高等學校物理學本科指導性專業規范目 錄

一、制定本專業規范的指導思想和基本原則

1.指導思想

2.基本原則

二、物理學本科專業的學科基礎

1.物理學科概況及歷史沿革

2.物理學與相關學科的關系

三、物理學本科專業的培養目標

四、物理學本科專業的培養規格

1.素質要求

2.能力要求

3.知識要求

五、物理學本科專業的教學內容

1.物理學本科專業知識體系

2.相關基礎學科知識體系

3.專業實踐體系

4.創新訓練

六、物理學本科專業的課程體系

1.必修課程

2.選修課程

3.專業實踐環節

七、物理學本科專業基本教學條件

1.師資隊伍

2.教材

3.圖書資料

4.實驗室

5.實習基地

6.教學經費

八、附錄

附錄A 基本知識體系

1.基本理論知識體系

2.物理實驗知識體系

附錄B 部分專業必修課程描述

隨著我國高等教育規模的不斷擴大和人才需求結構的變化,高等學校物理學本科專業人才的培養模式和方法有了很大的變化。為了進一步加強全國高等學校物理學本科專業建設,規范物理學本科專業教學,教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理學類專業教學指導分委員會根據教育部高等教育司的要求,重新制定物理學本科指導性專業規范,以適應我國高校物理學本科專業人才培養的需要。

一、制定本專業規范的指導思想和基本原則

1.指導思想

根據物理學發展的現狀和社會經濟發展對物理人才需求,努力把近年來取得的教學和科研重要成果納入到本科專業教學中,以提高物理學專業教學質量,促使創新人才的培養。

本指導性專業規范僅規定本科教學內容和教學質量應當達到的最低要求,包括物理學專業本科學生應該學習的基本理論、基本技能和基本應用等方面。不同層次的學校可以在這個最低要求的基礎上增加各校的要求,制定相應的教學質量標準,以符合各自的辦學定位,體現特色。為了有利于各個高校自主辦學,在專業方向的設置上,本規范未作具體規定,各校可根據自己的辦學定位、專業特色和社會對人才知識結構的需求自行確定。

2.基本原則

(1)規范性與多樣化相結合。既嚴格規范基本要求,又留出較大的自主設計空間,以體現風格各異的辦學特色,適應培養多種類型人才的需要。

(2)拓寬專業口徑。做到“科學基礎深厚,學科支柱堅實,專業特色鮮明,鼓勵學科交叉,適應不同領域”。

(3)規范內容最小化。本規范只規定我國高等學校物理學專業本科學生必須掌握的基本理論、基本技能和基本應用,在此基礎上建議相應的授課學時或學分控制范圍。

(4)最低標準。對教學所需的軟、硬件條件規定最低合格標準,以保證物理學專業本科教學水平整體滿足基本的質量要求。

(5)因材施教。為學生進一步拓寬知識領域、加深理解、提高能力、自主學習和自主研究提供盡可能好的環境和多種選擇。

本規范給高校教學改革留出空間,以利于分類指導,使本指導性專業規范具有普遍的指導意義和可操作性。應該特別指出,本規范只是物理學本科教學的最低要求,各校可以根據自身條件,超越本規范要求,進一步提高教學質量。

二、物理學本科專業的學科基礎

1.物理學科概況及歷史沿革

物理學是人類在探索大自然現象及其規律過程中形成、以實驗為基礎的一門科學。物理學研究宇宙間一切物質的基本形式、性質和運動規律,研究物質之間的相互作用與轉化、各種物質形態的內部結構等。人類對自然界的認識來自于實踐,隨著實踐的擴展和深入,物理學的內容也在不斷擴展和深入。

物理學的各分支學科是按物質的存在形式或運動規律而劃分的。物質的不同存在形式及不同運動規律之間存在著聯系,各分支學科之間互相滲透。物理學是各分支學科既相對獨立又彼此密切聯系的統一整體。

物理學中最早系統研究的物質運動規律是物質的機械運動規律。17世紀,人們已經了解宏觀物質機械運動的基本規律。到19世紀末,物理學建立了包括力學、熱學、電磁學和光學等學科在內的完整的基本理論體系,即經典物理學。20世紀初,在進一步探索自然奧秘的過程中,人們相繼建立了相對論和量子力學,在此基礎上發展起來的物理學通常稱為近代物理學。按照研究對象的不同尺度和結構層次,當今的物理學也劃分為天體物理學、凝聚態物理學、原子分子物理學、核物理學和粒子物理學等。物理學業已把人類對自然界的認識推進到了前所未有的深度和廣度;然而仍有許多重要的基本問題尚待解決,如強、弱、電磁、引力四種基本相互作用力的統一,暗物質和暗能量之謎等有可能對物理學產生革命性影響的問題,以及復雜體系和極端條件下物質的新效應。當前物理學基礎研究的三個重要方向是:物質深層次微觀結構和運動的基本規律,宇宙大尺度結構及運動的基本規律,凝聚態物質和復雜系統的內部結構、內部運動的基本規律及宏觀量子效應。

物理學和基于物理學原理發展的高新技術是人類社會發展的推動力之一。物理學在探索未知物質結構和運動規律中的每一次重大突破,不僅帶來了物理學新領域和新方向的發展,而且也導致了新的技術學科的產生。以物理學為基礎發展起來的現代電力技術、微電子和光電子信息技術、核能技術、新材料技術等導致了產業革命,推動了其他學科的發展,并極大地改變了人類的生活方式。這些技術的發展和應用,反過來又大大地推動了物理學自身的發展。在當今社會發展的進程中,人類面臨著能源、環境、資源等諸多涉及可持續發展的重大問題。如何在進一步認識自然界微觀、宇觀、復雜系統規律的同時,為人類的可持續發展做出重大貢獻,也是今后物理學研究的重要課題。

2.物理學與相關學科的關系

物理學的基本原理滲透在自然科學的各個領域,應用于技術科學的各個方面,是技術科學的基礎和先導。物理學深刻影響人類的思維方式和對世界的基本認識,所體現的科學的世界觀和方法論,形成人類文明的一個重要組成部分。

數學是物理學研究的基本工具之一。物理學理論通常以數學形式表達,然而物理學定律的正確性只能由反復的嚴格的物理實驗來檢驗。物理學的發展也進一步推動了數學的發展。

長期以來,物理學的發展推動了化學、生命科學、地學、天文學等基礎學科的發展。例如,物理學對原子、分子的量子規律的揭示,為化學奠定了微觀理論基礎;物理學原理和技術的發展使化學和生命科學等學科的實驗研究手段產生了根本的變化。

17世紀的力學、18—19世紀的熱學、19世紀的電磁理論以及20世紀量子力學和相對論的建立,都直接地推動了機械、電力、能源、材料、信息等技術學科的建立和發展,并導致了工業革命和信息革命。近十幾年來物理學及其研究方法已經逐步滲透到經濟學乃至社會科學諸多學科領域。

工業技術的進步和人類對可持續發展的需求,正在不斷地推動物理學的新發展。物理學的許多前沿研究都有其明確的應用前景。例如,核聚變、激光、高溫超導、巨磁電阻、介觀物理、納米/功能材料、量子信息等,它們已經或可能繼續在能源、信息、計算機、生命和材料等許多領域孕育新的發展。

物理學的進一步發展必將對人類現代文明和社會進步繼續做出重大貢獻。

三、物理學本科專業的培養目標

物理學本科專業教育主要是為從事物理學及相關學科前沿問題的研究和教學的專業人才打下基礎,同時也培養能將物理學應用于技術和社會各個領域的復合型、綜合性人才。經過四年的專業學習和訓練,學生具備在物理學及相關學科進一步深造的基礎,或適應畢業后從事研究、教學、技術應用和管理等方面工作的要求。

物理學本科專業培養的人才應具備良好的數學基礎,掌握物理學的基本知識與原理;受到科學思維和物理學研究方法的訓練,具有科學精神、科學素養、科學作風和創新意識;具備一定的獨立獲取知識的能力、實踐能力和研究能力。

四、物理學本科專業的培養規格

物理學本科專業學制為四年,學生在完成相關課程學習并滿足規定的各項基本要求后可授予理學學士學位。

物理學本科專業培養的人才一般應符合以下幾個方面的基本要求。

1.素質要求

(1)思想品德素質:具有良好的公民意識、法制意識、政治素質、思想素質、道德品質、誠信品質;

(2)人文素質:具有文化素養、藝術素養、現代意識、全球意識、團隊精神;

(3)專業素質:具有科學思維方法、科學精神、創新意識;

(4)身心素質:具有良好的身體素質和心理素質。

2.能力要求

(1)獲取知識的能力:具有自學能力、獲取信息和處理加工信息的能力;

(2)應用知識能力:具有綜合應用知識解決問題的能力、實驗能力、計算機及信息技術應用能力、團隊協作能力;

(3)創新能力:具有創造性思維能力、獨立思考及批判性思維能力、初步的科學研究能力和一定的科技開發能力;

(4)表達能力:具有較好的書面和口頭表達能力、具備撰寫學術論文,參與學術交流的能力、應用外語的交流能力、向社會公眾傳播科學普及知識的能力。

3.知識要求

(1)專業知識:具有科學的世界觀,比較系統地、完整地、扎實地掌握物理學的基本理論,基本實驗方法,具備本專業所需的數學基礎知識,具有較寬的知識面,對近代物理學和物理學的新發展在高技術與生產中的應用,以及與物理學相關學科和技術的新發展有所了解;

(2)工具知識:掌握外語、計算機及信息技術等方面的知識;

(3)人文社會科學知識:具有一定的哲學、政治學、法學、心理學、經濟管理等方面的知識;

(4)其他自然科學和相關工程技術的初步知識。

五、物理學本科專業的教學內容

物理學本科專業人才培養的教育內容及知識結構的總體框架由通識教育、專業教育和綜合教育三大部分構成,如圖1所示。

圖1 物理學專業本科人才培養的教育內容

本規范主要涉及物理學本科的專業教育內容。通識教育和綜合教育內容按照教育部和學校有關要求實施。

1.物理學本科專業知識體系

如圖2所示,物理學本科專業知識體系由物理學專業基本知識體系和物理學特定專業方向的知識體系構成。物理學本科人才培養按照物理學一級學科設置,物理學專業基本知識體系面向所有物理學專業本科生;而物理學特定專業方向知識體系則面向對該專業方向的本科學生。

物理學專業基本知識體系由知識領域、知識單元和知識點三個層次組成。每一知識領域包含若干知識單元;每一個知識單元包含若干知識點;知識單元又分為核心知識單元和選修知識單元。物理學核心知識單元提供的是物理學知識體系的基本要素,是物理學本科教學中學生必須掌握的、具有共性的物理學最基本的知識單元。選修知識單元是指可選的、非核心知識單元,其選擇和組合應體現各校的不同需求和特色。

圖2 物理學本科專業知識體系

物理學本科專業的7個專業基本知識領域和22個核心知識單元如表1所列。由于物理學的基礎和應用領域非常廣泛,表1中也列舉了少量的選修知識內容。在本規范附錄A中詳細地列出了各個專業基本知識領域所包含的知識單元、知識點以及各個知識點建議所屬的課程和最少學時數等。對核心知識單元所建議的最少學時數是保證教學質量所必須的最低要求。

表1 物理學本科專業基本知識領域和知識單元

物理學本科特定專業方向的知識體系同樣由專業方向知識領域、知識單元和知識點三個層次組成。各校應根據各自的特色專業方向,確定相應的知識領域、知識單元和知識點,圍繞專業方向知識體系內容開設相關的課程。如對于凝聚態物理專業方向,可開設半導體物理、超導物理、磁學、電介質物理、固體理論、固體物理實驗、固體光學性質、量子場論等課程,以及凝聚態物理前沿問題等專題。

2.相關基礎學科知識體系

物理學本科專業的相關學科知識領域主要包括數學、信息科學與技術、化學、生命科學、材料科學等。本規范不單獨制定相關學科知識領域的知識單元和知識點。

3.專業實踐體系

為提高學生的實踐能力,物理學專業必須加強實踐性環節的教學,著重培養以下能力:

(1)實驗技能。包括基本實驗方法的掌握、基本儀器的使用、常用物理量的測量、數據處理及誤差和不確定度分析、基礎性測量實驗裝置的搭建等。

(2)科學研究能力。包括觀察和發現問題的能力、解決問題的能力、綜合設計物理實驗和分析實驗結果的能力、定性分析和定量計算的能力、將研究結果推廣應用的能力、撰寫研究報告和研究論文的能力等。

這些能力的培養,除基礎物理實驗(包括普通物理實驗和近代物理實驗)、專業物理實驗、電工電子技術及計算機技術等實驗課程外,還包括課程設計(論文)、金工實習、教學實習(適用于師范專業)、社會實踐、科研訓練和綜合論文訓練等多種形式。可以將各種實習的時間集中使用,在現場實習。應注意實踐課程與理論課程的有機結合,特別是各知識領域及知識單元在實踐中的綜合運用。

4.創新訓練

為加強和突出大學生創新能力培養,應構建創新訓練體系。物理學本科創新訓練教學體系應注重從以下幾方面培養學生:

(1)敢于和善于提出問題的能力;

(2)獨立思考和批判性思維能力;

(3)創新意識和創新思維;

(4)物理學研究方法的領悟和運用。

創新能力培養應該滲透在所有課程的教學和實踐環節中,還應體現在課程設計、課程小論文、本科生創新研究計劃、創新性實驗和畢業論文等多種形式中,還可以在專題講座的基礎上,學生通過閱讀國內外有關文獻,提出問題,完成某一主題的調研報告。創新訓練應作為課程教學中的一項基本內容,納入課程教學大綱,逐步形成創新訓練的導師制,逐步建立和完善對學生參與創新訓練的評價與激勵體制。

六、物理學本科專業的課程體系

物理學本科專業課程體系是物理學本科專業知識體系的載體,課程體系的組織以知識學習體系、實踐能力培養體系、創新訓練體系為基本框架。

物理學本科專業課程體系由專業基礎課、專業課和專業實踐環節組成。這三部分都包含必修課程和選修課程。物理專業必修課程原則上應該覆蓋物理學專業基本知識體系和物理學特定專業方向的知識體系中的全部核心知識單元,還應根據需要選修一定數量的相關學科課程。實踐性課程和研究能力的訓練應注意與理論課程教學有機結合,貫穿在整個教學環節中。

1.必修課程

(1)公共必修課程

公共必修課程包含教育部指定的必修課程和高等學校自定的必修課程兩部分(含英語、計算機技術等),分別按照教育部相關課程基本要求和各校自定要求執行。

物理學專業的數學課程可按非數學類專業“大學數學”的最高標準要求,建議最少學時數(不含習題課和討論課的實際授課學時,下同)不低于224學時。

(2)專業必修課程

作為基本知識單元的載體,物理必修課程所覆蓋的知識點和課程要求的描述見附錄A和附錄B。表2所列為建議的物理基礎理論課程的最少授課學時。物理基礎理論課程和專業必修理論課程的最少授課學時總數不低于704學時,有條件的學校可適當增加課程的學時數,及課外與課內學時比。

表2 物理基礎理論課程的最少課時分配

(3)基礎物理實驗(包括普通物理實驗和近代物理實驗)和專業實驗課程的總學時數不低于192學時。

物理實驗中的基礎性實驗、綜合性實驗、設計或研究性實驗應有一定比例。專業實驗應結合學校的特色來設置。

2.選修課程

選修課程旨在學生素質和能力的培養、相關學科基礎知識的傳授和技能培養,以及專業知識領域的擴展。

(1)專業選修課:專業選修課程包括學生所選擇的物理學分支學科的基礎知識、理論和實驗方法,使學生對該專業方向有一定的理解,并適應進一步發展的需要。還可開設一些如學科前沿講座和研究專題基礎等導論性課程,擴大學生的知識面。通過這些課程,讓學生了解物理學研究的前沿和社會需求,激發學生的創新欲望。建議開設的部分專業選修課程見表3。

表3 部分建議選修課程

(2)相關學科選修課:除了計算機技術、電子技術等技能課程外,選修物理學專業以外的其他相關交叉學科的課程是現代科學技術發展趨勢的必然要求。當代科學發展的一個重要特點是學科間的交叉。物理學與其他學科的交叉更為顯著,產生了許多新的邊緣和交叉學科。開設這類課程的目的在于讓學生了解這些學科的概況、基本理論和實驗事實、處理問題的方法、與物理學的聯系、尚待解決的問題等,以拓寬學生的視野,完善他們的知識結構。

(3)專業前沿講座:專題講座是學生了解本專業前沿最新發展和動態的重要途徑之一,也是實現本專業培養目標不可缺少的部分。專題前沿講座由在各領域前沿比較活躍、學術造詣比較深、知識面廣的教師主持。講座的內容包括本專業學科方向或相關專業發展的熱點或重點問題、最新進展、重要的方法等。

3.專業實踐環節

專業實踐環節包括研究性訓練、教學實習、畢業論文(或畢業設計)。

研究性訓練可以是設計性實驗,也可以參加指導教師的研究組的研究。各校可以根據實際情況安排,并確定相應的學時和學分。

教學實習是師范類學生從事中等教育的一個必不可少的教學實踐環節。各校可根據實際情況安排,并確定相應的學時和學分。

用于畢業論文(或畢業設計)的時間一般不少于12周。論文內容可以是理論研究、實驗研究、文獻綜述、調研報告或應用開發。論文應具有完整性和一定的系統性,對所研究的問題應有比較充分的調研,分析具體,結論可靠。提交的論文應符合通常科技論文的規范和要求,內容基本正確。對論文的評價重點是學生的學風、對知識的綜合掌握、應用能力、分析能力和解決問題的能力。畢業論文一般應組織答辯。

七、物理學本科專業基本教學條件

基本教學條件涵蓋師資、教材、圖書資料、實驗室、實習基地、教學經費等多個方面。本規范中相關量化指標若與教育部文件不一致,當以教育部規定為準。

1.師資隊伍

從事物理學專業課程教學工作的教師應具有物理類專業本科以上學歷;新從事教學工作的教師應具有碩士以上學歷,在獨立授課前,需要通過崗前培訓。

各校應建立結構合理、相對穩定、水平較高的師資隊伍,要安排學術造詣較高的學科帶頭人承擔本專業的教學工作。師資中的教授、副教授(包括高級實驗師)的比例應達到教育部的要求。

開辦本專業所需的最少全職教師人數由本科生招生規模及每位教師所承擔的最多課時數等因素確定。教師人數還應適當考慮學生創新能力培養和畢業論文的指導。各校還應根據本校物理學專業的特點,配備相應數量的教輔人員。

2.教材

專業基礎課程宜選擇符合本規范、由國家正規出版社出版的優秀教材,鼓勵選用國內外著名出版社出版的物理學經典教材。

3.圖書資料

圖書資料包括以下幾個方面:

(1)教學參考書,包括與課程相關的中外文教材、教學輔導材料、課件或多媒體材料;

(2)期刊,包括專業雜志(中外文)、科普雜志、教學研究類雜志;

(3)電子書刊及其他數字化資源;

(4)本專業學科工具書及其各類檢索工具(包括網絡檢索,數字資源檢索等)。

圖書資料應按照每位在校學生人均專業參考書不少于50冊(專業雜志按每期1冊計算,下同),每年新添專業圖書不少于人均2冊的基本要求配置。物理專業雜志種類一般應超過20種,其中應有外文雜志。

4.實驗室

與物理有關的教學實驗室應包括:普通物理實驗室、物理學演示實驗室、近代物理實驗室、計算機室、電工電子實驗室、物理教師教育實驗室(適用師范類)等。

基礎物理實驗要求實驗室有足夠的實驗設備,同時使用一套設備做實驗的學生每組人數原則上不多于2人。要開設一定數量的綜合性實驗、設計性或研究性實驗,并注重培養學生的動手能力、觀察力、創新能力、增強對理論知識的理解。各校可根據自身具體情況在實驗內容的選取方面有所側重。

要求新開辦物理專業的固定資產不低于300萬元。按全校必修基礎物理實驗的學生人數計,要求生均教學科研儀器設備費不低于5000元,而專業實驗室儀器設備的固定資產總額按(5000元×所有物理學專業人數)計算。要求每年有一定經費用于更新和添置儀器設備,使總的儀器設備資產考慮折舊后,總值仍有所增長。

5.實習基地

為對學生進行動手能力、綜合技能等方面的訓練,鼓勵建立相對穩定的實習基地,鼓勵與各類科研機構和生產企業的合作。

6.教學經費

教學經費除課程業務費用外,還應包括學生畢業論文,教師進行教學研究和參加各類教學研討會,每年教學儀器設備的添置、維修和更新,易耗實驗材料等多方面的費用。要求每年投入經費能保證教學和科研工作的正常進行,生均年常規教學經費按教育部有關規定執行。

本規范適用于物理學專業(070201)四年制本科,是保障本專業教學目標的最低要求。

八、附錄

附錄A 基本知識體系

1.基本理論知識體系

物理學本科專業的基本理論知識體系包括7個知識領域,23個核心知識單元和若干核心知識點。

建議由下列12門物理學基礎和理論必修課(見表1),以及基礎性實驗課程來覆蓋7個知識領域的核心知識單元和核心知識點。部分知識點也可以納入專業必修課、選修課或專業講座,其課程的教學大綱及覆蓋的知識單元和知識點,由各校參照本方案制定。

表1

知識領域一:機械運動現象與規律

建議所屬課程:A:力學,F:理論力學

核心知識單元1-1 牛頓(Newton)①力學基本規律

核心知識單元1-2 分析力學基本原理

核心知識單元1-3 力學典型問題

知識領域二:熱運動現象與規律

建議所屬課程:B:熱學,G:熱力學與統計物理學

核心知識單元2-1 分子動理學

核心知識單元2-2 物態與相變

核心知識單元2-3 熱力學定律與應用

核心知識單元2-4 平衡態統計

知識領域三:電磁和光現象與規律

建議所屬課程:C:電磁學,D:光學,H:電動力學

核心知識單元3-1 幾何光學

核心知識單元3-2 物理光學

核心知識單元3-3 靜電場與靜磁場

核心知識單元3-4 電磁波

知識單元3-5 交直流電路

知識領域四:物質微觀結構和量子現象與規律

建議所屬課程:E:原子物理學,I:量子力學

核心知識單元4-1 原子與亞原子結構

續表

核心知識單元4-3 量子力學近似方法與應用

知識領域五:凝聚態物質結構及性質

建議所屬課程:J:固體物理學

核心知識單元5-1 晶體結構

核心知識單元5-2 晶格動力學

核心知識單元5-3 電子能帶理論

知識領域六:時空結構

建議所屬課程:A:力學,H:電動力學,I:量子力學

核心知識單元6-1 狹義相對論

核心知識單元6-2 廣義相對論和天體物理初步

知識領域七:物理學中的數學方法

建議所屬課程:K:數學物理方法,L:計算物理基礎

核心知識單元7-1 復變函數

核心知識單元7-2 數學物理方程

續表

核心知識單元7-3 計算物理基礎

2.物理實驗知識體系

實驗課程是實驗技能和科學研究能力培養的一個主要載體。

物理學專業的本科實驗課程包括基礎物理實驗和專業實驗課程。基礎物理實驗由普通物理實驗(含力學、熱學、電磁學、光學實驗)和近代物理實驗組成,專業實驗根據專業方向的設置開設。普通物理實驗應不少于128學時(在實驗室做實驗的實際時間,不含預習、寫實驗報告等,下同),其中力學、熱學、電磁學和光學實驗均不少于16學時;近代物理實驗應不少于64學時。

通過基礎物理實驗的教學應使學生掌握基本物理實驗方法、基本儀器的使用、常用物理量的測量、數據處理及誤差和不確定度分析的基礎知識、基礎性測量裝置的搭建等。還應要求學生掌握常用的實驗操作技術。

基本物理實驗方法包括:比較法(包括補償法、平衡法即零差比較法)、轉換法、放大法、模擬法和光學實驗中的干涉法、衍射法等,以及在近代科學研究和工程技術中的廣泛應用的其他方法。

常用儀器包括:長度測量儀器、計時儀器、測溫儀器、變阻器、電表、交/直流電橋、通用示波器、低頻信號發生器、分光儀、光譜儀、常用電源和光源等。

基本物理量包括:長度、質量、時間、電流、溫度、光強、物質的量。常用物理量由基本物理量導出,如熱量、濕度、壓強、壓力、電壓、電阻、磁感應強度、輻射通量或輻射通量(面)密度、折射率、元電荷、普朗克常量、里德伯常量等。應學習基本物理量及常用物理量的測量、國際量制和國際單位制等基礎知識。

常用實驗數據處理方法包括:列表法、作圖法和最小二乘法等。隨著計算機及其應用技術的普及,應包括用計算機通用軟件處理實驗數據的基本方法。應掌握測量誤差與不確定度的基本概念,學會數值修約方法(包括有效數字位數的確定和修約),能逐步學會用不確定度的基本概念對直接測量和間接測量的結果進行評定。

各校應根據條件,在物理實驗課中逐步引進在當代科學研究與工程技術中廣泛應用的現代物理技術,例如,激光技術、傳感器技術、微弱信號檢測技術、光電子技術、結構分析波譜技術等。

下面列出了部分基礎物理實驗的選題,各校可根據自己的特點從中選擇。

力學實驗

1)速度、加速度的測定

2)動量守恒、能量守恒定律的驗證

3)轉動慣量的測量

4)彈性模量

5)質量與密度的測量(氣、液、固)

6)阻尼、受迫振動

7)弦振動

8)聲速的測定

9)力學傳感器及其應用

10)振動模式研究

11)單擺混沌裝置

12)傅里葉頻率合成

13)復擺與耦合擺

熱學實驗

14)質量熱容(比熱容)

15)熔解熱、汽化熱

16)線膨脹系數

17)熱導率的測定

18)粘度的測定

19)相變臨界現象的研究

20)溫度傳感及其標定和應用

電磁學實驗

21)電子比荷(荷質比)的測定

22)直流電橋

23)非線性元件的伏-安特性

24)交流電橋

25)介電常量的頻率特性

26)RLC電路的暫態過程

27)RLC電路的穩態實驗

28)RLC諧振電路的幅頻特性與相頻特性

29)霍耳效應

30)磁滯回線

31)弱電流測量

32)示波器原理及其應用

33)存貯示波器及其應用(瞬態過程的測量)

34)電信號的傅里葉分析

35)用非線性電路研究混沌現象

光學實驗

36)幾何光學系列實驗

37)玻璃折射率與波長的關系

38)無吸收薄膜厚度和折射率的測量

39)衍射光柵

40)多種縫、孔衍射現象的半定量研究

41)橢圓偏振光的觀測

42)邁克爾遜干涉儀

43)旋光現象

44)分光計的調整及使用

45)光柵單色儀的調整與應用

46)光速的測定

47)光學多道分析器的調整與應用

48)電光調制

49)聲光調制

50)光學傅里葉變換

51)傅里葉光譜儀

52)光的色度研究

53)全息技術

近代物理實驗

54)黑體輻射

55)光電效應

56)逸出功的測定

57)油滴法測元電荷

58)電子衍射

59)原子能級的研究

60)康普頓散射

61)斯特恩-蓋拉赫實驗

62)塞曼效應

63)原子光譜

64)分子光譜

65)法拉第效應

66)克爾(Kerr)效應

67)吸收光譜

68)熒光光譜

69)拉曼(Raman)光譜

70)真空的獲得與測量

71)低溫的獲得與測量

72)單光子計數器

73)線陣CCD特性的研究

74)常用光電傳感器的特性及其應用

75)光纖應用

76)光纖傳感器特性的研究與作用

77)激光諧振腔與模式的研究

78)半導體激光器特性的研究

79)染料激光器的調整與光束的控制

80)激光的倍頻與混頻

81)光學雙穩態

82)激光在測量中的應用

83)盧瑟福散射

84)蓋革(Geiger)-彌勒(Muller)計數器和核衰變的統計規律

85)閃爍計數器及γ能譜測量

86)符合測量

87)X射線標識譜與吸收

88)X射線熒光光譜

89)穆斯堡爾(M?ssbauer)效應

90)核磁共振

91)超導量子干涉器件的研究

92)質譜儀

93)工業CT

94)正電子湮沒壽命譜儀

95)相對論實驗(α、β磁譜儀)

96)測量相對論速度電子的動能與動量關系

97)電子自旋共振(微波波段)

98)鐵磁共振

99)光泵磁共振

100)微波的產生、反射、吸收

101)微波干涉、衍射

102)超聲光柵

103)超聲探傷

104)等離子體研究方面的有關實驗

105)勞厄(Laue)相及晶體結構分析

106)用X射線測定多晶體的晶格常數

107)PN結電容和雜質濃度分布

108)固體材料低溫物性的測量

109)薄膜制備

110)薄膜厚度的實時檢測

111)薄膜特性測量

112)超導磁效應的研究

113)高溫超導材料的制備與測量

114)高溫超導材料的導電性能與臨界轉變溫度的測量

115)巨磁阻效應

116)納米材料制備與測量

117)透射電鏡的使用

118)掃描電鏡的使用

119)掃描隧道顯微鏡的使用

120)原子力顯微鏡的使用

121)虛擬儀器在物理實驗中的應用

附錄B 部分專業必修課程描述

1.力學

力學是研究物體機械運動規律的基礎課程。通過該課程的學習,學生應理解和掌握由實驗與觀測總結的機械運動基本規律,以及運用數學方法進一步導出力學規律,并學會利用基本和導出規律解決典型力學問題。力學課程的基本教學要求是闡明力學知識體系的邏輯結構,使學生掌握力學的基礎理論知識和解決力學問題的一般方法,培養學生的邏輯思維及接受新事物的能力,為后繼課程的學習奠定扎實的物理基礎。

2.熱學

熱學是研究由大量微觀粒子組成的宏觀物質系統的熱現象和熱運動規律的基礎課程。通過該課程的學習,學生應掌握對熱力學系統進行宏觀和微觀描述的方法。通過對熱現象進行觀察和實驗測量,總結出熱力學基本定律,通過嚴密的邏輯推理和演繹來研究物質的各種宏觀性質及其變化規律,形成熱學的宏觀理論。從物質的微觀結構出發,運用統計方法研究物質內部微觀粒子熱運動所遵從的規律,揭示各種熱現象的微觀機制,形成熱學的微觀理論。熱學的宏觀理論給出自然界中熱現象的普遍規律,微觀理論則深入探討熱現象的本質,兩者相輔相成,缺一不可。教學中要加強熱學與其他學科,如生物、化學、環境科學等的聯系,強調學科間的交叉與滲透。

3.電磁學

電磁學研究電、磁運動的基本規律以及電磁相互作用的規律。通過該課程的學習,學生應該掌握用基本定律處理典型問題,并導出其規律的方法;理解場的物理含義和電磁場的物質屬性;理解麥克斯韋方程和電磁波的基本性質;初步掌握電磁場作用于導體、電介質和磁性物質的經典唯象描述。教學中應特別注意從實踐的觀點來分析、綜合物理現象,并闡明物理規律。該課程將是電動力學及電子和電工課程的先導課,也將為應用電磁學知識解決實際問題打下基礎。

4.光學

光學是研究光的本性、光的產生、傳輸、接收及其與物質相互作用基本規律的基礎課程。光學課程的基本內容包括幾何光學、物理光學和現代光學三個部分。本課程的基本教學要求是闡明這三部分內容的基本原理和處理光學問題的基本方法,重點是物理光學。通過該課程的教學,使學生不僅掌握光學基本原理,還要掌握處理光學問題的基本思想和方法,具有觀察光現象、分析和解決光學問題的初步能力,同時為學習后繼課程打下扎實的基礎。

5.原子物理學

原子物理學是研究亞原子、原子和分子等不同層次的物質微觀結構、運動規律及其相互作用,并闡述其宏觀性質的基礎課程。該課程突出用量子物理的概念處理微觀世界的基本思想和方法,強調認識微觀世界的正確的物理圖像。在該課程的教學過程中應注重基本實驗事實的教學,應注意分析討論經典物理的處理方法的局限性和科學家在物理學發展的關鍵時刻是如何提出問題和解決問題的,應注重培養學生的科學創新意識,同時使學生為后續課程的學習打下良好基礎。

6.理論力學

理論力學是研究機械運動規律的理論性課程,是力學課的提高和深入。理論力學的內容可總結為牛頓力學和分析力學(拉格朗日表述和哈密頓表述)兩種理論知識體系。通過該課程的教學,不但應使學生掌握物體機械運動的基本理論,更重要的是應掌握分析力學的思想和方法,具備靈活運用牛頓力學和分析力學解決力學問題方法的能力,為后繼課程的學習打下較扎實的基礎。

7.熱力學與統計物理學

熱力學與統計物理學是研究由大量微觀粒子組成的宏觀物質系統的熱現象和熱運動規律的理論課程。熱力學以大量實驗總結出來的基本規律為基礎,運用嚴密的邏輯推理和數學運算研究物體與熱現象有關的宏觀性質,其結果普遍、可靠,但不可能導出具體物質的具體特性。統計物理學是從物質的微觀結構出發,考慮微觀粒子的熱運動規律,通過求統計平均的方法研究宏觀物體的熱性質及與熱現象有關的規律,可給出具體物質的特性,但可靠性依賴于對微觀結構的假設。兩者的研究任務相同,研究方法不同,是相輔相成的。通過本課程的學習,學生應掌握熱力學與統計物理學的基本概念、基本原理和處理問題的基本方法。

8.電動力學

電動力學主要研究電磁場的基本規律及其與物質的相互作用,以及運用這些規律處理各種電磁問題、研究各種電磁過程。它是電磁學的后續理論課程。通過本課程的教學,使學生掌握電磁場的基本規律和處理有關電磁系統的各類實際問題的典型方法,為今后進一步學習和從事研究工作打下基礎。

9.量子力學

量子力學是研究微觀物質量子現象與基本規律的理論課程,是近代物理學的重要理論基礎。本課程從量子現象及其基本運動規律出發,闡述量子力學基本原理,揭示微觀世界的基本規律,探索表征量子體系的基本力學量及其性質,和應用基本原理解決量子體系基本問題的方法。本課程不僅使學生掌握量子力學的基本原理和處理問題的一些重要方法,還應使學生獲得運用這些方法解決一些基本問題的能力,并為進一步的專業課程學習和科學研究打下基礎。

10.固體物理

固體物理學運用量子力學和統計力學研究固態物質的物理性質、微觀結構、構成固態物質的各種粒子和準粒子的運動形態及相互作用。若將研究對象進一步包括液體和軟物質,則構成凝聚態物理學。固體物理是物理學中內容豐富、應用極其廣泛的一門分支學科,是微電子、光電子和材料科學等學科的基礎。本課程著重闡述凝聚態物質性質的基本概念、基本理論、基本方法和典型模型。通過本課程的學習,使學生掌握晶體的結構、晶體的結合、晶格動力學和固體熱學性質、固體能帶理論和電子輸運特性等固體物理的基礎知識;提高運用普通物理學和理論物理知識解決具體問題與實際問題的能力。

11.數學物理方法

數學物理方法是一門數學和物理緊密結合的理論性課程。該課程以高等數學、普通物理學為基礎,既為解決許多實際問題提供了數學工具,又是學習理論力學、電動力學、量子力學和熱力學與統計物理學等后繼課程的基礎。通過學習,要求學生不但要掌握物理學中的常用數學方法,更重要的是,還要掌握將具體物理問題抽象成數學模型的思想和方法。該課程包括復變函數論和數學物理方程兩部分內容。對該課程的基本教學要求是教會學生如何把各種具體物理問題通過恰當的近似,建立起數學的定解問題,熟練掌握求解定解問題的各種典型方法,并對所得的數學結論給予合理的物理解釋,以培養學生利用數學和物理學基礎知識解決實際物理問題和工程技術問題的能力。

12.計算物理基礎

計算物理是用數值方法求解典型物理問題的一門實用性專業基礎課程。該課程使學生掌握線性代數、常微分方程、逼近與插值和非線性方程組等常見計算問題的通用數值解法與編程技巧。本課程結合典型物理問題,有選擇地介紹若干主要數值方法(如變分法、有限元方法、多重散射方法、密度泛函方法、蒙特卡羅模擬方法和分子動力學方法等)和軟件應用,并結合計算機技術適當介紹計算科學的進展,為學生進一步從事有關的科學和技術研究,以及數值計算方法和軟件研發打下基礎。