24 大学物理 教学大纲（2）.doc

第1页：物理前沿专题大纲封面

（承上页）1《物理前沿专题》课程教学大纲课程编号：1020122课程名称：物理前沿专题英文名称：SpecialTopiconLatestPhysicsDevelopment课程类型：专业课总学时：32讲课学时：32实验学时：0学分：2适用对象：应用物理专业本科生先修课程：普通物理，理论物理一、课程性质、目的和任务物理学是研究物质的最基本、最普遍的运动形式以及物质的基本结构的科学。物理科学的诞生和发展，几乎与人类认识自然和利用自然的历史共久远。现代物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，包括：高能物理（粒子物理）、原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、原子分子物理、光学、声学、计算物理和理论物理等主体学科以及难以数计的分支学科。物理学内部各个分支学科的渗透和交叉，又产生了许多新的、富有生命力的边缘学科，形成了众多极有发展前途的科学前沿。目前，当代物理学呈现出高速发展的趋势，现代物理学中90%的知识是1950年以后取得的。其发展之快，分支之多，变化之大，已使人们很难及时作出全面的概括。《物理前沿专题》是应用物理专业的一门选修课。通过本课程的教学，使学生了解当代物理学的研究概貌，以及当代物理学前沿的重大课题、成就和应用领域。培养学生的科学思维和科学方法，使学生理解自然界比较完整的物理图象，并对物理系学生进一步选择探索的方向有所帮助，同时也为学生毕业设计和将来的发展奠定基础。二、教学基本要求通过本课程学习，要求学生了解近代物理前沿领域的重大课题、成就和应用的发展动态，对七个重要的前沿领域有一个比较粗略的认识，为今后毕业设计课程的选题奠定基础。三、教学内容及要求

1. 1．当代核物理学的进展1了解核结构与核动力理论进展，包括：①从独立粒子核壳层模型到原子核集体模型；②核结构与核动力学的新进展——IBM理论。2了解核内非核子自由度的研究，包括：①π介子自由度；②夸克自由度；③高能轻子非弹性散射实验——EMC效应。3了解核物质新形态的探索，包括：①重离子核物理；②相对论重离子物理研究；③实验尝试；④奇异核。

2. 2．当代光学进展1几何光学当代理论的建立与发展，包括：①最小作用量原理与初期的几何光学；②经典光线光学的建立；③量子光线力学。2激光及相关光学学科的发展，包括：①波激射器与量子电子学的诞生；②向更短波长进发—

第2页：光学与声学进展

（承上页）2—激光器的问世；③肖洛及激光光谱学的大发展。3了解量子光学研究，包括：①从混沌光场到相干态光场；②压缩态研究；③腔量子电动力学；④超辐射研究。4了解信息光学的大发展，包括：①从电子学到光子学；②光孤子与光孤子通信；③全息光学的兴起。5了解光本性的研究，包括：①光辐射的量子假设；②波粒二象性与德布罗意的位相和谐定律；③对光本性的再认识——从泰勒实验到独立光束实验；④光子成串和反成串效应。

1. 3．当代声学进展1了解现代声学的发展，包括：①声学的研究对象；②声学的研究分支；③现代声学在国民经济、国防及人类日常生活中的应用。2了解超声学及其应用。3了解水声学及其应用。4了解心理声学及其应用。5了解生物声学及生理声学。6了解室内声学及其应用。

2. 4．极其活跃的物理学前沿领域——凝聚态物理学1了解高临界温度超导研究，包括：①高温氧化物超导材料的发现与超导机制的研究；②重费米子体系及其超导电性研究。2了解微结构物理的兴起，包括：①纳米物理学的诞生；②AB与AC效应研究；③纳米科学技术进展。3了解液晶物理学进展，包括：①液晶的早期发现与研究；②德燃纳对液晶基础性研究的贡献；③液晶生物膜研究。4了解有机分子C60研究，包括：①从星际物质研究到C60的发现；②C60结构的确认。

3. 5．聚变物理与等离子体物理进展1了解受控热核聚变研究，包括：早期核聚变研究与劳孙条件；（2）等离子体磁约束；（3）惯性约束系统进展；（4）当前聚变研究的前沿课题。2了解冷聚变研究，包括：（1）冷聚变研究的热潮；（2）关于冷聚变的争论；（3）关于μ子催化冷聚变研究。6、天体物理学与宇宙学的进展(1)了解天体物理学的进展，包括：（1）行星研究的三部曲；（2）恒星层次的研究——天体物理学的建立；（3）玻尔的氢原子模型与天体物理学进展；（4）恒星演化理论与核天体物理学的建立；（5）元素合成理论与天体核反应研究；（6）太阳中微子事件研究；（7）中子星的研究；（8）黑洞物理学的建立；（9）黑洞热力学与黑洞量子力学崛起。(2)了解研究，包括：（1）牛顿引力思想的简短回顾；（2）平方反比定律的检验；（3）等价原理的研究；（4）引力常数的测定；（5）G值随时间变化的研究。(3)了解现代引力理论进展，包括：（1）爱因斯坦前引力理论的回顾；（2）爱因斯坦建立新引力理

第3页：引力宇宙学与非线性物理

3论的最初尝试；（3）物理几何化；（4）引力场方程的提出；（5）引力波研究；（6）引力理论的进展。(4)了解宇宙学的进展，包括：（1）哈勃定律与膨胀的宇宙；（2）哈勃常数值修正的三次高潮；（3）多余天线温度的发现；（4）宇宙微波背景辐射的证实；（5）宇宙标准模型——大爆炸宇宙学的建立；（6）观测宇宙学的进展，暗物质困境；（7）非标准宇宙模型；（8）暴胀宇宙学问世；（9）宇宙学与粒子物理。7、非线性物理学与复杂性研究①了解线性科学向非线性科学的转变；②了解复杂世界中的规整性的发现，包括：（1）孤波和孤子的发现。③了解确定性系统中的混沌现象的研究；包括：（1）古代“浑沌”思想和牛顿的决定论；（2）庞加莱关于三体问题的开创性研究；（3）伯克霍夫的工作与KAM定理；（4）洛仑兹关于气象预报的研究；（5）“蝴蝶效应”和“斯梅尔马蹄”；（6）“周期倍化分叉”的发现；（7）湍流研究和奇怪吸引子；（8）生理混沌的探索。④了解分形与分维研究，包括：（1）分形与“无穷嵌套的自相似结构”；（2）分维概念的提出。⑤了解远离平衡态的自组织开放系统的研究，包括：（1）“时间之箭”的再发现；（2）从伯纳德花纹到化学振荡的发现；（3）耗散结构与自组织理论的提出。8、当代物理学在中国的发展①了解20世纪上半叶中国物理学家的重要成就，包括：（1）力学；（2）相对论、引力论及宇宙论；（3）声学；（4）热学、热力学和统计物理学；（5）电磁学、无线电电子学和微波波谱学；（6）光学、应用光学和光谱学；（7）固体物理学（金属物理学、结晶物理学）；（8）原子分子物理学；（9）原子核物理学；（10）粒子物理学。②了解20世纪下半叶中国的物理学研究，包括：（1）力学；（2）声学；（3）统计物理学；（4）光学；（5）固体物理学；（6）相对论、引力理论和量子场论；（7）原子核物理学；（8）粒子物理学。四、实践环节五、课外习题及课程讨论六、教学方法与手段本课程以讲授为主，主要采用传统板书与多媒体讲授相结合的方法进行教学。七、各教学环节学时分配合计其他实验讨论课习题课讲课教学内容413当代核物理研究进展413现代光学研究进展413现代声学研究进展413凝聚态物理学

第4页：学时分配与推荐教材

4413聚变物理与等离子体研究进展413天体物理学与宇宙学进展413非线性物理学与复杂性研究413当代物理学在中国的发展32824合计八、考核方式本课程为考查科目，考试采用开卷形式，成绩以对某一领域中的研究综述评价论文形式体现。九、推荐教材和教学参考书教材：《大学物理（前沿专题部分）》，蔡枢，吴铭磊编著，高等教育出版社，1998年。参考书：《高能物理入门》，尹儒英编著，四川人民出版社，1979年。《粒子物理学》，章乃森编著，科学出版社，1987年。《红外物理与技术》，徐淦卿，陈珏，程东杰编著，西安电子科技大学出版社。《红外物理学》，陈衡编著，国防工业出版社。《现代声学理论基础》，马大猷编著，科学出版社，2004年3月。十、说明教学内容中的讨论课学时也可集中起来使用，通过让学生针某一专题查阅资料、撰写综述论文，进行课堂专题讨论。大纲制订人：姜根山大纲审定人：阎占元黄明强大纲校对人：姜根山制订日期：2006年6月

本页原文为表格（学时分配），文字提取后列结构粘连，未能安全切分，待人工还原。

第5页：改变世界的物理学封面

5《改变世界的物理学》课程教学大纲课程编号：1020129课程名称：改变世界的物理学英文名称：ReformationalPhysics课程类型：校定公共选修课总学时：32讲课学时：28学分：2实验学时：4适用对象：全校本，专科生先修课程：毛泽东思想概论，信息技术基础一、课程性质、目的和任务性质：当今世界科学技术以前所未有的速度发展，不同学科、不同专业领域相互交叉、渗透和融合的趋势更加明显，“专门化”教育模式越来越显出它的局限性。消除现代文化中的两种文化——科学文化和人文文化——之间的隔阂，加强这两方面的联系刻不容缓。本课程强调全面素质教育，培养和谐发展的人才，加强不同学科、不同专业知识的相互交叉、渗透，是全面发展素质教育的重要一环。物理学是一项智力探险活动，鼓舞着年轻人，扩展着我们关于大自然知识的疆界。物理学能提供未来技术进步所需要的基本知识，还能为科学进步和发明提供所需训练有素的人才。物理学在培养其它学科领域科学工作者的教育中，是一个重要组成部分。物理学还扩展和提高我们对其他学科的理解，诸如地球科学、农业科学、化学、生物学、环境科学，以及天文学和宇宙学——这些学科对世界上所有民族都是至关重要的。同时，物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识，如计算机层析技术（CT），磁共振成像，正电子发射层析技术，超声波成像和激光技术等，改善了我们生活的质量。两千年前，哲学家庄子，“判天地之美，析万物之理”古训激励我们勇攀科学高峰！目的：通过本课程的学习，把大学生领进各个领域的大门；打开大门并送一枚指南针；使之能在物理学展示的五彩缤纷的世界中汲取营养茁壮成长；为将来从事工作打下坚实的基础。学校的目标始终是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是一个专家。应当始终放在首位的，是发展独立思考和独立判断的一般能力，而不应该把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培养内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化。本门课程把通才教育与专才教育密切结合，适应当前教育与社会需求、教育与人的全面发展的需求，适应历史的必然、现实的选择，当代科技加速发展和学科交叉整合的趋势，培养具有创新精神和实践能力的高素质人才，把物理学渗透到文史、经管、法政、商学、医学等各个领域。任务：给学生以准确的知识，并且在基本知识到位的基础上，在内容方面力求新颖，能够反映出21世纪科学技术和文化的最新发展趋势；给学生以智慧和启迪，注重启发思考，激发创造精神；给学生以方

第6页：教学基本要求

6法，努力从死记硬背、应试教育的模式中挣脱出来，给予思维法则的训练和科学方法的熏陶，坚持从个别到一般、从一般到个别的认识规律，演绎与归纳并重；给学生以积极的进取精神，提倡献身科学技术和文化事业的精神，勇于探索，坚持真理，不怕挫折，锲而不舍。二、教学基本要求：结合科学史，了解著名物理学家的创造性思维、承前启后、勇于创新的精神，以及对科学事业的奉献精神；理论联系实际，使文科学生理解物理学对高科技的影响，高科技的应用；培养他们提出问题、分析问题、解决问题的能力；掌握科学研究的方法论和认识论；扩大文科学生的知识面，通过介绍我国在高技术方面的重大成就及我国科学家的贡献，弘扬民族精神，帮助他们树立科学的世界观和人生观。通过本门课程的学习，使文科学生能够认识到物理学既是科学，也是高品位的文化，是每位大学生全面素质修养的重要组成部分。三、教学内容及要求内容：第一章物理学与自然哲学；物理学的认识论、辩证法、真理观和美学第二章牛顿运动定律与万有引力定律；动量守恒原理与火箭的发射第三章能量守恒、角动量守恒与航天器的运动；人造卫星、搜寻地外文明电场、磁场及其规律；法拉第电磁感应定律的建立麦克斯韦电磁理论；电磁波谱、无线电波、广播电视振动、波动，光的干涉、衍射和偏振；微波、雷达及其应用温度、热力学第零定律；热力学第一定律，温室效应热力学第二定律，熵；熵与人口、信息、社会、经济和管理；气体动理论，布朗运动与股票、期权世纪之交物理学的两朵乌云、三大发现；相对论时空X射线的发现及其应用；α粒子散射与原子核的结构光电效应，光的波粒二象性；电子显微镜与隧道扫描显微镜激光与信息存储技术；材料科学与纳米技术物理学与能源科学；物理学与军事科学；物理学与生命科学物理学的明天；物理奥秘的探索——实验；物理学大讨论要求：了解从经典物理学到量子物理学——量子理论的发展历程；认识从宏观世界到微观世界和宇观世界的层次结构；了解简单系统到复杂系统的基本原理。理解物理学的基本概念和规律，掌握物理学的认识论和方法论。四、实践环节参观物理实验中心，包括普通物理实验室、物理演示实验室、专业基础实验室、仿真物理实验室、虚拟物理实验室、物理现象探索研究室、物理实践创新基地。

第7页：课程讨论与教学方法

7开放物理现象探索研究室和物理实践创新基地，选择部分实验项目进行演示和操作。总计2学时。五、课外习题及课程讨论每个学生结合自己专业或自己感兴趣的物理知识或物理规律，展开讨论，探讨选修《改变世界的物理学》的目的；物理学对高新技术的影响；物理学对社会进步和人类文明发展的作用。六、教学方法和手段本课程集专业性与通俗性、科学性与哲学性于一体。引导学生从物理学的研究方法中获得教益，提高他们在将来从事的行业中分析处理问题的能力。方法：以物理学史和自然哲学为主要线索阐明物理学的认识论和方法论；深入浅出地阐明物理学的基本知识，强化实用性和时代性；结合诺贝尔物理奖的历史，介绍物理学及其在现代科技中的应用；介绍物理学与人类文明的进步及社会发展的关系。手段：本课程采用多媒体授课；用大量的图片、动画、影片等音视频技术进行直观教学；以课上演示实验和物理探索研究室进行科学实验和探索。七、各教学环节学时分配合计其他（课外）实验(上机)讨论课习题课讲课44绪论8224力学与太空44热能及其应用624电学与通信44激光及其应用624物理学与科技324424合计八、考核方式采用平时成绩和结课论文相结合的形式。主要考察学生利用所学知识，分析解决实际问题的能力和创新能力；对物理学的认识程度，通过本课程的学习，认识论和方法论的提高程度，科学人生观和世界观的树立程度。对每个学生的上课信息及作业等数据记录，进行汇总，客观、公正、合理地评定每个学生的成绩。九、推荐教材和教学参考书教材：《改变世界的物理学》，倪光炯等编著，复旦大学出版社，1999年。参考书：《文明之源物理学》，吴翔等编著，上海科学技术出版社，2001年。

本页原文为表格（学时分配），文字提取后列结构粘连，未能安全切分，待人工还原。

第8页：参考书目与说明

8《物理科学方法教育》，张宪魁编著，青岛海洋大学出版社，2000年。《物理学的明天》，李申生编著，广西教育出版社，1999年。《身边的物理》，杜建成等编著，中国林业出版社，2002年。十、说明本大纲适用于华北电力大学文理科各专业。随着办学条件和教育经费的投入，我校可以在公共选修课的基础上，为部分专业设为必修课，同时再开出部分面对文科学生的物理实验选修课，其内容以普通物理实验为主，面可以宽一些，技术手段应先进一些，以满足部分文科学生动手能力的需要。学校应积极为部分新开公共选修课，提供部分经费，为资料收集，课件制作创造条件，进一步提高我校公共选修课的广度和质量。大学教育正处于一个不断发展和完善的过程之中。物理系积极开展面向21世纪课程的教学改革研究，在课程设置、教学内容、教学方法和手段等各方面进行了许多探索和尝试；我们将积极进取，将成功的经验应用在教学之中；为我校培养具有开拓精神、创新能力强的高素质人才，也为华北电力大学的腾飞努力拼搏！大纲制订人：刘洋大纲审定人：阎占元曹春梅大纲校对人：刘洋制订日期：2006年6月

第9页：物理技能与创新封面

（承上页）9《物理技能与创新》课程教学大纲课程编号：1020138课程名称：应用物理技术——技能与创新英文名称：PhysicsTechniqueandInnovation课程类型：校定公共选修课总学时：32讲课学时：20实验学时：12学分：2适用对象：本科先修课程：大学物理一、课程性质、目的和任务本课程是培养学生创新能力的一门校定公共选修课。对学生进行树立创新意识、锻炼创新思维、掌握创新方法的教育，从而提高学生的创新能力。学习本课程后，学生能学会从新的视角用新的思维方法观察问题，进行一定的创新设想。在教师正确引导下，可以在课外科技、实践活动或学习、科学研究中有新的提高，甚至产生发明、创造、创新成果。使学生较早地接触科研领域，有机会发挥各自特长，进行科技创新。教学基本要求

1. 1.通过《物理技能与创新》教学活动，使学生树立创新意识，掌握创新的基本理论。

2. 2.通过创新实践，使学生掌握创新思维和创新技法。

3. 3.通过学习和训练，最终使学生将所学知识灵活运用于实践中，提高其创新能力，并在工作、生活和学习中有所发明、创造和创新。三、教学内容及要求第一部分绪论通过本部分的讲授，使学生从创新能力课的开出、我国党和国家领导对创新的重视、知识经济发展的需要等几方面理解创新的意义。第二部分创新的基本知识

4. 1.从感受创新的例题初步了解创新思维中发散思维的特点和应用；了解从不同的视角看问题，会得到不同的结果；了解思维定势影响创新。

5. 2.通过基本概念的介绍，了解创造学的两个基本观点，懂得创造、创新并不神秘，任何人都具有创新能力，而且这种能力通过训练可以开发，增强学生开发自己创新能力的信心。

6. 3.掌握创造、创新的概念，从熊彼特理论中懂得创新的经济学基础。

7. 4.掌握创新思维能力是创新能力的核心。

8. 5.了解构成创新能力的4个组成部分；智力与非智力因素的构成，了解创新活动来自于人的需要。

9. 6.理解动机、意志、个性品质对创新活动的影响。特别注意培养良好的有利于创新的个性品质。使学生能够根据自己的特点，开展创新活动。

10. 7.掌握不同气质的人如何在创新活动中扬长避短，组成团队创新时注意不同气质人员的搭配。

第10页：创新思维教学内容

（承上页）108．通过智力与非智力因素的测试初步了解自己的状况，有目的的进行改善与训练。第三部分创新思维

1. 1.了解思维定势的各种情况，并在创新活动中有意识的努力克服形形色色的思维定势。

2. 2.了解发散思维的概念与特征；理解流畅性是发散思维的基本特性，通过训练能在流畅的基础上培养自己发散思维的变通性与独特性。

3. 3.了解发散思维的各种形式，掌握其中的2—3种并能有意识地用于创新活动。

4. 4.了解收敛思维的特点、作用。

5. 5.通过案例分析及训练学会准确的提出问题。收敛思维与逻辑思维有相似之处，使学生懂得经常在问题似是而非的状况下进行学习与创新，常常产生“失之毫厘，谬以千里”的错误。只有弄清问题才能准确地进行创新课题的研究，才能事半功倍。

6. 6.掌握非逻辑思维（形象思维、灵感思维、直觉思维）是创新思维的重要形式，通过实例、测试与训练，能够运用非逻辑思维进行创新思考。

7. 7.理解逻辑思维对创新的作用，能够运用逻辑思维进行创新活动。

8. 8.掌握思维的奇妙性，只有经常把自己的思维置于有意识、自觉、不胜任的状态，才能不断提出创新课题，开展创新活动。第四部分创新技法通过本部分的讲授，使学生将创新技法与前面讲的各种创新思维方法结合起来，从而能够结合自己的学习、科研实际开展创新活动。

9. 1.了解创新技法的类型。

10. 2.理解核检表法，按照该方法对自己创新的课题提出问题、进行各种调整、改变、扩大、缩小、组合、借用、代替而创造出新的产品、新的方法、新的观念；掌握5W（6W）1H（2H）设问法，学会准确地提问题并解决问题。

11. 3.掌握组合法的原则，能熟练的运用组合法创新。

12. 4.掌握缺点逆用法，能与列举法结合起来，对现成的某产品进行革新。

13. 5.掌握头脑风暴法及其规则，能组织其他人开展头脑风暴法进行创新活动。四、所含实践环节

14. 1.电子元器件及基本电子仪器设备的认识和使用。

15. 2.机械加工基本技巧及机械加工设备的使用。五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，取得更好效果，组织学生进行课外书写阶段总结或撰写小论文。六、教学方法与手段

16. 1.自我测评：通过自测，确认自己实际具有的创新能力水平，对教学活动的有的放矢提供依据。

17. 2.课堂讲授：合理利用各种教学媒体，适当采用讨论、辩论式学习。

18. 3.创新基地实践：为取得更好效果分小班进行，每次15－20人。七、各教学环节学时分配

第11页：创新实践学时与考核

11合计其他实验讨论课习题课讲课22绪论22创新的基本知识826创新思维624创新技法22测试与训练1212创新实践32212414合计八、考核方式创新设计，测试与训练，期末考查（创新实践成果及小论文）相结合。九、推荐教材和教学参考书教材：《创新能力教程》，唐殿强主编，河北科学技术出版社，2005。参考书：《创新思维学》，孟昭信孟宪玲编著，中国科学技术出版社，1998年。《创新能力培训教程》，张立中主编，中国统计出版社，2002。大纲制订人：李琦大纲审定人：阎占元曹春梅大纲校对人：李琦制订日期：2006年6月

本页原文为表格（学时分配），文字提取后列结构粘连，未能安全切分，待人工还原。