量子化學和量子力學的關系精選(九篇)

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第1篇：量子化學和量子力學的關系范文

摘要：本文針對大學化學的學科特點，從四個方面探討了量子化學計算軟件在大學化學教學的應用實例。運用形象直觀的量子化學軟件，結合多媒體教學手段，將枯燥、深奧、抽象的化學知識和概念以一種形象、生動、直觀、立體的形式呈現出來，幫助學生建立形象思維，使學生進入一種喜聞樂見、生動活潑的學習氛圍，從而開拓學生思路，激發學生學習興趣。結果表明，該方法對激發學生學習化學的興趣具有顯著的促進作用，取得了良好的教學效果，同時也豐富了大學化學課程的教學方法。

關鍵詞：量子化學；密度泛函理論；計算化學；Gaussian 09

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0176-04

傳統的化學是一門實驗科學，它的發展已經經歷了幾千年的時間。發展至今，化學科學已經成為了包含有機化學、無機化學、物理化學、生物化學、分析化學、實驗化學、理論化學、應用化學、精細化學、材料化學等眾多子學科的中心學科。在大學化學基礎理論的教學中，涉及很多抽象的化學知識和概念，比如原子、分子及晶體結構等，無法通過肉眼進行直接觀測，而且微觀結構難以用宏觀模型進行科學的描述。傳統的教學模式很難滿足學生學習化學的需求，這就需要引入新型的先進教學方法和手段。上個世紀20年代開始形成了一門新的化學子學科――量子化學。量子化學是用量子力學原理研究原子、分子和晶體的電子層結構、化學鍵理論、分子間作用力、化學反應理論、各種光譜、波譜和電子能譜的理論，以及無機和有機化合物、生物大分子和各種功能材料的結構和性能關系的科學[1]。理論與計算化學能滲透到化學領域的很多方面，與其他學科交叉，并形成了很多分支學科，例如：物理化學方面，我們可以通過量子化學方法計算分子的熱力學性質、動力學性質、光譜性質、固體的化學成鍵性質等，從而形成了量子電化學、量子反應動力學等子學科；在有機化學方面，可以通過量子化學計算預測異構體的相對穩定性、反應中間體性質、反應機理與譜學性質（NMR，ESR…）等，因而衍生了量子有機化學；在分析化學方面，可以借助于計算化學進行實驗光譜的解析等；無機化學方面，可以進行過渡金屬化合物的成鍵性質的解析等，并形成了量子無機化學；在生物化學領域中，也可以通過理論計算研究生物分子活性中心結構、結構環境效應、酶與底物相互作用等，并逐漸產生了量子生物化學。隨著計算量子化學方法與計算機科學的發展，本世紀有望在復雜體系的精確量子化學計算研究方面取得較大進展，從而更好地從微觀角度去理解和預測宏觀化學現象。本文通過四個教學實例，運用形象直觀的量子化學軟件，結合多媒體教學手段，將枯燥、深奧、抽象的化學知識和概念以一種形象、生動、直觀、立體的形式呈現出來，幫助學生建立形象思維，使學生進入一種喜聞樂見、生動活潑的學習氛圍，從而開拓學生思路，激發學生學習興趣。結果表明，該方法對激發學生學習化學的興趣具有顯著的促進作用，取得了良好的教學效果，同時也豐富了大學化學課程的教學方法。

一、常用量子化學軟件Gaussian/GaussView簡介

Gaussian軟件是一個功能強大的量子化學綜合軟件包，它可以在Windows，Linux，Unix操作系統中運行，是在半經驗計算和從頭計算中使用最為廣泛的計算化學軟件之一。該軟件可以計算分子的能量和結構、鍵和反應能量、分子軌道、原子電荷和電勢、振動頻率、紅外和拉曼光譜、核磁性質、極化率和超極化率、熱力學性質、反應路徑等。該軟件的量子化學計算可以對體系的基態或激發態執行，可以預測周期體系的能量，結構和分子道。因此，Gaussian可以作為功能強大的工具，用于研究許多化學領域的課題，例如取代基的影響、化學反應機理、勢能曲面和激發能等等，因此我們可以從微觀角度去理解和預測很多宏觀的化學性質及現象。Gaussian計算軟件經常與相應的可視化軟件GaussView連用。目前Gaussian軟件的最新版本是Gaussian 09[2]。

二、量子化學理論及軟件在大學化學教學中的應用實例

1.分子穩定性預測。1，3-丁二烯分子中的碳-碳單鍵能夠自由旋轉，因而理論上可以形成順式和反式異構體。那么兩種異構體的熱力學穩定性如何？我們可以通過理論計算給出合理的預測。運用密度泛函理論（density functional theory，DFT），在B3LYP/6-31G*水平，我們分別優化了順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的幾何結構，并做了頻率分析。頻率計算無虛頻，說明所得到的順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯均為最小點。圖1給出了B3LYP/6-31G*優化得到的順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的幾何結構和相對應的分子的能量。理論計算結果表明，相對于順式1，3丁二烯的能量，反式1，3-丁二烯的能量大約低3.55 kcal/mol，所以反式1，3丁二烯的熱力學穩定性更強，這就解釋了為什么實驗上沒有發現順式-1，3丁二烯構象的存在。

2.分子的紅外吸收光譜和振動模式。將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，據此可以對分子進行結構分析和鑒定。紅外光譜法的工作原理是由于振動能級不同，化學鍵具有不同的頻率。因此，通過理論上的頻率計算，就可以相應地得到分子的紅外吸收光譜，并可以與實驗得到的紅外光譜進行比較。以最常見的H2O為例，基于水分子穩定點，通過DFT理論，在B3LYP/6-31G*水平計算了H2O分子的頻率，并得到了相應的紅外光譜圖。如圖2所示，在計算的水分子的紅外光譜圖中，一共有三個吸收峰，理論值與實驗值（括號內的數值）是一致的。并且按照波數從小到大，分別對應H2O分子中O-H鍵的三種振動模式，分別是剪式振動，對稱性伸縮振動，非對稱的伸縮振動模式。通過理論計算和圖形界面的動畫演示，有利于加強學生對紅外光譜的理解。

3.苯的前線分子軌道。分子軌道理論是結構化學教學的重點和難點內容之一。分子軌道理論是指當原子組合成分子時，原來專屬于某個原子的電子將在整個分子范圍內運動，其軌道也不再是原來的原子軌道，而成為整個分子所共有的分子軌道。關于分子軌道的概念非常抽象，單純從理論和數學的角度學生難以理解[3，4]。如果能夠結合量子化學軟件將分子軌道圖形化，有助于學生深入理解該理論。以苯分子的分子軌道計算為例，簡單說明量子化學在結構化學教學中的應用。苯分子中有6個碳原子，6個π電子。這6個π電子雜化成6個π型分子軌道，其中三個成鍵軌道三個反鍵軌道。圖3是通過Gaussian 09軟件，在B3LYP/6-31G*水平計算得到苯分子的所有π型軌道，并通過GaussView可視化軟件，將這6個π軌道顯示出來。從圖3中可以看出，這6個π型分子軌道的節面數分別是0，1，2或3。這6個π型軌道共有四個能級，節面為1和2的分子軌道，分別有兩個簡并能級。

4.溶劑化顯色效應的模擬及其機理解釋。溶劑分子能引起溶質吸收帶的位置，強度，甚至譜線形狀的變化[5]。這種現象稱為溶劑化顯色現象。在從微觀結構研究溶劑對噻吩類化合物結構及性能影響方面，理論計算起著越來越重要的作用。圖4（a）展示了含時密度泛函（TD-DFT）方法計算得到的齊聚噻吩的吸收光譜圖，譜線按Lorentzian線形展開，從氣相到強極性的水溶液，聚噻吩的吸收光譜發生了紅移現象，與實驗現象一致。根據Frank-Condon原理，垂直激發通常伴隨著電荷的重新分布，因此激發過程可能會導致溶質偶極矩和能量發生變化。基于此，我們采用完全活性空間自洽場方法（complete active space self-consistent field）CASSCF（12，10）/6-31G*方法分別計算了二噻吩氣相與溶液中基態和第一單重激發態的能量。如圖4（b）所示，隨著溶劑極性的增加，基態和激發態能量均隨著溶劑極性增加而降低，但是激發態的能量降低的比基態的能量降低的要多一些，從而從本質上解釋了噻吩吸收光譜發生紅移的原因[6]。

運用量子化學計算軟件Gaussian 09和可視化軟件GaussView，結合多媒體技術，將大學化學教學中抽象難懂的化學知識以一種形象、直觀、易于理解的形式呈現出來，有利于學生更加深入形象地理解化學知識，還能提高學習效率，對激發學生學習化學的興趣具有顯著的促M作用，取得了良好的教學效果，同時也豐富了大學化學課程教學的方法。

參考文獻：

[1]Lewars，E. Computational Chemistry-Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics，Kluwer Acadamic Publishers：New York，Boston，Dordrecht，London，Moscow，2004：1-5.

[2]Frisch，M. J. et al.，Gaussian 09，Revision A. 02，Gaussian，Inc.，Wallingford，CT，2009.

[3]李延偉，姚金環，楊建文，申玉芬，鄒正光.量子化學計算軟件在物質結構教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2012，（5）.

[4]劉楊先.量子化學Gaussian軟件在“燃燒學”教學中的應用[J].課程教材改革，2012，（19）：41-42.

第2篇：量子化學和量子力學的關系范文

關鍵詞： 結構化學；教學效果；探索與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）16-0256-02

0 引言

結構化學作為普通高校化學專業的重要基礎理論專業課，此課程是以量子力學和現代分析測試儀器為理論和技術基礎，研究原子、分子以及晶體的微觀結構、運動規律和結構與性質之間的關系的一門學科，這門課的核心內容包含兩部分內容-電子結構和空間結構，前者研究描述電子運動狀態的波函數，后者主要是分子和晶體在空間的排布情況；一條主線為結構決定性質[1-3]。量子化學是結構化學的理論基礎，它有固有的不可避免的數學結構，還有很多復雜抽象的哲學概念，因此很多學生感到難學，容易喪失結構化學學習的興趣。所以，本文針對課程特點，在總結結構化學教學經驗基礎上，探索教學方法，提高學生積極性，提高課堂教學效果。

1 教學與學科發展史相結合

量子力學雖然是結構化學學習的理論基礎，但并不是主要內容，在課程上只是用量子力學引出對結構化學非常重要的新概念，例如原子軌道、分子軌道、能級等，從微觀世界解釋或預言化學問題，但根本不會把課程深入到量子力學的叢林中。所以在課程開篇時讓學生了解量子力學發展史上一些事件，接受量子概念，理解化學問題，從而學到科學方法論。

例如在課程開篇前介紹課程大致框架，介紹結構化學發展史與諾貝爾獎，通過諾貝爾獎獲得者的簡介讓學生了解結構化學發展史，從而吸引學生學習興趣。在介紹19世紀末經典力學時，引入開爾文在新年獻詞中的話-物理學上空飄著兩朵烏云：Michelson-Morley實驗和黑體輻射，吸引學生們的學習興趣。在后期教學中，向學生介紹德布羅意：他大學學習歷史畢業后受哥哥影響對物理發生興趣，一戰后隨朗之萬攻讀博士，在博士論文里面提出的理論揭示了光子和物質粒子之間的對稱性，并得到了愛因斯坦的肯定，在1929年獲得諾貝爾獎。通過德布羅意的簡介告訴學生興趣是最好的老師，學習結構化學也是如此，從而克服學生畏難情緒。

另外，在教學中根據學科發展，適時增加教材中沒有的學科前沿熱點和動態，學生反饋意見表明，通過教學與學科發展史相結合、課堂與學科前沿相結合的講授方式，使學生學到基礎知識同時，又能知道課程知識與科研之間的聯系， 激發了學生們的學習興趣和從事科研的熱情。

2 課堂教學注重準確性和條理性

由于結構化學的課程特點，教師講授過程中如果稍有疏忽，容易導致學生繼續學習的興趣下降。所以，在授課過程中不能照本宣科，不能照著PPT課件念，必須對于基本概念基本理論要有準確的描述和解釋，不能模棱兩可。很多的數理推導貫穿于結構化學課程中，但是對于這些推導過程并不要求學生掌握，但是教師也不能避而不談，必須講清楚詳細的推導過程，讓學生知道來龍去脈，從而學生才能更好的掌握和理解這些結論。例如在講解單電子原子的Schr dinger方程及其解這一節時，先給學生簡單介紹氫原子體系薛定諤方程的處理，在變數分離以后得到三個方程，從而根據方程的邊界條件引入三個量子數，讓學生明白根據三個方程分別得到的是哪些量子數，這樣學生對量子數就有了清晰的認識，再結合無機化學課程里面的知識，對下一節量子數的物理意義就有了很好的認識。

3 理論聯系實際，注重能力培養

結構和性能的關系是結構化學課程的一條主線，雖然本課程理論性很強，但是還是有實驗和技術基礎的支撐。在課本第四章分子的對稱性理論課結束后增加1-2周的模型實習，給出第四章課本出現的分子的球棍模型，讓學生了解其對稱性，讓后將分子拆開后再組裝起來，通過這種練習加深學生對分子對稱性的理解。另外，基于學校的科研平臺，讓學生參與教師的科研課題中來，在儀器的使用實驗過程中，將所學知識用到實際操作中，學會處理數據，將所學知識應用到實踐中，加深對課程知識的理解，加深學生科研能力。實踐表明，化學專業部分學生通過這個過程提高了動手能力，在研究生面試實驗環節以及中學教學中都取得了很好的效果，部分研究生總體面試成績還是名列前茅。

4 充分利用多媒體教學手段輔助教學

隨著科學技術的發展，計算機在各個領域得到了廣泛的應用，各個學校均使用了多媒體教學。可以把大量知識點列于幻燈片中，通過教師講解框架結構，讓學生充分理解課程知識點之間的聯系，加深對知識的掌握。結構化學是在微觀層面研究原子、分子以及晶體的結構和性質。傳統教學沒有直觀演示，學生會剛拿到枯燥無味，難以理解結構和性質之間的內在關系。因此在教學中我們用Chemwindow6.0，Origin 7.5，Flash等軟件制作原子軌道線性組合成分子軌道動態圖、分子的三維空間結構圖，晶體結構圖，使得抽象變得具體，更直觀更清晰地展示出分子的三維空間結構圖，讓學生在短時間內獲得大量知識，從而提高了教學效率。

5 課程教學與練習同步

在課程教學前，教師可以提前制作結構化學題庫，題庫內容應每章節的知識點，主要題型為選擇題、判斷題、填空題、問答題和計算題。在每一章教學中和結束后，始終貫穿著練習，隨時把握學生掌握情況，及時解決學生出現問題。考核學生掌握情況可以包括課堂提問和發問，課后作業以及每章從題庫抽取的練習題測試等多種形式，在教與學中把“過程”和“終結”有機結合起來，例如在講授完量子數意義后，引入一道化學奧賽題：假如某星球的元素量子數服從下面限制：n為正整數；l=0、1、2……；m=±l；ms=+1/2，那么在這個星球上，前4個惰性元素的原子序數各是多少？在解這樣的題中讓學生學會活學活用。總之，采用引起學生注意、提供學習的指導、后期反饋等一系列環節，學生的學習興趣提高，學習效果有很大的改善。

6 小結

在結構化學教學中，通過以上幾種方法的有機結合，學生教學評價最多的是學習主動性顯著提高，興趣有很大提高，課堂氣氛活躍。學生自己獲取和應用知識、解決課程問題能力有了很大的提高，學生也不再感覺“結構學習如登天”、“結構不再是噩夢”。

參考文獻：

[1]周公度，段連運.結構化學基礎（第四版）[M].北京：北京大學出版社，2008.

第3篇：量子化學和量子力學的關系范文

結構化學是用現代物理化學實驗方法和量子力學原理，在原子―分子水平上研究物質分子構型與組成的相互關系及其結構與性能之間關系的一門科學。由于這門課數理推導多、概念抽象，好多學生在學習本課程時都有畏難情緒，學習此課程的自信心不足。隨著計算機技術及互聯網的進步，將計算機軟件用于輔助結構化學的教學日益受到老師們的重視。美國劍橋軟件公司研制的Chem 3D Ultra11.0是當前結構化學教學中常用的編輯軟件。Chem 3D Ultra11.0軟件可編輯各類十分復雜的結構化學中的結構式、檢查分子結構的合理性以及立體化學的空間表達，還可以精確表達有機物分子中指定官能團部分的多種光譜，并且還能繪制DNA的分子螺旋結構，預測分子的某些常見分子軌道。Gaussian是化學領域進行半經驗計算和從頭計算中使用最廣泛的量子化學軟件。Gaussian可用于研究分子能量和結構、化學鍵和反應能量、過渡態能量和結構、原子電荷和電勢、紅外和拉曼光譜、分子軌道、極化率和超極化率、振動頻率、核磁性質、反應路徑、熱力學性質等，是研究取代反應、反應機理、勢能面和激發態能量的有力工具。Gaussian View是專門為Gaussian用戶開發的，幫助建立輸入文件和查看輸出結果而設計的圖形用戶界面程序。

一 Chem 3D Ultra在前線分子軌道理論教學中的應用

前線分子軌道理論是日本理論化學家福井謙一成名的理論，這一理論將分子中的單電子波函數根據能量細分為不同能級的分子軌道，該理論認為有電子排布的、能量最高的分子軌道（即最高占據軌道HOMO）和沒有被電子占據的、能量最低的分子軌道（即最低未占軌道LUMO）是決定一個體系發生化學反應的關鍵。在以往的結構化學教學過程中，分子軌道主要由教師手繪，非常費時也不嚴謹。Chem 3D Ultra11.0經過計算模擬后可顯示全部分子軌道圖像，在教學中非常明了直觀。例如，在Chem 3D中首先可以方便地繪出乙烯分子的結構圖，從結構圖中很容易看出乙烯分子的6個原子處在同一平面上，屬于D2h分子點群。通過[Calculations]計算完以后，我們就可以通過[Surfaces]顯示如圖1的前線分子軌道圖，其中HOMO是p成鍵軌道，LUMO是p反鍵軌道。用Chem 3D軟件顯示出的分子軌道，學生很容易理解。用同樣的方法我們也可以方便地得到其他分子的軌道圖。

二 Gaussian View在分子光譜教學中的應用

分子的紅外光譜起源于分子的振動基態 與振動激發態 之間的躍遷。只有在躍遷的過程中有偶極矩變化

的躍遷，即 不為零的振動才會出現紅外光譜，

這稱為紅外活性。在振動過程中，偶極矩改變大者，其紅外吸收就強；偶極矩不改變者，就不出現紅外吸收，為非紅外活性。用Gaussian程序，在B3LYP/6-311++g（2d，2p）水平上優化得到H2O的最小能量結構，并且

* 榆林學院精品課程項目（編號：JP1302）、榆林學院發展專項資助項目（編號：HGY2015-3）

做FREQ頻率分析，然后用Gaussian View程序顯示，可得圖3，即H2O的紅外振動光譜圖。為了顯示H2O的3種紅外振動模式的動畫形式，首先用Gaussian View打開H2O的out文件，然后點擊[Results][Vibrations][Start]，即可顯示動畫形式。從動畫、圖2及圖3可以看出，對稱伸縮偶極矩變化不大，所以它的振動強度（Intensity）就非常小，其他兩個振動，振動強度比較大。非常直觀明了，學生通過看動畫很容易理解深奧的理論。

三 鍵級的計算

在結構化學教學中，我們常常通過對分子的結構進行分析來解釋或預測化學反應的性質，這也是結構化學的重要應用之一。比如在結構化學教學中求解得到的電荷密度、鍵級、自由價和分子圖等概念可以用來解釋分子的活性位置、說明化學反應的過程和機理，也可以用來解釋分子的動力學行為等。但如果我們要得到自由價、電荷密度和鍵級的值，首先要利用休克爾分子軌道理論法求解不飽和分子的薛定鄂方程，然后根據課本上的公式進行計算，整個過程非常復雜，也比較繁瑣，一般在課堂上由于時間較短很難做到。而Gaussian提供了簡易的計算程序，只要在優化好的分子上并加上關鍵詞iop（6/80=1）即可得到分子的Mayer鍵級。如圖4，就是在B3lyp/6

-311G*水平上優化好分子后得到的1，3-丁二烯的Mayer鍵級，從圖中可以看出，C1和C2及C3和C4之間的鍵級較大，而C2和C3之間的鍵級較小，從而可以解釋為什么1，3-丁二烯的加成反應發生在1，4位而不是2，3位；C1和C2的鍵長小于C2和C3的鍵長，等等。

第4篇：量子化學和量子力學的關系范文

關鍵詞：學科交叉；理論優位；實踐轉向；默會；介入

        一、學科交叉現有理解的科學哲學背景

        一個學科的理論是另一學科的理論基礎；兩個學科的理論可以結合而發展出新的理論。我們通常在理論角度理解學科交叉。例如，量子化學是以量子力學為理論基礎應用于對化學過程的解釋。

        我們在實驗、儀器、技術等角度也看到過學科交叉。x射線衍射方法對dna結構的發現有極為關鍵的作用。但通常理解這是生物學研究中應用了物理學的結果。這種理解背后暗含的還是學科理論間的結合。

        我們還往往通過回溯去理解學科交叉。當科學成果出現后，回顧科學史發現有學科交叉的重要作用。這樣，我們在科研過程中難以意識到存在哪些交叉的可能，限制了我們有意創造機會各異的學科交叉。

        我們對學科交叉的這些理解有它的科學哲學背景。從邏輯實證主義出現，無論批判理性主義還是范式（paradigm）理論等等，所有傳統科學哲學都采取了理論優位的觀點。ssk強綱領以種種社會利益因素解釋科學活動[1]的社會學研究進路雖然對前述科學哲學形成強烈沖擊，但它只是將科學理論以自然為基礎轉變為以社會為根源，并未改變理論優位的立場。

        只關注科學的理論形態是理論優位的傳統科學哲學和ssk的一個共同特點。除此之外，它們都試圖在理論上為科學尋找普適性的所謂合理性與方法論，而忽略科學研究的具體過程和歷史軌跡。由此又可以得出傳統科學哲學和ssk的另一個特點：忽視對科學研究過程做科學哲學上的研究。

        理論優位的科學哲學忽視了對科學研究過程的研究，也就看不到科學研究中儀器、技術、實驗、研究者、財力、政治等等諸多因素的相互牽制與促動，也不認為科學是自然、理論、儀器、解釋等諸多方面巧妙組合出的“自我辯護（self-vindication）”[2]。古丁（d. gooding）感言“主流科學哲學……沒有一次涉及實驗過程（experimentation）”[3]。

        科學哲學體現的是科學觀。我們從理論角度對學科交叉的理解來自理論優位的科學哲學背景。對這一狀況的扭轉需要我們進入科學哲學的實踐視野。

        二、 一些科學實踐哲學觀點

        隨著科學哲學的實踐轉向，一些頗有見地的觀點出現。

        哈金（i. hacking）認為科學是人介入（intervening）其中的過程[4]，科學是儀器、解釋、自然、理論等等“彼此培育”出的“自我辯護”[2]。皮克林（a. pickering）認為科學是各種異質要素沖撞（mangle）的筑模過程（modelling）[5]。古丁（d. gooding）將“觀察的精細結構中手、眼與腦的相互結合”[3]總結為實驗實踐的兩個特征之一。勞斯（j. rouse）認為“范式首先不是獲得認同的理論立場，而是……獲得和應用一種技能”[6]。“科學研究……根植于對專門構建的地方性情景（典型的是實驗室）的技能性把握”[6]。伽利森（p. galison）認為科學存在儀器、理論、實驗等亞文化，這些傳統不是同時轉換而是相互交叉與重疊[7]。其中一個傳統（例如理論傳統）出現斷裂并不影響其它傳統的連續。

        科學是處于不同社會領域的眾多參與者共同活動的綜合結果，邊界對象（boundary objects）[8]和標準化整合（standardized packages）[9]揭示了科學研究的這一特點。“邊界對象處于幾個不同的社會領域的交界面上……邊界對象的可塑性足夠適合采用它們的幾個不同團體的地域需要與限制……還足以充分維持著一種跨越不同場所的公共認同性”[8]。可塑性意味著不同社會領域、不同團體在不同場景中研究同一個被稱作邊界對象的東西，在不同場景中對邊界對象雖有不同理解，但它適合于各個場景。標準化整合則是由科學理論和被標準化了的技術組成，由于它們被不同社會領域成員的共同采用才建構出科學。

        上述這些觀點都體現出對科學研究過程的關注。它們不是單純把科學看作知識體系，而是把科學看成一個實踐過程。它們不是把科學看作理論的轉換與延續，而是不同文化傳統的融合與演進。它們認為科學已經沒有嚴格的“內”“外”之分和學科界限。它們看到的是科學活動過程中各種異質要素的相互沖撞與耦合；看到的是研究者的技能和人介入到不同的研究情景（context）之中；看到的是理論、儀器、技術、實驗、相應解釋、社會利益、文化傳統等各個方面的相互牽動。科學的這些異質性和相應的復雜性，為我們展示出學科交叉的多樣性與豐富性。

        三、科學實踐哲學對學科交叉的新理解

        （一）多種可能的學科交叉

        科學研究是各種異質要素的沖撞過程。

這些異質要素來自儀器、實驗、技術、理論、假設、社會利益、文化傳統、觀念、自然、物質條件、人的技能等諸多方面。這樣，學科交叉就不是一種可能，而是在各種異質要素的牽動中出現多種可能的交叉。伽利森的亞文化傳統相互重疊本身也意味著不同文化傳統之間存在的交叉。邊界對象和標準化整合本身就是不同研究領域間的交叉帶。科學實踐哲學凸顯了我們以前沒有直接揭示的學科交叉新形式。

       在不同于理論優位的實踐視野中，儀器、方法、實驗、技術、背景理論、研究指向、解釋性理論等等之間可以存在交叉。例如同一學科中在它所關注的同一研究問題上可能涉及不同的技術，從而形成不同的交叉。同是粒子物理中探測中微子，采用電子學探測器時涉及到電子技術和計算機數據處理技術。同樣問題上，對探測器中的水進行純化或從四氯化碳液體中提取出中微子的反應產物，利用的是化學工程的提純技術。這兩種方式都涉及技術因素，都形成技術與研究指向之間的交叉，但顯然是不同的交叉形式。

        學科交叉也可以出現在不同亞文化之間。例如粒子物理探測中曾有圖像和邏輯兩種亞文化傳統[7]，現在的粒子物理探測器多是大型譜儀。大型譜儀既獲得邏輯信號（即數字信號）也獲得圖像信號，這些信息由計算機進行數據重建。數據重建時，對采集的圖像信號也經過計算機的邏輯電路進行處理，對采集的數字信號（即邏輯信號）也可以生成可見圖像。邏輯傳統與圖像傳統交叉于同一套儀器的同一次探測過程中，并且這種交叉是必須進行的，否則我們無法獲得對粒子事件的探測和理解。

        （二）科學活動中人的介入與學科交叉

        科學實踐哲學的獨到視點是看到了科學研究中研究者的技能（craft knowledge）和默會（tacit knowledge）。這樣，研究者把一個學科中習得的默會、技能帶入了另一學科中也可以形成學科交叉。科學哲學實踐視野還看到了傳統的融合。這都使我們對學科交叉有了新的理解。如何進行文化傳統的融合，如何在新的領域運用研究者的默會與技能，在這些方面的適當把握可以促成新的交叉。

        為解決色散對短周期脈沖星觀測的制約，赫爾斯（r. a. hulse）發展了消色散算法[10]。實際應用時，必須運用自己的默會與技能判斷觀測結果。對消色散算法的運用又發展了他的技能。他憑借這種技能，通過觀測數據判斷發現了脈沖雙星，這一判斷又需要把電子學信號處理傳統與天體力學數據處理傳統相融合。在此基礎上，他又運用射電手段檢驗引力波。這是在射電觀測的新情景中應用已有的傳統和技能。他因發現脈沖雙星并檢驗引力波而獲諾貝爾物理學獎，必有這些交叉的貢獻。

        （三）邊界對象和標準化整合帶來的新思考

        邊界對象和標準化整合都是由不同社會領域的不同學科所共同關注并建構而成的。邊界對象使得對它有興趣的不同領域間相互招募，標準化整合則是不同研究領域共同構筑和認可的一致標準。

        由于不同領域對它們的共同興趣，使得我們既要考慮學科交叉的可能，也要考慮交叉的結果。考慮可能意味著其它相關學科也會關注同樣的問題，只是方法、側重點、利益不同而已。考慮結果意味著該研究問題對其它學科的可接納性，因為這關系到能否形成標準化整合而使研究結果得到共識。這種新特點與理論優位看待學科交叉非常不同，應當引出對學科交叉與以往不同的自覺性。

        各種各樣的學科交叉就存在于豐富而復雜的科學研究過程中，關鍵是我們能否意識到它們，是否獲得了在各種可能的方式上學科交叉的自覺。 

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