非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求

非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求（正式報告稿）物理學是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運動形式、相互作用的自然科學。它的基本理論滲透在自然科學的各個領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的許多部門，是其他自然科學和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。在人類追求真理、探索未知世界的過程中，物理學展現(xiàn)了一系列科學的世界觀和方法論，深刻影響著人類對物質(zhì)世界的基本認識、人類的思維方式和社會生活，是人類文明發(fā)展的基石，在人才的科學素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位。一、課程的地位、作用和任務(wù)以物理學基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學物理課程，是高等學校理工科各專業(yè)學生一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課。該課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學生科學素養(yǎng)的重要組成部分，是一個科學工作者和工程技術(shù)人員所必備的。大學物理課程在為學生系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識等方面，具有其他課程不能替代的重要作用。通過大學物理課程的教學，應(yīng)使學生對物理學的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統(tǒng)的認識和正確的理解，為進一步學習打下堅實的基礎(chǔ)。在大學物理課程的各個教學環(huán)節(jié)中，都應(yīng)在傳授知識的同時，注重學生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，注重學生探索精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，努力實現(xiàn)學生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。二、教學內(nèi)容基本要求（詳見附表）大學物理課程的教學內(nèi)容分為、兩類。其中：為核心內(nèi)容，共條，建議學時數(shù)不少于學時，各?？稍诖嘶A(chǔ)上根據(jù)實際教學情況對類內(nèi)容各部分的學時分配進行調(diào)整；為擴展內(nèi)容，共條。力學（、:條7，建議學時數(shù)€1學時；:條5）振動和波（、:條9，建議學時數(shù)€1學時；:條4）熱學八八J（、:1條0，建議學時數(shù)€14學時；條）電磁學（、:2條0，建議學時數(shù)€40學時；條）光學（、:1條4，建議學時數(shù)€18學時；條）狹義相對論力學基礎(chǔ)（、:條4，建議學時數(shù)€6學時；；條；3）；；量子物理基礎(chǔ)（、:1條0，建議學時數(shù)€20學時；條）分子與固體（B:條5）核物理與粒子物理（B:條6）天.體物理與宇宙學（B:條3）現(xiàn).代科學與高新技術(shù)的物理基礎(chǔ)專題（自選專題）三、能力培養(yǎng)基本要求通過大學物理課程教學,應(yīng)注意培養(yǎng)學生以下能力：獨立獲取知識的能力——逐步掌握科學的學習方法，閱讀并理解相當于大學物理水平的物理類教材、參考書和科技文獻，不斷地擴展知識面，增強獨立思考的能力，更新知識結(jié)構(gòu)；能夠?qū)懗鰲l理清晰的讀書筆記、小結(jié)或小論文?？茖W觀察和思維的能力——運用物理學的基本理論和基本觀點，通過觀察、分析、綜合、演繹、歸納、科學抽象、類比聯(lián)想、實驗等方法培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力，并對所涉問題有一定深度的理解，判斷研究結(jié)果的合理性。3．分析問題和解決問題的能力——根據(jù)物理問題的特征、性質(zhì)以及實際情況，抓住主要矛盾，進行合理的簡化，建立相應(yīng)的物理模型，并用物理語言和基本數(shù)學方法進行描述，運用所學的物理理論和研究方法進行分析、研究。四、素質(zhì)培養(yǎng)基本要求通過大學物理課程教學,應(yīng)注重培養(yǎng)學生以下素質(zhì)：求實精神——通過大學物理課程教學，培養(yǎng)學生追求真理的勇氣、嚴謹求實的科學態(tài)度和刻苦鉆研的作風。創(chuàng)新意識——通過學習物理學的研究方法、物理學的發(fā)展歷史以及物理學家的成長經(jīng)歷等，引導學生樹立科學的世界觀，激發(fā)學生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神?？茖W美感——引導學生認識物理學所具有的明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統(tǒng)一等美學特征，培養(yǎng)學生的科學審美觀，使學生學會用美學的觀點欣賞和發(fā)掘科學的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強認識和掌握自然科學規(guī)律的自主能力。五、教學過程基本要求在大學物理課程的教學過程中，應(yīng)以培養(yǎng)學生的知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展為目標，認真貫徹以學生為主體、教師為主導的教育理念；應(yīng)遵循學生的認知規(guī)律，注重理論聯(lián)系實際，激發(fā)學習興趣，引導自主學習，鼓勵個性發(fā)展；要加強教學方法和手段的研究與改革，努力營造一個有利于培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的教學環(huán)境。教學方法——采用啟發(fā)式、討論式等多種行之有效的教學方法，加強師生之間、學生之間的交流，引導學生獨立思考，強化科學思維的訓練。習題課、討論課是啟迪學生思維，培養(yǎng)學生提出、分析、解決問題能力的重要教學環(huán)節(jié)，提倡有條件的學校以小班形式進行，并應(yīng)在教師引導下以討論、交流為主，學時數(shù)應(yīng)不少于總學時的10，%爭取做到不少于15％。鼓勵通過網(wǎng)絡(luò)資源、專題講座、探索性實踐、小課題研究等多種方式開展探究式學習，因材施教，激發(fā)學生的智力和潛能，調(diào)動學生學習的主動性和積極性。教學手段——應(yīng)發(fā)揮好課堂教學主渠道的作用，教學手段應(yīng)服務(wù)于教學目的，提倡有效利用多媒體技術(shù)。應(yīng)積極創(chuàng)造條件，充分利用計算機輔助教學、網(wǎng)絡(luò)教學等現(xiàn)代化教育技術(shù)的優(yōu)勢，擴大教學信息量，提高教學質(zhì)量和效率。演示實驗——應(yīng)充分利用演示實驗幫助學生觀察物理現(xiàn)象，增加感性知識，提高學習興趣。大學物理課程的主要內(nèi)容都應(yīng)有演示實驗（實物演示和多媒體仿真演示），其中實物演示實驗的數(shù)目不應(yīng)少于40個。實物演示實驗可以采用多種形式進行，如課堂實物演示、開放演示實驗室、演示實驗走廊等。提倡建立開放性的物理演示實驗室，鼓勵和引導學生自己動手觀察實驗，思考和分析問題，進行定性或半定量驗證。有條件的學?？梢酝ㄟ^選修課或適當計算學分等措施保證實現(xiàn)上述目標。習題與考核——習題與考核是引導學生學習、檢查教學效果、保證教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是體現(xiàn)課程要求規(guī)范的重要標志。習題的選取應(yīng)注重基本概念，強調(diào)基本訓練，貼近應(yīng)用實際，激發(fā)學習興趣?？己艘苊鈶?yīng)試教育的傾向，積極探索以素質(zhì)教育為核心的課程考核模式。雙語教學——在保證教學效果的前提下，有條件的學?？砷_展物理課程的雙語教學，以提高學生查閱外文資料和科技外語交流的能力。六、有關(guān)說明本教學基本要求適用于各類高等院校的工科專業(yè)和理科非物理專業(yè)的本科物理課程，其中類內(nèi)容是本科生學習本課程應(yīng)達到的最低要求。本課程宜從一年級第二學期開始，以確保學生學習本課程具有所需要的數(shù)學基礎(chǔ)。本基本要求建議的最低學時數(shù)為12學6時。為了體現(xiàn)加強基礎(chǔ)的教育思想，增強學生的發(fā)展?jié)摿?，各學校應(yīng)根據(jù)人才培養(yǎng)目標和專業(yè)特點增加一定數(shù)量的類內(nèi)容和學時數(shù)，例如：對于理科、師范類非物理專業(yè)和某些需要加強物理基礎(chǔ)的工科專業(yè)，其大學物理課程的學時數(shù)不應(yīng)少于14學4時。教育部高等學校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學指導分委員會200年412月3日附表：教學內(nèi)容基本要求一、力學序號內(nèi)容類別說明和建議質(zhì)點運動的描述、相對運動力學的重點是牛頓運動定律和三個守恒定律及其成立條牛頓運動定律及其應(yīng)用、變力作用下的質(zhì)點動力學基本問題件。非慣性系和慣性力力學中除角動量、剛體和流體部分外絕大多數(shù)概念學生在質(zhì)點與質(zhì)點系的動量定理和動量守恒定律中學階段已有接觸，故教學中展開應(yīng)適度，以避免重復。質(zhì)心、質(zhì)心運動定理通過把力學的研究對象抽象為三個理想模型，質(zhì)點、剛體變力的功、動能定理、保守力的功、勢能、機械能守恒定律和理想流體，逐步使學生學會建立模型的科學研究方法。對稱性和守恒定律應(yīng)注意學習矢量運算、微積分運算等方法在物理學中的應(yīng)剛體定軸轉(zhuǎn)動定律、轉(zhuǎn)動慣量用。剛體轉(zhuǎn)動中的功和能可簡要說明守恒定律與對稱性的相互關(guān)系及其在物理學中質(zhì)點、剛體的角動量、角動量守恒定律的地位。剛體進動

理想液體的性質(zhì)、伯努利方程二、振動和波序號內(nèi)容類別說明和建議簡諧運動的基本特征和表述、振動的相位、旋轉(zhuǎn)矢量法振動和波是自然界極為普遍的運動形式，簡諧運動是研究一切復雜振動的基礎(chǔ)。應(yīng)強調(diào)簡諧運動以及平面簡諧波的描述特點及研究方法，突出相位及相位差的物理意義。要闡明平面簡諧波波函數(shù)的物理意義以及波是能量傳播的一種重要形式，突出相位傳播的概念和相位差在波的疊加中的作用。講述機械波要為討論電磁波（光波），以及物質(zhì)波的概念提供基礎(chǔ)。要求學生進一步掌握線性運動疊加原理，并通過在周期性外力作用下阻尼擺的混沌現(xiàn)象分析對非線性問題的特征有所了解。振動和波是應(yīng)用演示手段最為豐富的部分，教學中應(yīng)充分應(yīng)用演示實驗和多媒體手段闡述旋轉(zhuǎn)矢量法；展示阻尼振簡諧運動的動力學方程簡諧運動的能量阻尼振動、受迫振動和共振非線性振動簡介一維簡諧運動的合成、拍現(xiàn)象兩個相互垂直、頻率相同或為整數(shù)比的簡諧運動合成機械波的基本特征、平面簡諧波波函數(shù)波的能量、能流密度惠更斯原理、波的衍射波的疊加、駐波、相位突變

機械波的多普勒效應(yīng)動、受迫振動和共振現(xiàn)象、振動的合成、李薩如圖形、駐波、多普勒效應(yīng)等內(nèi)容。并可鼓勵學生自己設(shè)計展示物理思想和物理現(xiàn)象的多媒體課件。聲波、超聲波和次聲波；聲強級三、熱學序號內(nèi)容類別說明和建議平衡態(tài)、態(tài)參量、熱力學第零定律對于中學物理介紹得比較多的氣體宏觀規(guī)律，如氣體的狀態(tài)方程、熱力學第一定律等應(yīng)注意展開適度，減少不必要的重復。溫度是熱學的重要概念，除了說明溫度的統(tǒng)計意義外，還應(yīng)講述為其提供實驗基礎(chǔ)的熱力學第零定律。注重講授大量粒子組成的系統(tǒng)的統(tǒng)計研究方法和統(tǒng)計規(guī)律，以及熱現(xiàn)象研究中宏觀量與微觀量之間的區(qū)別與聯(lián)系。通過理想氣體的壓強和氣體分子平均自由程等公式的建立以及氣體范德瓦耳斯方程的導出，進一步講授科學研究的建模方法。理想氣體狀態(tài)方程準靜態(tài)過程、熱量和內(nèi)能熱力學第一定律、典型的熱力學過程多方過程循環(huán)過程、卡諾循環(huán)、熱機效率、致冷系數(shù)熱力學第二定律、熵和熵增加原理、玻爾茲曼熵關(guān)系式范德瓦耳斯方程統(tǒng)計規(guī)律、理想氣體的壓強和溫度理想氣體的內(nèi)能、能量按自由度均分定理麥克斯韋速率分布律、三種統(tǒng)計速率

玻耳茲曼分布5.要強調(diào)熱力學第二定律的重要性，使學生理解和掌握熵和熵增加原理是自然界（包括自然科學和社會科學）最為普遍實用的定律之一。氣體分子的平均碰撞頻率和平均自由程輸運現(xiàn)象四、電磁學序號內(nèi)容類別說明和建議庫侖定律、電場強度、電場強度疊加原理及其應(yīng)用對中學物理介紹得比較多的電力、磁力、靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)現(xiàn)象等內(nèi)容，講述中應(yīng)注意與中學教學的銜接，減少不必要的重復。電磁學的重點在于通過庫侖定律、高斯定理和環(huán)路定理、畢奧一薩伐爾定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等，學習電磁場的概念以及場的研究方法。突出介紹以點電荷的電場和電流元的磁場為基礎(chǔ)的疊加法。強調(diào)電場強度、電場力、磁感應(yīng)強度、磁場力的矢量性。并加強學生應(yīng)用微積分解決物理問題的訓練。重點講述法拉第電磁感應(yīng)定律以及麥克斯韋關(guān)于渦旋電場靜電場的高斯定理電勢、電勢疊加原理電場強度和電勢的關(guān)系、靜電場的環(huán)路定理導體的靜電平衡電介質(zhì)的極化及其描述有電介質(zhì)存在時的電場電容磁感應(yīng)強度：畢奧一薩伐爾定律、磁感應(yīng)強度疊加原理恒定磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理安培定律和位移電流的基本假設(shè)，并闡明麥克斯韋方程組的物理思想，幫助學生建立起統(tǒng)一電磁場的概念以及認識電磁場的物質(zhì)性、相對性和統(tǒng)一性。洛倫茲力物質(zhì)的磁性、順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)有磁介質(zhì)存在時的磁場電路是處理電磁問題的一種常用方式，有很重要的實際意義，應(yīng)說明用“路”或“場”處理電磁問題的前提條件。對于后續(xù)課程沒有電工或電路課的學生，應(yīng)當把列為類有關(guān)電路的內(nèi)容作為核心內(nèi)容（類）處理；對其他專業(yè)學生，這部分內(nèi)容可以刪去，以免與后續(xù)課程重復。恒定電流、電流密度和電動勢法拉第電磁感應(yīng)定律動生電動勢和感生電動勢、渦旋電場自感和互感電場和磁場的能量位移電流、全電流環(huán)路定律麥克斯韋方程組的積分形式電磁波的產(chǎn)生及基本性質(zhì)麥克斯韋方程組的微分形式邊界條件超導體的電磁性質(zhì)

直流電：閉合電路和一段含源電路的歐姆定律、基爾霍夫定律、電流的功和功率交流電：簡單交流電路的解法（矢量圖解法和復數(shù)解法）、交流電的功率、三相交流電暫態(tài)過程、諧振電路五、光學序號內(nèi)容類別說明和建議幾何光學基本定律介紹幾何光學的基本定律和近軸光學成像的分析方法。重點講述光的干涉和衍射，使學生掌握判斷波的基本特征。分波陣面干涉主要介紹楊氏雙縫干涉，洛埃鏡干涉可突出相位突變的實驗驗證。分振幅干涉的教學重點是等厚干涉及其應(yīng)用。通過干涉和衍射的學習，以及一些光學器件在現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用，使學生理解光柵光譜的特征以及光譜分析的意義，了解光學精密測量的基本方法。光學也是演示手段較為豐富的一部分，可充分運用多媒體手段展示干涉和衍射現(xiàn)象的規(guī)律及其變化、單縫衍射對光柵衍射的調(diào)制作用及缺級現(xiàn)象、偏振光的獲得等內(nèi)容，幫光在平面上的反射和折射光在球面上的反射和折射薄透鏡顯微鏡、望遠鏡、照相機光源、光的相干性光程、光程差的概念分波陣面干涉分振幅干涉邁克耳孫干涉儀光的空間相干性和時間相干性惠更斯菲涅耳原理

夫瑯禾費單縫衍射助學生加深對光學基本理論的理解。光柵衍射光學儀器的分辨本領(lǐng)晶體的射線衍射全息照相光的偏振性、馬呂斯定律布儒斯特定律光的雙折射現(xiàn)象偏振光干涉和人工雙折射旋光現(xiàn)象光與物質(zhì)的相互作用：吸收、散射和色散六、狹義相對論力學基礎(chǔ)序號內(nèi)容類別說明和建議邁克耳孫莫雷實驗本部分重點講述狹義相對論的基本原理、研究方法，通過與絕對時空觀的比較，幫助學生建立狹義相對論的時空觀。狹義相對論的兩個基本假設(shè)洛倫茲坐標變換和速度變換同時性的相對性、長度收縮和時間延緩2?注意學習相對論動力學基礎(chǔ)。相對論動力學基礎(chǔ)能量和動量的關(guān)系電磁場的相對性七、量子物理基礎(chǔ)序號內(nèi)容類別說明和建議黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓散射突出講授光的波粒二象性的物理思想，對中學已講解的光電效應(yīng)可適當簡化，避免不必要的重復。本部分重點介紹量子力學的基本原理，幫助學生建立物質(zhì)波粒二象性和量子化的概念，這是從經(jīng)典物理到量子物理過渡的重要階梯。理解微觀物質(zhì)的描述方式和波函數(shù)的統(tǒng)計意義，并通過一維無限深勢阱的量子力學描述以及與經(jīng)典駐波的比照，幫助學生理解波函數(shù)和薛定諤方程是量子力學狀態(tài)描述的手段。注意通過幾個重要實驗和模型，給出量子力學作為新理論創(chuàng)立和發(fā)展的過程以及人們對物質(zhì)世界認識不斷深化的過程，給學生以創(chuàng)新思維和探究精神的啟迪。戴維孫革末實驗、德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)玻爾的氫原子模型夫蘭克赫茲實驗、原子里德堡態(tài)、對應(yīng)原理波函數(shù)及其概率解釋不確定關(guān)系薛定諤方程一維無限深勢阱一維諧振子一維勢壘、隧道效應(yīng)、電子隧道顯微鏡

氫原子的能量和角動量量子化電子自旋：施特恩蓋拉赫實驗泡利原理、原子的殼層結(jié)構(gòu)、元素周期表堿金屬原子、交換對稱性、激光、激光冷卻與原子囚禁八、分子與固體序號內(nèi)容類別說明和建議化學鍵：離子鍵、共價鍵這部分內(nèi)容重在物理圖像和物理概念的建立。幫助學生理解離子鍵和共價鍵兩種重要化學鍵形成的機理及分子結(jié)構(gòu)的基本特點。理解金屬中自由電子的分布規(guī)律和導電機制，能帶的形成，半導體的導電機制，結(jié)的形成以及簡單半導體器件的工作原理。分子的振動與轉(zhuǎn)動自由電子的能量分布與金屬導電的量子解釋能帶、導體和絕緣體半導體、結(jié)、半導體器件九、核物理與粒子物理序號內(nèi)容類別說明和建議原子核的一般性質(zhì)這部分內(nèi)容重在幫助學生了解研究微觀物質(zhì)的基本方法。

放射性衰變、輻射劑量2.重點介紹物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律和相互作用的基本物理圖像。原子核的裂變與聚變粒子及其分類守恒定律基本相互作用與標準模型十、天體物理與宇宙學序號內(nèi)容類別說明和建議星體的演化：白矮星、中子星和黑洞了解廣義相對論的基本原理，并建立相應(yīng)的時空觀。介紹天體和宇宙演化的物理圖像，了解微觀，宏觀和宇觀物理規(guī)律之間的聯(lián)系，幫助學生建立科學的自然觀和宇宙觀。廣義相對論基礎(chǔ)：等效原理、彎曲時空、引力紅移和引力輻射宇宙學