核工程類專業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)

高校核專業是20世紀50年代為適應我國核武器事業和核科技工業的發展而創建起來的工程技術專業.創建初期參照前蘇聯模式，專業劃分較細，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、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”.2012年，為了適應當今世界經濟發展、科技發展、文化發展的新趨勢，適應創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、多規格的復合型、應用型、創新型人才需求，按照科學規范、主動適應、繼承發展的原則，重新修訂了高校本科專業設置目錄，核專業歸類“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”專業歸并到“物理學類”.

核工程類專業是理工結合性強的工程技術專業，從核專業的學科基礎來看，核專業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.應對核科技工業的變化，培養創新創業的人才，實現中國創造，核工程類專業教育建立一個面向社會、面向行業企業、面向未來的開放的專業教育體系，實現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、建立與發展的專業引導，可以幫助大學生建立大學物理的知識框架，激發學習興趣，科學合理規劃學習安排.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建立和發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中高壓輸電及低壓放電中的問題.由工業生產中提煉出來的科學問題，是促進新科學建立與發展的源泉和動力，陰極射線的實驗研究，導致了X射線的發現，X射線機理的研究，又引發了放射現象的發現和放射性規律的揭示，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現和研究的基礎上，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家所利用，不斷改變科學技術、武器裝備、工業經濟和人類文明的進程.

2 核工程類專業引導課中大學物理的圖解

物理學是研究物質性質、運動規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訓練有素的人才.因此，在制定核工程類專業人才培養方案時，在自然科學基礎課、學科基礎課、專業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)，通過核工程類專業引導教育，幫助學生了解大學物理及后續課程中設計的物理知識，提高物理學習興趣和熱情，合理規劃專業學習.

圖3 大學物理力學建立與發展圖解

圖4 大學物理熱學建立與發展圖解

圖5 大學物理光學建立與發展圖解

圖6 大學物理電磁學的建立與發展

3 結論

核工程類專業是理工結合性很強的專業，專業學習既要強調數理基礎，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)開設專業引導和專業學習討論課，幫助學生認識和了解專業概況、專業課程體系，規劃好專業學習.物理學是核工程類專業的基礎課，在專業引導課上開展大學生即將開始的大學物理溯源、建立和發展的圖解介紹，可以激發學生學習興趣、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.)