线上线下混合式实验教学模式的改革与探索

大学化学实验课程是培养材料、化学、化工等专业人才应用基本操作和理论解决实际问题的综合性实践训练环节。文章探讨了当前大学化学实验发展由于受到仪器设备大型化、专业化、成本大、更新快等因素限制出现瓶颈,设计了线上线下混合实验教学模式,进行相应的软硬件建设,并开展线上线下混合式实验教学模式的改革与探索。该教学模式具有良好的教学效果,并且可复制可推广,为创新人才的培养和实验教学的创新提供了有益的借鉴。     

在对比情境中走进真实的化学科学*——高一化学绪言课教学

绪言课的教学效果对于学生后续学习起着举足轻重的作用,基于对高一化学绪言课教学意蕴的分析,选取了历史与现代、生活与科研、国内与国外等多种情境素材,并设计成对比的教学情境,竭力将学生带进真实的化学科学,引领高中化学学习的方向,打开学生的国际视野,培养学生的家国情怀。并结合问卷调查对本节课教学效果进行了反思。     

材料表征方法理论与实践课程的改革与建设*

通过与超星专业慕课制作团队合作搭建网络教学平台,将线上慕课教学与线下实验教学相结合,对材料表征方法理论与实践课程进行了全方位的改革。与传统实验教学相比,改革后的课程不仅能够激发学生的学习兴趣,实现时间空间的相对自由,还可以完善考核机制,提升教学质量,从而为高校化学研究生实验课程的改革提供一定的借鉴意义。     

Quantum algorithm for neighborhood preserving embedding

Neighborhood preserving embedding (NPE) is an important linear dimensionality reduction technique that aims at preserving the local manifold structure. NPE contains three steps, i.e., finding the nearest neighbors of each data point, constructing the weight matrix, and obtaining the transformation matrix. Liang et al. proposed a variational quantum algorithm (VQA) for NPE [Phys. Rev. A 101 032323 (2020)]. The algorithm consists of three quantum sub-algorithms, corresponding to the three steps of NPE, and was expected to have an exponential speedup on the dimensionality n. However, the algorithm has two disadvantages: (i) It is not known how to efficiently obtain the input of the third sub-algorithm from the output of the second one. (ii) Its complexity cannot be rigorously analyzed because the third sub-algorithm in it is a VQA. In this paper, we propose a complete quantum algorithm for NPE, in which we redesign the three sub-algorithms and give a rigorous complexity analysis. It is shown that our algorithm can achieve a polynomial speedup on the number of data points m and an exponential speedup on the dimensionality n under certain conditions over the classical NPE algorithm, and achieve a significant speedup compared to Liang et al.'s algorithm even without considering the complexity of the VQA.     

介观电路中量子纠缠的经典对应

从量子力学诞生日起,它的经典对应(或类比)一直是物理学家关心的话题.本文以介观电路量子化的框架中,带有互感的两个介观电容-电感(LC)电路为例,首次讨论了量子纠缠的经典类比(或对应)问题.先用有序算符内的积分理论证明其互感是产生量子纠缠的源头;再推导出求解特征频率的公式,就发现它与一个经典系统的小振动频率的表达式有相似之处,该经典系统组成如下:两个墙壁各连一个相同的弹簧,两个弹簧之间接着一个滑动小车可以在光滑的桌面上运动,小车挂有一根单摆.用分析力学求此系统的小振动频率,发现与上述介观电路的特征频率形式类似,单摆的摆动会造成小车来回振动,摆、小车和弹簧的互相牵制效应反映了小车和摆的"纠缠".     

数学建模对高中生构建数学底层思维的作用及其教学实施建议

数学底层思维即用数学的眼光观察世界、用数学的思维分析世界以及用数学的语言表达世界,是人们面对自然和社会中纷繁多样的现象和问题时,所展现的自发的、不依赖监督的、融汇数学学科核心素养的思维方式.作为国家高中新课程标准中数学六大核心素养之一的数学建模,是培养学生数学底层思维的良好载体,对人才培养和社会发展均起到良好的促进作用.本文主要阐述了数学建模对高中生构建数学底层思维的作用,并结合教学实例给出教学实施建议.     

“联用技术及元素形态”国际课程探索与实践*

充分利用线上教学的优势,对化学院本科生开设了“联用技术及元素形态”国际课程,避免了传统教学中组织、协调外籍/外地专家资源过程中必要的各种消耗,极大程度地整合教学资源、改善教学效果。在该课程的探索与实践过程中,学生们对痕量元素形态及基于等离子体质谱的各种联用技术产生了极大的兴趣,激发了他们的主动学习热情;教师之间及师生之间的沟通趋向更简单、更灵活、更实时,为后续线上线下混合式国际课程建设提供了良好的基础和借鉴。     

化学类拔尖学生培养与高校青年教师成长协同发展实践*

在高等教育大众化的背景下,通过教学改革培养高素质的拔尖人才已显得非常重要。介绍一种以新入职的青年教师为实施主体的“理论课助教+实验课教学+科研训练”相结合的教学形式。通过连续、跟踪式的教学,不但可以选拔、培养出拔尖的化学类本科生,而且能够促进新入职的青年教师快速成长进步,起到“教学相长”的作用。     

以硅酸盐材料为背景的教学素材开发

针对一线教师在设计硅酸盐材料一课时面对的困难,开发了与陶瓷、玻璃、水泥相对应的石家河红陶杯、洛阳浮法玻璃、白鹤滩大坝等3个教学素材。包含2个原创实验、7个资料、14个原创提问。开发的素材可用于硅酸盐材料高一新授课或以硅酸盐材料为情境的高三复习课中,也可为原创题的命制者提供参考。素材的选择遵循了立德树人的理念,培养了学生的爱国情怀,同时也提升了高级思维能力。     

On the self-similar solution to the Euler equations for an incompressible fluid in three dimensions

The equations for a self-similar solution to an inviscid incompressible fluid are mapped into an integral equation that hopefully can be solved by iteration. It is argued that the exponents of the similarity are ruled by Kelvin's theorem of conservation of circulation. The end result is an iteration with a nonlinear term entering a kernel given by a 3D integral for a swirling flow, likely within reach of present-day computational power. Because of the slow decay of the similarity solution at large distances, its kinetic energy diverges, and some mathematical results excluding non-trivial solutions of the Euler equations in the self-similar case do not apply.