“自己的钱已经够花了”
先生对钱没“感觉”。
获得国家最高科技奖,先生可以支配一笔高达500万元的巨额奖金,其中50万元归个人所得,另外450万元可由他用作自主选题的科研经费。
“我自己的钱已经够花了。”先生认真地说,“我得的奖是集体的工作成果。我已经跟大家说好了,包括那50万元在内,全部都拿出来。几个研究团队要好好商量,怎么分配使用这些经费。经费要以稀土为主,要全部放在几个课题组和国家重点实验室⋯⋯”2005年,先生获得何梁何利科学技术成就奖,得到百万港元奖金。他拿这笔钱设立“霞光奖学金”,专门奖励那些热爱祖国、努力学习又家境贫困的本科生⋯⋯
关键词:氢分子(H2);能量―核间距曲线;结构化学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章号:1674-9324(2017)10-0217-04
一、前言
结构化学是化学和应用化学(理科)专业的一门专业核心课程,主要讲解原子的电子结构、分子的电子结构和几何构型以及晶体(包括离子晶体、分子晶体、原子晶体以及金属晶体)的微观几何构型和物理性质。结构化学的理论基础是量子化学。大多数的结构化学教材(比如北京大学周公度、段连运教授编著的《结构化学基础(第3、4版)》[1]、厦门大学化学系物构组编写的《结构化学》[2]等)对于氢分子离子的能量核间距曲线都有涉及或详细讲解,学生可以很直观地明白为什么氢分子离子的能量是与核间距相关的。另一方面,可能由于处理比较复杂的原因,大多数教材对于氢分子能量与核间距的关系都涉及很少或者没有进行详细讲解。学生只是知道二者之间是有关系的,但是并不十分清楚二者之间是怎样的关系,怎样根据已有的数据绘制出氢分子的能量核间距曲线。本文旨在详细阐述这一问题。
二、氢分子能量核间距曲线的详细绘制步骤
本文以有关教材中给出的氢分子能量表达式为出发点,首先参考有关文献给出氢分子能量E与核间距R之间的函数关系式,然后以此函数关系式为基础计算出E与R之间的数值关系,最后绘制出E-R关系曲线。
(一)氢分子能量E与核间距R之间的函数关系式
参见《结构化学基础》教材[1]第90页,当用价键法和线性变分法处理氢分子时,描述氢分子中电子运动状态的两个波函数及其对应的能量为:
ψ■=■(ψ■+ψ■)=■[ψ■(1)ψ■(2)+ψ■(1)ψ■(2)]
E■=■=2E■+■
ψ■=■(ψ■-ψ■)=■[ψ■(1)ψ■(2)-ψ■(1)ψ■(2)]
E■=■=2E■+■
这里ψ■、ψ■均为氢原子基态波函数,均已经归一化,均是实数;E■为基态氢原子的能量,S为交换积分,Q称为库伦积分,A称为交换积分:
S=∫ψ■■1ψ■1dτ■=∫ψ■■2ψ■2dτ■
Q=∫∫ψ■■1ψ■■2■'ψ■1ψ■2dτ■dτ■
A=∫∫ψ■■1ψ■■2■'ψ■2ψ■1dτ■dτ■
参考Slater教授编著的《Quantum Theory of Molecules and Solids: Electronic structure of molecules》书[3]中第50―51页,经过一定的推导,可以得到:
Q=■+■J+■J+■J'=J+■J'+■
A=■+■SK+■SK+■K'=KS+■+■
其中:
J=-■+2+■×e■
J'=■-■+■+■+■×e■
K=-2+2R×e■
S=1+R+■×e■
S'=1-R+■×e■
-Ei(-x)=■■dt
K'=■×
-e■×-■+■R+3R■+■?摇+■×S2×0.57722+lnR?摇+S'2×Ei-4R?摇-2×S×S'×Ei-2R?摇?摇
(二)能量―核间距(E-R)之间的数值关系
在上面K'的表达式里面含有指数积分函数Ei(-4R)和Ei(-2R)。它虽然也是核间距R的函数,但并没有解析形式,只有数值形式,因此无法得到E-R的解析表达式,只能得到分散的数值解形式。本文在计算的时候,核间距R的取值区间范围为0.1―4.0a.u.,取值间隔(步长)为0.1a.u.,因此共计40个点。本文主要采用Origin7.5对有关的数值进行计算和处理。
1.S值的计算机实现。
col(S)=(1+col(R)+col(R)^2/3)*exp(-col(R))
这里,“col(S)”表示S的数值,“col(R)”表示核间距R的数值。
2.J值的计算机实现。
col(J)=-2/Col(R)+(2+2/Col(R))*exp(-2*Col(R))
这里,“col(J)”表示J的数值,“col(R)”表示核间距R的数值。
3.K值的计算机实现。
col(K)=-(2+2*col(R))*exp(-col(R))
这里,“col(K)”表示K的数值,“col(R)”表示核间距R的数值。
4.S'值的计算机实现。
col(S')=(1-col(R)+col(R)^2/3)*exp(col(R))
这里,“col(S')”表示S'的数值,“col(R)”表示核间距R的数值。
5.J'值的计算机实现。
col(J')=2/col(R)-(2/col(R)+11/4+3*col(R)/2+col(R)^2/3)*exp(-2*col(R))
这里,“col(J')”表示J'的数值,“col(R)”表示核间距R的数值。
6.K'值的计算机实现。
col(K')=2/5*(-exp(-2*col(R))*(-25/8+23/4*col(R)+3*col(R)^2+col(R)^3/3)+6/col(R)*(col(S)^2*(0.57722+ln(col(R)))+col(S')^2*col(Ei4R)-2*col(S)*col(S')*col(Ei2R)))
这里,“col(K')”表示K'的数值,“col(R)”表示核间距R的数值,“col(S)”表示S的数值,“col(S')”表示S'的数值。另外,还有“col(Ei4R)”和“col(Ei2R)”的数值未知,它们分别表示指数积分函数“Ei(-4R)”和“Ei(-2R)”的数值。
7.“Ei(-4R)”和“Ei(-2R)”的数值。
根据上面指数积分函数的定义,可以得到:
Ei(-4R)=-■■dt Ei(-2R)=-■■dt
上述两个指数积分可以从Miller和Hurst撰写的“Simplified Calculation of the Exponential Integral”(指数积分的简便计算)论文[4]的表格中查找。比如,当R=
0.1a.u.时,-2R=-0.2a.u.,-4R=-0.4a.u.。⒓该论文189页的表格,最左边x=0.2时,最右边“-Ei(-x)=
0.122265×101=1.22265”,因此“Ei(-0.2)=-1.22265”;最左边x=0.4时,最右边“-Ei(-x)=0.70238×100=
0.70238”,因此“Ei(-0.4)=-0.70238”。类似的,我们可以查到当R取其他数值时“Ei(-4R)”和“Ei(-2R)”的数值。需要说明的是,这种查表方法仅仅是求“Ei(-4R)”和“Ei(-2R)”数值的一种可行方法,还有许多其他方法(比如可以使用MatLab软件中的指数积分函数,x取任意正实数都可以得到相应的“Ei(-x)”)。
8.数值列表。
知道了R、J、J'的数值,就可以求得Q的数值;知道了R、S、K、K'的数值,就可以求得A的数值;而知道了S、Q、A的数值,就可以求得E的数值。表1中给出了不同R值时,S、J、K、S'、J'、Ei(-4R)、Ei(-2R)、K'、Q、A以及E+、E-对应的数值。这些物理量的单位均为原子单位。
(三)能量―核间距(E-R)曲线的计算机绘制
根据表1中的E+-R和E--R数据,可以绘制E-R曲线,如下图所示。图中能量和核间距的单位均为原子单位。对于能量,1a.u.=27.2eV=627.51kcal/mol=2625kJ/mol;对于核间距(长度),1a.u.=0.529■=0.0529nm。
三、结论
本文以有关教材中给出的氢分子能量表达式为出发点,首先参考有关文献给出氢分子能量E与核间距R之间的函数关系式,然后以此函数关系式为基础计算出E与R之间的数值关系,最后绘制出E与R之间的关系曲线。这种详细处理对于学生深刻理解量子力学处理化学问题的思路和方法,对于学生深刻理解分子构型(核间距)对分子能量的影响,对于激发学生学习结构化学的兴趣,都有着非常积极的意义。
参考文献:
[1]周公度,段连运.结构化学基础[M].北京大学出版社,2003.
[2]林梦海,林银钟.结构化学[M].北京:科学出版社,2004.
关键词:结构化学 教学方法 内容体系 教学质量
中图分类号:O641-4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(b)-0204-01
结构化学是用量子力学原理和现代物理方法,从微观的角度来研究原子、分子和晶体微观结构及其结构与性能之间关系的学科。结构化学是现代化学的一个重要分支,其基本理论和基本内容是无机化学、有机化学等基础化学的重要理论基础。所以,通过结构化学课程的学习,不仅要让学生掌握结构化学的具体知识,而且还要让学生深刻理解“结构决定物性”这一基本原理。
近几年来,作者所在学校为贯彻“少而精、精而新”的原则,课程体系不断调整,各类课程教学学时数不断减少,在这种新形势下如何提高结构化学课程的教学质量成为教学管理工作者和教师首要解决的问题。作者结合多年从事结构化学课程教学积累的经验,重新优化了结构化学课程的课程体系和教学内容、在此基础上对教学方法进行了改革,旨在要使学生不仅学会从微观层次看问题,拓展思路,抓住问题本质,而且还要提升学生理论联系实际的能力,以利于素质教育和人才培养,更好地顺应社会需要。
1 优化课程内容体系
依据系统论对结构化学课程内容体系进行了进一步的优化、重组和精练。首先,删除原教材中陈旧落后的知识内容,增加新知识的内容。将原有的内容体系向环境、生命、材料、能源等科学领域适当地扩展,实现与现代化学理论前沿的密切接轨。其次,建立新的知识系统,优化知识结构,将知识点按物质系统层次重新组织,将知识点组成知识链、构成知识网。通过整合、精简、丰富、优化课程内容体系,实现对教学内容更深刻的理解,建立更完善的理论体系。
通过内容体系的优化,使教师和学生更加明确电子构型和几何构型是结构化学的两条主线;更加有利于结构化学量子理论和原子结构、化学键理论和分子结构、点阵理论和晶体结构三种理论和三类结构的讲授;更加有利于学生打好量子化学基础、对称性原理基础和结晶化学基础三方面的基础。
2 改革教学方式、方法
2.1 重视多媒体网络教学
掌握结构化学知识和原理不能脱离实验,借助于计算机技术,学生将能“走进”原子、分子和固体内部,探索微观世界的奥妙。计算机技术对结构化学的重要作用之一,就是把真实的微观世界中的抽象性在虚拟世界里具体化,显著改进教学效果,这也是结构化学多媒体网络教学的魅力。
在多媒体教学基础上,我们进一步实施网络教学,编写出适合于现代远程教育的网络课件,使结构化学多媒体教学和网络教学走向更为完美的境界。在教学模式上,进一步发挥学生为认知主体的作用,有利于学生自主安排学习时间和进度,能使学生得到最好的指导,及时获得最新知识。与此同时,我们进行了结构化学的教学平台建设,在教学平台中开设精典试题库、在线辅导答疑、仿真模拟实践等项目,为实现数字化学习和自主、探索性学习创造条件。
2.2 设置课程论文撰写环节
设置课程论文不仅可以让学生在搜寻研究对象、研究范围时,对以前的专业知识进行回顾和分析,还可以引发学生对化学知识、原理和现象进行思考。比如,我们设置的课程论文:三个著名实验—— 黑体辐射、光电效应与波尔原子光谱的思考。通过该课程论文的撰写可以让学生知道,既要掌握好传统知识,又要不为它所束缚,要从反常现象中产生新思维,开创新领域。通过“晶体结构”这部分传统内容的讲解我们设置的课程论文:准晶和非晶态材料的发展与应用。该课程论文可以使学生接触相关领域的最新知识,激发学生的学习热情和研究兴趣。
课程论文撰写环节的设置还可为学生毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。当然,在指导学生进行课程论文研究时,不仅要讲授一般论文的写作格式,培养学生的逻辑思维,提高学生的书面表达能力,形成一般论文的写作规范;还要注意讲述一般科学研究的方法和步骤,科学工作者所应具备的科学道德,全面提升学生的科学素养。
2.3 成立科研兴趣小组
为了鼓励学生在结构护化学的学习过程中有一个思考与深化,接受与发展的时间流程。我们将有兴趣的同学组织在一起,成立科研兴趣小组,通过科学研究过程提高课堂教学的效果与质量。这种做法可以突破课堂教学时间和空间的束缚,让学生提出问题并设立课题进行研究,或让学生直接参与老师的科研课题(通常是将课题拆解成几个子课题)研究。具体做法:一是让学生就某一部分内容,通过查阅文献,尝试提出问题,老师确定具有可行性后,以学生科研项目的形式进行专门研究,教师适时给予专门性指导。二是将老师承担的科研课题进行拆解,拆分成几个相对独立的子课题,针对学生的各自特长分派给学生,在整个研究过程中,课题组的老师全程参与指导。这样的模式不仅有利于学生将课堂中学到的知识进行延伸并拓展,而且有利于激发学生的探索热情和求知的欲望,培养学生的团结合作的素养,提升学生的思维能力和创造能力。
2.4 教师科研成果引入课堂
大量的研究结果表明,教师的科研和教师的教学效果之间呈现出显著的相关性。作为一位高校教师,在开展教学活动中,完全依照传统教学模式进行教学,无法将最新的知识和新技术传授给学生,不利于培养学生的创新意识,也不利于学生实践能力的提升。因此,教师要通过加强科研实践,紧跟学科研究的最新动态,将科研成果引入教学课堂,才能在教学中很自然地、潜移默化地用科研所必需的实践精神和创造精神去感染学生,才能使学生受到鼓舞、得到启迪,才能使自己的课堂内容具有丰富性、代表性、创造性和启发性。
3 结论
通过对课程内容体系的优化,使教师和学生更加明确了电子构型和几何构型是结构化学的两条主线;通过对教学方式方法的改革,拓展了学生的思路、提升了学生理论联系实际的能力、提出问题和解决问题的能力,是培养出来的学生更加顺应社会的需要。
参考文献
[1] 徐志广.结构化学教学中设置课程论文初探[J].数理医药学杂志,2007,20(3):424-425.
[2] 施建成.结构化学教学质量提升初探[J].广东化工,2010,37(7):172-173.
关键词:结构化学;课程改革;教学改革
结构化学作为高等院校化学本科专业的一门专业基础课程,主要是研究原子、分子和晶体的微观结构,原子和分子运动规律以及物质的结构与性能关系的科学[1-5]。由于结构化学课程理论性强,同时涉及大量高等数学以及物理学的知识,是师生普遍公认难学的一门课程。但是尽管抽象难学,结构化学课程在化学专业中也是非常重要的。著名科学家徐光宪院士曾经说过:“21世纪化学学科发展的特点之一是化学从宏观现象的研究越来越深入到微观本质的探讨,即物质结构的观点更加广泛深入地渗透到化学各分支学科领域,从而使物质结构的教学在化学系的整个教学计划中的重要性增加了。”[6]。因此如何讲好结构化学课程是许多授课老师思考的问题之一。作者认为对于普通地方学院老师,授课中应该正视不同层次高校间学生能力以及人才培养目标间的差异,在执行教学大纲的前提下,实行分层次教育,满足专业人才培养的需要。基于以上目的,本文作者对绍兴文理学院结构化学优秀课程建设过程中开展的工作和遇到的问题进行了分析与探讨,以期通过改革结构化学教学方式,达到提高课堂教学质量,更好的为培养创新型人才服务。
一、课程建设开展的主要工作
1.适应应用型人才培养需要,制订课程教学规范。根据学校培养应用型人才的总体目标,在原有结构化学教学大纲的基础上,结合我院学生的具体情况,重新修订了教学大纲,更加重视理论与实践知识相结合。在教材的选择上,根据多年来的对比教学效果,结合地方普通院校学生的具体情况,我们选择了潘道皑教授等编写的较为浅显易懂的《物质结构》课本作为主讲教材,并为学生建议了其他几本教材作为参考教材[7-10]。在实际教学过程中,要求授课教师基本按照教学大纲和授课计划执行,但可以根据课堂学生接受情况稍做调整。授课老师每次课前要求精心准备;上课要将教材、教案、教学大纲、授课计划和学生花名册带全,课堂教学要求教学内容完整、准确,教学态度端正,注重师生间的互动;每次课后布置适量作业,教师科研室作为固定答疑地点。对于课程考核分为两部分:①期末考试成绩占70%,采取闭卷形式。②平时成绩占30%,主要考核课堂听课和课后作业完成情况。将课后作业分为两类:一类是课本上巩固教学内容的作业,以课本习题为主;另一类是拓展性作业,以小论文形式为主。对于习题作业及时批改并进行讲评,对于小论文要求学生通过查阅资料,小组讨论,共同合作,以小组的形式提交论文作业,并在课堂上由老师随机选择一名学生作为主讲进行陈述,培养学生的团队合作精神。
2.不断完善教学手段。①已经建立全面的多媒体教学课件,并根据结构化学学科的新发展,不断补充新知识。与传统的板书相比,多媒体课件可以将文字、图片、声音等有机的结合于一体,较为生动的展示微观粒子的空间结构。在教学过程中通过板书与多媒体教学的适当结合最大发挥各自优点,并做到相互补充。②在试题库建设中采取购买试题库与自己制作相结合。目前本课程组已经购买了全国普通高等学校考试服务平台的结构化学试题库,并在此基础上,根据本校具体情况对试题库进行了补充。③建立了结构化学教学网站,网站包括教学讲义、教学大纲、习题集、师生互动环节等内容,作为学生课后自主学习和交流的平台。④购买和自制了部分教学道具。随着多媒体制作技术不断发展,在许多教学过程中传统的教学道具逐渐退出了教学舞台。但是对于结构化学课程,传统的实物教具对于学生理解抽象复杂的立体结构仍然具有重要的作用。在课堂中让学生亲自展示实物道具并进行讨论分析,可以增进师生的互动,提高教学效果。
3.不断改进教学方法。在教学方法和手段的改革方面,在原来教授式教学方法的基础上,增加了讨论式和研究式教学方法,根据具体情况,三种方法融会贯通,具体如下:①讲授式教学方法。讲授式教学方法是教学中最传统也是最基础的教学方法。在这一方法中,我们既重视教材使用,又注重自我学术观点的表达;既向学生讲清楚教材中的重点和难点,又向学生介绍自己对教材相关内容的研究,达到本于教材而又不囿于教材的教学目的,启发学生的多向思维。②讨论式教学方法。讨论式的教学方法也是结构化学教学的重要方法,这种方法主要运用习题范例和关键知识点的应用实例,或者是就某一个问题展开辩论。这种教学方法,不仅有助于师生之间、学生之间的思想交融,在彼此观点的争议中各自受到启发,以求举一反三的教学效果,而且加深了学生对深奥的量子化学理论的理解。③研究式教学方法。为了训练学生运用本课程知识分析问题和解决问题的能力,还采用了研究式的教学方法,具体教学重点是课程小论文。这种教学方法既训练了学生收集资料的能力,又培养了学生相互之间的协作能力,效果很好。
4.积极参与教学改革。①近两年来课程组成员积极参与学院教学改革工作。课程组成员主持市级教改课题一项、校级教改课题一项。另外课程组成员还参与省级教改课题三项、市级教改项目一项以及校教改课题五项。②在教学过程中,注重双语教学,对于首次出现的专业术语,都给出中英文对照。③近两年除发表3篇关于结构化学课程建设的教改论文外,还发表其他教改论文4篇。
5.优化师资队伍,努力提升教学质量。结构化学课程组现有教师四人,都具有博士学历,其中教授两人,副教授一人,讲师一人,做到了老中青相结合,结构较为合理。课程组定期开展教研活动,讨论教学与科研中出现的一些新现象、新问题,以科研进一步带动教学水平的提高。现在高校教师科研压力很大,尤其对于年轻教师,没有科研成果基本不可能晋升职称,所以需要正确对待教学与科研的关系。对于青年教师的培养,除了教学上给予指导外,也非常重视师德培养,努力做到两者齐头并进、相互促进,而不是厚此薄彼。
三、课程建设效果
本课程组先后有两名教师分别获得浙江省第三届和第四届“教坛新秀”,一位教师被评为绍兴文理学院2009年度示范课教师,一位教师获得2008年度院青年教师说课比赛一等奖。撰写教改论文7篇,主持相关教改课题2项,课程组主要成员近三年来教学业绩测评都为A。该课程于2008年被列为校级重点课程后,2010年结题后又被进一步批准为优秀课程。
四、教学中存在的问题
在长期坚持不懈的教学过程中,结构化学课程建设在教学内容、教学方法、教学手段以及学生创新能力培养等方面都取得了一定成绩。但是不容忽视的是,仍然存在一定问题,主要有以下几点:①结构化学作为一门非常抽象的理论课,学生学习起来有一定难度,在部分学生中存在课程难学,学了也没什么用的不正确心态,直接影响到学习效果。这是结构化学课程教学中一个一直存在的也最难解决的问题。②教学网站功能需要进一步完善和提高,在线交流需要进一步加强。尽管已经开通了教学网站,但是学生业余时间利用教学网站学习和交流还是比较少,需要进一步培养学生自主学习的兴趣。③面对学校培养应用型人才的目标,如何将理论课更好的和实际应用结合起来,还值得进一步探索。④在本科教学改革中,由于人才培养方案对学分的严格限制,结构化学课程学时数有所减少,在较少的学时内,如何将最重要的知识传授给学生需要教研组全体老师进一步认真总结和思考。
十年树木,百年树人,教学工作永无止境。只有不断地适应社会发展需要,做到以学生为本,才能更好地提升教学质量,培养对社会真正有用的人才。
参考文献:
[1]杨英杰,吕庆章.多媒体课件在结构化学教学中的应用[J].新课程学习,2011,(4):146.
[2]孙巧珍.关于结构化学教学改革的实践体会[J].考试周刊,2011,(18):27-28.
[3]彭鹏,柴春霞.高等师范院校结构化学课程的难点探析[J].周口师范学院学报,2010,27(3):75-77.
[4]陈光巨,李宗和.教与学的思考和实践――关于结构化学教学方法的改革[J].大学化学,1998,13(5):15-17.
[5]施建成.结构化学教学质量提升初探[J].广东化工,2010,(7):172-173.
[6]王卫东.结构化学课程的建设与研究[J].湖北师范学院学报(自然科学版),2009,29(2):105-112.
[7]潘道皑,赵成大.郑载兴编著的物质结构(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
[8]周公度,段连运.结构化学基础(第3版)[M].北京:北京大学出版社,2005.
[9]李炳瑞.结构化学(第一版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
[10]徐光宪,王祥云.物质结构(第2版)[M].北京:高等教育出版社,1987.
基金项目:绍兴文理学院结构化学优秀课程建设资助项目(025002.07)
2009年1月9日,万众瞩目下,中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授徐光宪从总书记的手中接过2008年度国家最高科技奖获奖证书。
作为化学家,他的科研成果使中国从稀土资源大国变成生产应用大国,成功改写了国际稀土产业格局,被人们称之为“稀土之父”;作为教育家,他撰写的重要教材哺育了中国几代化学工作者,仅在北大工作的学生中就涌现了3名院士、3名长江学者特聘教授。如今这位年近9旬的老人,依然活跃在科研前沿,亲赴边远矿区考察,为稀土资源优化利用而操劳。为了包头、黄河的安全和可持续发展,徐光宪携同他的老同事、老战友两次向国务院提出有关书面建议,两次得到总理的批示。
最近,笔者走近这位传奇老人,89岁的徐老脸上挂着深潭流云般的笑容,一如北京高远的天空,可谁知道他笑容背后有多少人生的波折和故事。
逆境中绽放的花朵
1920年11月7日,徐光宪出生在浙江绍兴,自幼就在理科方面表现优异。然而因家道中落,国难又至,徐光宪辗转求学,从杭州到宁波,甚至不得不在家中自学,最后他终于通过努力考入上海交大。
在上海孤岛,徐光宪和他的同学们挤在简陋的教室中解析艰涩的化学方程式,在实验室中用残留下来的仪器做实验。1944年7月,徐光宪从交通大学化学系毕业,获理学学士学位;1946年1月起被交通大学化学系聘为助教;同年4月18日,徐光宪与同班同学高小霞结为伉俪。1950年,就在徐光宪夫妇在美国攻读各自的博士学位时,朝鲜战争爆发,高小霞放弃了在美继续深造攻博的机会,冲破种种艰难险阻,毅然决然地和丈夫一起回国效力。徐光宪夫妇经好友唐赦庆(后任吉林大学校长)介绍,双双到北京大学化学系执教,一教就是一辈子。
八旬克服丧妻之痛
徐光宪有着传奇的爱情:他和妻子高小霞同窗共读;同年回国定居;同时当选全国政协委员、中科院学部委员,曾同时获得国家自然科学奖……徐光宪和夫人高小霞“十同”的故事在高教界、科技界传为美谈。1998年,徐光宪与高小霞这对院士伉俪荣获首届“中华蓝宝石婚佳侣奖”。
徐光宪曾梦想,夫妻俩能过一个金刚石婚,然而天不饶人。高小霞因腮腺癌住院治疗时,已78岁高龄的徐光宪隔日就搭乘公交,花1个小时前往医院照顾爱妻。谈及妻子的故去,徐光宪眼圈发红:“那时她的腮腺有问题,但一直认为是腮腺炎,耽误了两个月,后来查出是癌症,已经转移到肝……我一生中最满意的,是和高小霞相濡以沫度过的52年;我最遗憾的,是没有照顾好她,使她先我而去……”
高小霞离开后,徐光宪身心交瘁,追悼会上,他最后一次深情拥住高小霞,泣不成声。他特意将爱妻名字铭刻在墓碑左边(按照尊卑排位,应是男左女右),并向旁人解释:“我尊敬她。”他常常独坐在空荡荡的房间中,抚摸着老伴生前曾经用过的遗物。女儿和学生都担心这位八旬老人将难以熬过这一关。然而在悲痛的背后,这位老人要用近80岁的心力开始学会一个人生活:“幸福和快乐是一种相对的感受。如果为失去一件事物而懊悔苦恼,那么,失去的就不仅是那件事物,还有心情、时间和健康。”
徐光宪开始振作起来。他奔波于城市之间,参加各种会议和学术研讨;每天在图书馆看书、学习。在科学研究上,徐先生开始将目光转向比以往的实验研究更加深层的地方。
2005年,徐光宪再度获得何梁何利基金“科学与技术成就奖”。他毫不犹豫地将100万元的奖金全部托付北大化学学院分配,其中的60万元专门设立“霞光”奖学金,每年资助8个努力学习又家境贫困的学生。“霞光”取自这对伉俪名字中的各一字,徐光宪特别强调这一奖学金的设立,是为了完成夫人的夙愿。
徐光宪的4个女儿中的3个都在国外有各自的家庭和事业。唯有大女儿徐红因在云南生产建设兵团时精神受到刺激,于几年前离家出走,至今音信全无。“作为父亲,我始终觉得对不起她。”说到这里,脸上总挂着温和笑容的老人不禁黯然神伤,眼角闪动着泪光。“所以,每家每户都有自己的困难和不开心的事。但是,我们还是应该尽量从快乐的方面去看。”很快地,老人的言语和神情恢复了快乐。
“金庸迷”的抽屉情结
小时候,徐光宪体弱多病常看中医,不曾想这却让他收获了健康之外的东西。“童年时我经常要去抓中药,看到药铺的柜子上全是小抽屉,上面贴着药名,一清二楚,非常方便。我就想,我以后脑袋里也要有这样的抽屉,把学到的知识分类装起来。”
“抽屉情结”让徐光宪养成了分类的习惯。他家那些整齐排列的铁柜子上面都贴着标签,打开一看,里面从内到外整整齐齐地排放着资料,学科、标题一目了然。如今,徐光宪除了正在修订再版的《量子化学》,还在编写一本《知识的系统自然分类和新编码法》。“我是受了中药铺抽屉的启发,觉得我们的知识也应该做科学的系统分类,现在通用的几种分类法,都有不足之处。”虽身为一名化学家,徐光宪却对文理各学科均有涉猎,谈起哲学、经济学等学科来亦头头是道。他深有体会地说:“除了分类比较,还要注意文理融通的原则。比如牛顿第三定律,讲的是作用力等于反作用力,这与人际交往中的‘己所不欲,勿施于人’有异曲同工之妙。”
徐光宪对于新知识的汲取是一般年轻人难以望其项背的,使用电脑他是那一代老教授里第一批学会的,他给自己在学校BBS上的ID取名为“老顽童”。他每天要花大量时间上网,了解各种信息,并经常把有用的东西“打包”转发给大家,连书信、论文和幻灯片都是他自己一个字一个字敲进电脑的。老人打字并不快,他经常端坐电脑前一连几小时敲击键盘。他这样评价自己:“如果把科学家分为几类,有举重若轻的,有举轻若重的,那么我都不是,我属于‘举重若重’的一类。”
赫德教授提出:“科学素养是对科学与科学应用于我们社会经验里的了解。”大学化学作为高等院校的重要基础课程,对培养大学生的科学素养起着至关重要的作用[2]。当前,坚持科学发展观,实现高等教育的可持续发展,培养有创新精神的复合型、应用性人才,基础课教学质量是重点和关键。在大学阶段,具备一些必要的化学知识和一定的化学思维方法是现代科技人才基本素质的非常重要的组成部分。那么教师如何能让更多学生对大化产生兴趣,真正从内心愿意学习和研究这门课程,是摆在高校化学教师面前的一项迫切任务。
一影响大学生对化学课兴趣不高的原因
1意识不到化学的重要性
化学在不断地发展,物质在不断地丰富,化学对社会生活发展的作用越来越大,同时背负的偏见和误解也越来越沉重。食品中毒、环境污染等,被认为与化学紧密关联,“毒害”、“污染”就逐渐成为了化学的代名词。
同时,高校扩招和就业压力增加令当代大学生变得十分“功利”。英语等级证、计算机证、各种专业资格证,学生会和社团的经历,才是求职、考研或出国的“敲门砖”。他们关心的不再是科学素养,而是这门课程对找工作有无用处。错不在学生,责任在社会,经济腾飞了,物质丰富了,精神素养跟不上,某些人社会价值观发生扭曲和变形,金钱成为衡量一切的标准。
2专业针对性不够,教学与生产实践脱钩
大化教材包括三大结构(原子、分子、晶体),四大平衡(酸碱、沉淀、氧-还和配位)、和化学与环境等篇章。在30-40学时要讲清楚这些内容绝非易事。对于材料、化工、采矿、地质、生物、环境、机械等非化类工科专业,不同专业都有其特点。因此针对不同专业,教学内容的设置也应有所侧重和取舍。教师应充分了解学生的专业课设置以及化学知识在他们未来工作中的应用情况。
与高中相比,大学化学难度增加,论述更深入,理论性更强,如不与生产实际挂钩,一味照本宣科会显得枯燥死板。譬如,原子结构中薛定谔方程对电子运动状态的描述,运用高等数学、物理学和量子化学的知识,学生感觉很抽象。如应用多媒体Flash能增强学生对微观领域的理解能力。学时数的大幅削减也限制了课堂的延伸和拓展。如能结合化学相关领域最新进展、生活化学、生命现象或学生所学专业与化学结合的实例,能让课堂鲜活有趣。
3授课形式单一,教学方法有待改进
高校扩招至今,大化课堂采用大班教学,人数150到200不等,课堂通常以教师讲授为主,多媒体课件虽红红绿绿,热热闹闹,但若教师一贯“单口相声”,课件一翻到底,课堂就会疲劳,出现学生瞌睡和玩手机现象,效率低,何谈兴趣。教师应尽量采取多元化的授课方式,激发学生的学习兴趣,有效调动积极性;要求学生预习,适应信息大容量、快节奏课堂;创设情境和提示新旧知识之间联系,帮助学生建构当前所学知识的意义;利用教学相长原则,加强学习效果反馈;充分挖掘课堂互动元素,创造“满堂生辉”的效果。
二培养大学生对化学课程的兴趣
1教师一定要有奉献精神,热爱教学
身为教师,先拷问自己,在教学上究竟付出了多少精力和心血?这是一个令人深思的问题。当大多数人都为科研项目和论文拼搏,还有谁愿意默默无闻的、不求名利钻研教学方法,提高教学质量。当今职称评审制度都与项目和论文挂钩。试问,连教师都心不在焉,学生怎么会有学习兴趣呢。
真正优秀的教师拒绝名缰利锁的诱惑,渴望真诚的奉献,以文化品味、智慧高度和人格深度来点燃学生们的热情。真正优秀的教师必定具有广阔眼界和卓越的学识。讲起课来纵横捭阖,左右逢源,旁征博引,妙趣横生,使学生如同进入一个辽阔、纯净甚至可以嗅到芬芳的知识王国,令学生流连忘返[3]。教学的艺术不在于传授本领,而在于激励、唤醒、鼓舞,教师要努力调动一切积极因素使教学兴趣盎然。
2积极宣传化学的正面作用
为什么人们看到苏丹红、三聚氰胺、温室效应、臭氧空洞等事件或现象的时候,都会认为是化学出了问题呢?那是因为人在认识上出现了短视现象,由于目光只盯在事情的表面上,从而犯了以偏概全的错误。事实上,破坏自然、污染环境不是科技本身的错。其实,所有这些事件或现象的发生,确实与化学有着紧密地联系,运用化学知识能帮助我们分析和解决其中的问题。这正说明了化学与社会生活有着紧密的联系。环境遭污染、人类健康受损,正是由于欠缺化学知识和其他知识而引起的。
围绕化学与社会、生活、环境等方面挖掘人文素材,开展化学人文教育,希望能扭转当下人们对化学认识和理解,激发人们对化学的热情,提升全社会的化学科学素养。让学生通过接受历史上优秀化学家故事的熏陶,激励和启发学生按照客观事物的规律做事,尊重客观事实,脚踏实地,坚持真理,坚持原则,处处都追求表现自然的本质和本性。
3改进教学方法,增强课堂趣味性
一是重视每一节课的导入。教育家于漪说:“要培养激发学生的学习兴趣,首先应抓住导入课堂环节。一开课就把学生牢牢地吸引住,课的开始好比提琴家上弦,歌唱家定调,第一音定准了,就为演奏和歌唱奠定了基础,上课也如此,第一锤就应敲在学生的心灵上,象磁铁一样把学生牢牢地吸引住”。恰如其分的导入,仿佛给学生架起一座通往新知识的桥梁,把学生分散的注意力一下子集中起来,引起学生的好奇心,激发学生的学习欲望和学习兴趣,使之处于积极的学习状态。要设计好一节课的导入,教师就必须深入理解和发掘教材,并从学生的实际出发,灵活多样地设计导入。导入方法很多,需要在实践中不断学习和总结,譬如,以旧引新导入法、创设情境导入法、悬念设疑导入法和对比效果导入法[4]等。
二是精心设计课堂,让其妙趣横生。斯宾塞提出“快乐教育”的思想,认为学习如果能给学生带来精神上的满足和快乐,即使无人督促,也能自学不辍。卢梭说:“无论做任何游戏,只要我们能够使他们相信那不过是一场游戏,他们就会毫无怨言,甚至还会笑嘻嘻地忍受其中的痛苦,然而不这样做,他们也许就会痛得泪流满面的[4]。
在教学过程中,应引“游戏”入课堂,设立“问题化学”、“化学探究”、“师生共同讨论”、等活动,为学生形成积极主动的、多样的学习方式进一步创造有利的条件。鼓励学生在学习过程中,养成独立思考、积极探索的习惯,激发学生对化学的兴趣,注重启发学生的化学思维。可就“化学是否环境污染的罪魁祸首”举行一场辩论赛;魔术揭秘“为什么湖水从顶部向底部结冰”;可就“化学与太阳能”、“化妆品与化学”、“酿酒与化学”多个专题让感兴趣的学生查找资料、分组报告和撰写论文;也可借鉴“开心辞典”等的益智节目,把教学内容编成竞赛题,学生抢答记分或当场评论表扬。通过竞赛,使学生克服困难、取得成绩,并给予奖励,从而激起浓厚兴趣。
三是加强教学与实践的联系。由毒奶粉事件提出“如何鉴定牛奶是否含有三聚氰胺”?由温室气体威胁北极熊的生存联想“二氧化碳为什么会越来越多?它有什么用?怎么消除多余的二氧化碳”?由pH平衡联系“胃中的抗酸剂”。与生活相关的化学令人兴趣盎然:我们呼吸的空气、保护臭氧层、未来的燃料:太阳能、食品的营养、妇女起居室中化学(化妆品、染发剂)等。
另外,区别对待不同的专业学生。针对化工和材料专业,可重点讲解陶瓷、光电、纳米材料、低温、高温超导体等;而针对生物专业,可着重阐述核磁共振成像、生命化学和基因工程,从蛀牙产生的原因、含氟牙膏的作用等。
总之,激发学习兴趣的方法很多,需要整个社会大环境尊师重教,崇尚知识;需要广大教师投入感情和精力,加强自身专业和人文素养,致力于教学改革和研究,精心设计课堂,使学生在游戏中增长知识;也需要同学们志存高远,重视基础,注重科学素养的提高。
参考文献
[1]马晓明,瞿洪明,杨林.国内外大学化学课程设置分析与比较———兼谈高校化学教学改革与创新[J].河南科技学院学报,2011,8:56-59.
[2]杜金会,等.浅谈大学生的科学素养与大学化学教学[J].长春理工大学学报(高教版)2010,(5):2107-108.
国际在线消息:据新华社电,世界著名的英国学术期刊《自然》23日报告说,中国的高质量科研论文数量近年来上升势头强劲。
该报告调查了全球范围的科研论文数据,结果显示,在引用次数排名最靠前的高质量科研论文中,由中国研究人员发表或参与发表的论文比例在2011年达到11.3%,居全球第四位。该报告还显示,在中国的高质量科研论文中,中国科学院、中国科学技术大学、北京大学的研究者的论文所占比例居前。
该报告预计,到2014年,中国的高质量科研论文数量将仅次于美国,居全球第二位。
关键词:农业院校;无机化学;教学理念;教学方法
作者简介:杨昱(1977-),女,黑龙江哈尔滨人,东北农业大学理学院,讲师;徐雅琴(1964-),女,黑龙江哈尔滨人,东北农业大学理学院,教授。(黑龙江 哈尔滨 150030)
基金项目:本文系黑龙江省“十二五”高教学会课题“高等农业院校应化专业《无机化学》课程立体化教学体系的构建”(课题编号:HGJXH C110459)、黑龙江省“十二五”规划课题“化学实验无纸化网上考试系统软件研制及应用研究”(课题编号:GBC1211019)、黑龙江省“十二五”规划课题“高等农业院校《无机化学》课程体系整体优化改革的研究与实践”(课题编号:GBD1211010)的研究成果。
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)23-0089-02
步入21世纪,我国农业院校化学教学能否跟上世界化学发展潮流,其关键是能否培养出适应21世纪农业发展的人才,因此高等农业院校化学教学改革应体现新世纪的特色及与农业院校实际相结合。“无机化学”是相关专业学生步入大学的第一门主干课,针对如何提高农业院校学生创新能力和综合能力,提高“无机化学”课程教学质量,我们在教学观念和教学方法两方面对农科“无机化学”课程进行了探索和实践,取得了一些成果。
一、适时调整教学理念,培养学生创新精神
1.重视元素化学
“无机化学”由基础理论和元素化学两部分组成。元素化学部分基本上都是叙述性内容,体系庞杂。教师在教学中一般是运用物质结构、化学热力学、配位化学等基础理论并以元素周期律为主线,向学生教授重要元素及其主要化合物的存在、制备、性质、结构和用途。虽然这部分内容与中学化学知识存在一定延续性,但是学生在学习中仍感到十分难学。因此曾有人认为,随着科技的发展,元素化学的内容都可在资料上查到,甚至可通过电子数据库进行检索,就应该在“无机化学”教学安排中去除元素化学部分。但我们认为,现代化学中的许多新发现、新理论都与元素化学有关,缺少了这一部分,学生对自然界中存在的元素及其重要化合物的性质及反应规律缺乏一个总体的了解,就不能很好地认识在工农业、食品、能源、材料等领域中一些重要现象的本质,无法了解在这些领域中采用的与化学密切相关的新技术、新方法、新材料,更谈不上在这些领域中有所创新了。[1]此外,元素化学不断地渗透到其他各学科之中,产生了许多新的边缘学科,正在成为研究热点,如有机金属化合物化学、生物无机化学、固体无机化学、物理无机化学等。因此可以说元素化学在化学科学中处于基础地位,必须高度重视。
2.突出人本教育,培养创新型化学人才
高校的人才培养目标是培养综合素质高、有创新精神和个性发展的实用型人才,在教学中培养学生创新精神和实践能力是重中之重。要培养创新型人才,首先要在教学理念上确立以人为本的教学观,即以学生为教学过程中的主体,把人的培养作为教学目标。以往的教学是以知识继承为主,学生属于被动学习,但是学生不是装知识的布袋,教师也不是传授知识的机器。正如科学史学家朱克曼在访问了41位诺贝尔奖得主后总结的那样:这些获奖者之所以会获得成功,主要得益于从导师那里学到的发现科学真理的思想方法和工作方法,而不是从导师那里获得的实际知识。作为农业院校,许多教师所进行的科研活动都是与我国现代农业发展密切相关的。可以让学生一入学就进入一些教师的科研室,即使让学生洗试管和烧杯,看管一些反应,帮助教师做一些辅工作,对学生来说既是对动手能力的锻炼,也初步了解了基础化学知识与农业生产的密切联系,提高了学习兴趣,在潜移默化下对培养学生创新能力有一定促进作用。同时,我们在“无机化学”教学中将学科教育与培养学生自主成长相统一,尝试教学“学为主导、教为辅助、同步训练、综合复习”模式,注重课堂上的互动、知识与心灵的双向交流,尊重学生自主意识,注重学生个性化发展以及对学生意志品质、道德规范、素质全面的培养,使学生知识、能力、素质协调发展。
3.探索研究型教学模式,培养科学素养和综合能力
“自主研究”型人才培养符合全球经济一体化和信息化的要求。应该尝试由传统的单向知识传授的“教学型”模式向学习研究结合的“研究型”教学模式转化。可以通过优化教学内容、课堂提问、课堂讨论、课外阅读、课程小论文和参与教师科研活动等手段,鼓励学生积极思考,敢于提问,勇于创新。[2]此外,“无机化学”课程中体现前沿性、交叉性和应用性的内容可以尝试进行小组学习,即把学生分为若干小组,进行研究协作式学习。例如“配位化合物应用”一节,教师首先给出提纲,包括配合物应用领域(各小组任意选择,重点是农业领域)、案例说明、作用机理、发展前景等。学生通过查阅资料、协作讨论,最后在课堂上展示学习结果。这种学习方式不仅使学生巩固了配位化学基础知识,了解了配合物最新应用领域,还培养了他们综合解决问题的能力,增强了学生的独立意识、创新意识和合作意识,为后续课程以及今后从事的工作打下坚实的基础。
4.尝试绿色化学教育,增强环保意识
近些年,全球生态平衡破坏程度加剧,世界各国重大自然灾害频现,严重威胁到人类的永续生存,其中很多都是与化学反应或物质相关的。为了实现人类可持续发展战略目标,绿色化学教育已不仅仅是科研战线或化工战线的任务,化学教育战线承担着普及、宣传、教育、研究的重要任务。绿色化学是利用化学的技术与方法来降低或消除化学产品设计、制造与应用中有害物质的使用与产生,使所设计的化学产品或过程与环境更加友好,是一门从源头上阻止污染的化学,是未来化学发展的方向。[3]“无机化学”是化学专业学生学习的第一门专业基础课,将绿色化学理念融入其中,使学生从大一开始就在潜移默化中受到绿色化学的教育,这对培养学生科学的环境观、资源观,提高他们的环保意识和责任感有相当大的意义。[4]结合农业院校特色,我们把食品添加剂、植物源绿色农药、反渗透海水淡化技术、超临界水的特性、有毒物质的处理等内容穿插于教学内容中,采用课堂讨论等多种教学方法与学生一起探讨我国“绿色农业”的现状、存在问题及发展前景,使他们逐步具备基本的“绿色”理念,能够适应21世纪农业发展的需要。
二、采用灵活多样的教学方法,提高教学质量
1.网络教学辅助课堂教学
随着计算机技术的发展,多媒体教学已成为必不可少的辅助教学手段。多媒体教学对于提高教学质量具有重要的作用,它克服了传统教学模式中的一些弊端,可以使教学内容更加丰富、形象和直观。此外,我们通过建设和使用“无机化学”网络课程,[5]把教学大纲、教学计划、教案、习题、多媒体课件、章节习题、模拟试题、在线自测等丰富多彩的内容材料上网开放,使学生不受时间空间限制,学习更加自由,突破只能上课听讲一种学习方法的限制,变被动为主动学习,有选择、有重点学习,充分调动学习积极性。网络教学平台不但实现教学资源共享,而且把传统的课堂从教室延伸到网络、图书馆、实验室,既扩展了教学时空,同时扩大了教育平台,为学生们自学提供了更为广阔的空间,实现了全方位、立体化、多视角的课程教学新模式。
2.多向交流提高课堂教学质量
课堂教学是大学教育的最基本途径,对大学生创新能力培养具有关键作用。在现行的课堂教学中,大多是教师对全班学生的单向交流,而教师对学生个体的交流以及学生间的交流则较少。学生在课堂教学中始终处于被动状态,没有真正以学习主体的姿态积极主动投入到课堂教学中去,学生的个性和创造性受到抑制。因此使用以师生共同的教学材料为载体,以对话为线索,以创造为主要活动方式的多向交流课堂教学模式是很有必要的。教师要在课前进行教学内容和互动手段的准备,而学生则要复习旧知识,扩大阅读面,对所学内容进行预习和初步思考。师生通过课堂上的语言互动,课堂下的在线答疑、博客等网络手段共同完成多向交流。多向交流教学方法可以提高学生的参与热情,使学生的身心重新返回课堂。
3.总结教学内容规律性,善用归纳和对比
“无机化学”内容庞杂,计算公式繁多而易混淆,元素化学部分缺乏系统性,要想在较短时间内让学生掌握,难度较大。因此在“无机化学”教学中要抓住重点和规律性的内容,并适时归纳和对比,使学生较好地掌握课程内容。例一,U、S、H和G四个状态函数及其变化量是化学热力学研究的重要内容,怎样记住状态函数的特征并与W和Q等过程量进行区分?可以通过口诀帮助学生记住规律,即“状态函数有特征,状态一定值一定,殊途同归变化等,周而复始变化零”。例二,“无机化学”的四大平衡其实都是化学平衡在不同体系溶液中的应用,都是以化学平衡常数来表示反应进行的程度,但针对每种不同体系的平衡特点,平衡常数有不同的含义,求解不同平衡体系各组分的浓度方法都各不相同,通过寻找共同规律,找出各自的特点,最终以图表的形式列出公式,使学生一目了然。例三,元素化学教学一定要以元素周期律为主线,抓住同周期、同主族元素的单质和化合物的性质递变规律。如对角线规则,含氧酸酸性,卤化物的水解性,氢化物的热稳定性及酸碱性等,学生能相对容易地掌握这些内容。此外非金属元素的含氧酸种类繁多,如磷的含氧酸包括H3PO4、H3PO3、H4P2O7、HPO3、H3PO2等,学生很容易混淆它们的名称,更不用谈掌握各自的性质了,因此我们在教学中让学生通过一些规律记忆,如“焦某酸”是两个正酸分子脱掉一分子水得到,“亚某酸”比某酸少一个氧原子,“偏某酸”比某酸少一分子水,“次某酸”中心原子氧化数为+1等,这样学生就能够准确写出各含氧酸的分子式。
4.利用化学史、生活实例及化学前沿知识激发学生学习兴趣
在教学中发现,学生对化学史,化学领域新进展、新成就,化学与日常生活的紧密联系抱有浓厚兴趣。为此,在“无机化学”教学中有意识强化了这些内容,例如讲授人们对原子结构的认知过程时,可向学生介绍从古希腊德谟克利特臆测原子的存在到现在可以通过扫描隧道显微镜看到实空间的原子排布,32岁的德布罗意因在博士论文中阐述了著名的物质波理论而成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者,年仅28岁的丹麦物理学家玻尔与爱因斯坦等学术前辈的大论战促进了量子化学的发展等,使学生了解在科学的道路上总是充满荆棘,只有脚踏实地、勤奋工作、不畏艰险、锲而不舍,才能踏上成功之路。此外在讲授配位化合物的应用时可延伸出与配位化学联系密切的人体微量元素与健康、抗癌药物顺铂的作用机理;在酸碱反应中介绍血液的pH值与人体健康的关系,土壤pH对农作物种植的影响;在沉淀反应中介绍含氟牙膏的奇妙作用;在氧化还原中介绍燃料电池、电解制氢等新型能源技术;在卤素中介绍感光材料、阻燃材料等的应用;在碳族元素中介绍C60的结构及原子簇的概念、温室效应和全球气候变暖对农业生产的巨大影响等。通过这些实例分析和深入浅出的讲解,既满足了青年人对化学世界的好奇心,又拓宽了他们的知识面,教学效果很好。
三、结束语
新的教学理念和方法在东北农业大学应用化学专业“无机化学”理论教学中已实施5 年,取得了一些成效:充分调动了学生学习的主观能动性,激发了学生的学习热情和创新欲望,促进了创新思考;培养了学生自主学习、团结协作的能力,后学课程教师普遍反映学生分析问题、解决问题的能力显著提高。
参考文献:
[1]姚天明,等.工科无机化学教学目标与教学改革初探[J].大学化学,2001,16(3):26-27.
[2]宋继梅,等.优化课程体系培养创新人才[J].大学化学,2009,24
(5):42-45.
[3]胡明星,宿辉.绿色化学理念在高等化学教育中的融入[J].黑龙江高教研究,2009,(7):175-176.
今年六届人大会议期间,电视中报道了这样一条新闻:人大代表、中国科技大学副教授温元凯,利用休息时间来到天津市静海县大邱庄,和振华实业公司经理禹作敏签定了技术合作协定。科大将向大邱庄提供技术援助,科大也将从大邱庄的经济收入中获益。
许多人从电视中看到协定签定的场面都颇为新奇:大学教授怎么成了企业家?当我们带着同样的疑问找到温元凯时,他兴奋地说,这样的协议我已经签过好几次了。科大就是要向这个方向发展,科技人员也要向这个方面发展。面对新的技术革命的来临,面对不可逆转的改革的潮流,更多的人才应该从“书生型”向“企业家型”转化。培养越来越多有开拓精神的“企业家型”人才,已经成为时代的需要。
近年来,温元凯曾应邀到瑞士、西德、比利时、卢森堡、荷兰、英国、美国、意大利等欧美九个国家讲学、访问或作学术报告。在那里他拜访了许多世界第一流的科技大师:丁肇中教授、杨振宁教授,以及国际量子化学权威、法国的波尔曼教授等。他发现这些人大多不是书生型的学者。我们有些作家动不动描写知识分子就是戴个眼镜、呆头呆脑、丢三落四的样子。相反,这些教授大多是开拓型、创造型、企业家型的学者,不但学问好,而且多谋善断,有组织管理才能,善于把科技成果很好地推广和使用。和世界上一些著名科学家的交往,还使他发现,国外许多大学不仅是教育中心、科研中心,而且是经济中心。许多大学成为提供智慧的科学工业源区;许多学者已经走出书斋,成为领导和组织经济活动的企业家。
回国之后,温元凯曾多次应邀到大学和科研单位作报告。他常常深有感触地谈到,随着新的技术革命的来临,我们的经济结构和生产方式正面临着重大的变革。这就需要一大批接受信息快,更新知识快,不仅能在专业上纵向深入,而且具有现代技术经济头脑,能有效地组织科研和经济活动,协调科研、经济、社会诸方面横向关系的企业家型的人才。他认为目前我国企业家型人才还太少。缺乏合格的研究院院长、合格的剧团团长、合格的饭店经理……缺乏一大批合格的企业家、实业家、事业家。
温元凯认为,过去有一种偏向,一提人才就是科学家,一提自学就是数理化。现在应该鼓励最优秀的青年报考经济系、管理系、会计系、法律系。应该向青少年推荐象《超越生命》(注:美国企业家哈默传)这样的写企业家传记的作品。温元凯认为在我们的大学和研究单位中,人才还大多是“书生型”的。他们刻苦勤奋、废寝忘食,一心扑在学习和事业上,很少社会交往和业余爱好,因而缺乏社会活动能力和现代管理知识。有些人虽然也能侃侃而谈,但他们还无以深刻体会现实生活中的各种矛盾。实际工作中的“自由度”,比客厅里空谈时的“自由度”要小得多。
谈到这里,我们请温元凯同志谈谈“企业家型”人才应具有哪些素质。看来,这个问题他已经思考很久了。他一口气提出了“企业家型”人才应具备的七种能力。
—发明创造能力。企业家离不开创新和开拓。有创新精神的人一个共同的特点就是不满足于现状,不满足于前人已经取得的成果,他们总是用新的意识、新的观点去冲击和取代在人们头脑中已经形成习惯的那些旧东西。许立言同志的《创造技法一百种》正在《科学画报》上连载,从这本书中可以看出发明创造是有规律可循的。
—科学研究能力。李政道教授在科技大学讲过:一个人从小学读到大学,一开始是老师提问题要你回答;后来是你提问题请老师回答;大学毕业之后,就应该是自己提出问题自己去回答。所谓科学研究能力,也就是自己提出问题自己去解答的能力。我曾注意过人们头部的侧面轮廊,从眉毛开始到额部再到脑顶部,然后到枕骨部位再下来到后颈部脊椎神经处,这条曲线不就是大问号吗?经过观察、思考、得出结论,那个问号下面的一点不就是思维的结果吗?从天然造型上看,我们的脑袋就是用来提出问题和解决问题的。
—组织管理能力。有的大学生认为自己以后是当工程师,当主治大夫,不想当领导,当头头,要组织能力干什么?这是一种过时的观点。象居里夫人那样在实验室里孤军奋战取得成果的时代已经基本过去了。今天的科学要求不同学科、不同领域的专家密切协作,把他们卓有成效地组合起来,往往能取得更大的成果。国际上发表的科技论文的署名者人数越来越多,进行跨国科学研究的趋势越来越明显。科学技术的发展提示我们,科技组织管理人才比科技人才更加难能可贵。
—获得信息情报的能力。控制论的奠基人维纳说过:要有效地生活就要有足够的信息。今天,看一个人的活动能力,只要看看他的信箱,看看他的信件往来,看看他通讯录里电话号码的数目就可见一斑了。一个人的智力越高,他的信息流通量就越大;信息量越大,所蕴含的主动性和创造性也就越大。获得现代科技和经济诸种信息的一个重要手段,就是要利用电子计算机,它能帮助我们更新获得信息的方法和技巧,获得提供信息的网络系统。
—演说表达的能力。母亲给儿子找对象,常常对人说,我儿子老实,不大爱说话,那意思是说自己的儿子可靠。其实,这种传统观念造就出来那种性格内向、不善言谈的人,是不利于科学事业发展的。在科学探讨和合作的过程中,你要别人理解和赞成你的看法,就要善于表达自己的思想,就要能讲出一番令人信服的道理。
—文字写作的能力。科研要写论文,实验要写报告,技术工程要写方案,宣传和鼓动要能写文章,这些正是我们现在一些大学生一个突出的弱点。
—社交活动能力。“书生型”人才应付考试的本事很大,可一到社会舞台上就寸步难行了。我在国外一家书店里发现一本很厚的教科书,叫《关系学》,作者是一位大学教授。翻开一看,才知道这里包括 “人际关系学”,“公共关系学”等组成部分。原来关系学在现代化管理科学中也是占有一席之地的。如何处理好人与人之间的关系,如何建立一个和谐的工作环境,把这些关系建立在科学的基础上,就可以大大提高我们的工作效率。
讲完这七种能力,温元凯同志说:企业家型人才既是现代高度组织化社会的需要,也是现代高度组织化社会的产物。只要努力学习和实践,注意调整自己的知识结构和性格特点,就会出现一大批企业家型的人才。
谈到这里,我们饶有兴趣地向他:“你是否经历了这样一个由‘书生型’向‘企业家型’的转化过程呢?”他含笑点头道:“有这么一点点”。“我在上大学的时候,也不善言辞,开会很少发言,性格也是内向型的。当我开始走上自己的事业时,我感到合作的重要。我永远也忘不了在上海邻居家的小阁楼里,几个年轻人建立的‘松散的科学联盟’。一支八瓦的管灯,一块桌面作成的黑板,从这小小的‘科学会堂’里走出了一个个人才。近年来,随着改革的步伐,我的视野和活动范围也越来越大了。我要团结更多的人,我要和更多的人合作。为了把科大办成真正的科学工业源区,我们也在办企业、办公司,办一系列开发性的事业。这就是由我兼任经理的科大新技术开发公司,由韩琨总工程师领导的庐光新技术开发公司,同《光明日报》合办的科技经济信息公司,和计算机中心合作的微电脑软件开发公司,和农民合作的民光新技术开发实业公司。这些就是我们大学和产业部门建立的‘神圣同盟’,我们将以此来迎接新技术革命的挑战。”