核工程類專業(yè)引導課中的大學物理圖解

鄧建杰 游 泳

(東華理工大學核科學與工程學院 江西 南昌 330013)

劉義保

(北京理工大學珠海學院 廣東 珠海 519085)

高校核專業(yè)是20世紀50年代為適應我國核武器事業(yè)和核科技工業(yè)的發(fā)展而創(chuàng)建起來的工程技術專業(yè).創(chuàng)建初期參照前蘇聯(lián)模式，專業(yè)劃分較細，主要包括核反應堆工程、核動力裝置、同位素分離、核材料、核物理(包括實驗核物理、理論核物理、加速器物理)、核電子學、輻射防護、放射化學化工、放射性地質勘查、鈾礦冶等.進入21世紀，由于國家能源政策的調整和國家安全的需求，核科學與技術在工業(yè)、國防等領域的研究和應用大大加強并顯示出遠大的前景，為了盡快為國家培養(yǎng)核科技人才以滿足國家的迫切需要，在配合國家相關部委對本科的專業(yè)設置和教學需要進行深入研討和反復論證的基礎上，經教育部批準，2006年增設了“核技術”“輻射防護與環(huán)境工程”“核化工與核燃料工程”“核反應堆工程”和“核物理”5個“國控專業(yè)”.2012年，為了適應當今世界經濟發(fā)展、科技發(fā)展、文化發(fā)展的新趨勢，適應創(chuàng)新型國家和人才資源強國建設需要，滿足社會多層次、多類型、多規(guī)格的復合型、應用型、創(chuàng)新型人才需求，按照科學規(guī)范、主動適應、繼承發(fā)展的原則，重新修訂了高校本科專業(yè)設置目錄，核專業(yè)歸類“核工程類”，包含“核工程與核技術”“輻射防護與核安全”“工程物理”“核化工與核燃料工程”；另外“核物理”專業(yè)歸并到“物理學類”.

核工程類專業(yè)是理工結合性強的工程技術專業(yè)，從核專業(yè)的學科基礎來看，核專業(yè)的多元化特點涉及多個學科交叉滲透，其基礎學科是物理學和化學，應用學科涉及電子科學與技術、儀器科學與技術、材料科學與工程、自動化、計算機科學與技術等.應對核科技工業(yè)的變化，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才，實現(xiàn)中國創(chuàng)造，核工程類專業(yè)教育建立一個面向社會、面向行業(yè)企業(yè)、面向未來的開放的專業(yè)教育體系，實現(xiàn)從以教學為中心到以學生學習為中心，從知識體系傳授為中心到學生能力達成為目標的新工科建設.為此，在核工程類專業(yè)引導課上，開展基于物理學的核科學與技術的溯源、建立與發(fā)展的專業(yè)引導，可以幫助大學生建立大學物理的知識框架，激發(fā)學習興趣，科學合理規(guī)劃學習安排.本文的大學物理圖解，也可以幫助大學物理教師結合核專業(yè)建立和發(fā)展設計和開展大學物理課程教學.

1 核科學與技術起源于物理學

核科學與技術的起源圖解如圖1和圖2所示.

圖1 19/20世紀之交的物理學革命

圖2 核科學與技術的起源和初步建立

核科學與技術起源于19世紀20世紀初的物理學革命，導火索是陰極射線的研究，陰極射線管的研究又是為了解決電氣工業(yè)中高壓輸電及低壓放電中的問題.由工業(yè)生產中提煉出來的科學問題，是促進新科學建立與發(fā)展的源泉和動力，陰極射線的實驗研究，導致了X射線的發(fā)現(xiàn)，X射線機理的研究，又引發(fā)了放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和放射性規(guī)律的揭示，陰極射線深入廣泛的實驗探究，最終挖出了物質最基本的單元之一——電子.在放射性、放射性核素、放射粒子、電子、質子和中子等基本粒子的發(fā)現(xiàn)和研究的基礎上，量子理論的建立幫助人類對物質世界的認識深入到10-10m以內微觀世界，原子物理和原子核物理誕生了.愛因斯坦相對論質量關系的建立，打開了核能利用的大門，核能和核技術被敏銳的政治家和工業(yè)家所利用，不斷改變科學技術、武器裝備、工業(yè)經濟和人類文明的進程.

2 核工程類專業(yè)引導課中大學物理的圖解

物理學是研究物質性質、運動規(guī)律及其相互作用的學科，是一項激動人心的智力探險活動，并為人類文明做出巨大貢獻.物理學拓展我們認識自然的疆界，擴展和提高人類對核科學與技術的理解和應用，是核能與核技術進步最重要的基礎.物理教育為核科學和技術培養(yǎng)訓練有素的人才.因此，在制定核工程類專業(yè)人才培養(yǎng)方案時，在自然科學基礎課、學科基礎課、專業(yè)基礎課模塊都設置大量的物理課程.本文結合核工程類專業(yè)的特點和要求，對大學物理的力學、熱學、光學和電磁學進行溯源和知識進程的圖解(圖3～圖6)，通過核工程類專業(yè)引導教育，幫助學生了解大學物理及后續(xù)課程中設計的物理知識，提高物理學習興趣和熱情，合理規(guī)劃專業(yè)學習.

圖3 大學物理力學建立與發(fā)展圖解

圖4 大學物理熱學建立與發(fā)展圖解

圖5 大學物理光學建立與發(fā)展圖解

圖6 大學物理電磁學的建立與發(fā)展

3 結論

核工程類專業(yè)是理工結合性很強的專業(yè)，專業(yè)學習既要強調數(shù)理基礎，又要強化工程技術實踐教育，學生的學習任務相對比較重，也比較難.因此，很有必要在低年級(最好在一年級)開設專業(yè)引導和專業(yè)學習討論課，幫助學生認識和了解專業(yè)概況、專業(yè)課程體系，規(guī)劃好專業(yè)學習.物理學是核工程類專業(yè)的基礎課，在專業(yè)引導課上開展大學生即將開始的大學物理溯源、建立和發(fā)展的圖解介紹，可以激發(fā)學生學習興趣、熱情和科學思維，也能幫助大學物理基礎課教師結合核工程類專業(yè)的特點，開展大學物理的教學.

(正文中引用了如下主要參考文獻，由于圖解形式，不好一一對應列舉，特此說明.)