高等学校物理学本科指导性专业规范目 录

一、制定本专业规范的指导思想和基本原则

1.指导思想

2.基本原则

二、物理学本科专业的学科基础

1.物理学科概况及历史沿革

2.物理学与相关学科的关系

三、物理学本科专业的培养目标

四、物理学本科专业的培养规格

1.素质要求

2.能力要求

3.知识要求

五、物理学本科专业的教学内容

1.物理学本科专业知识体系

2.相关基础学科知识体系

3.专业实践体系

4.创新训练

六、物理学本科专业的课程体系

1.必修课程

2.选修课程

3.专业实践环节

七、物理学本科专业基本教学条件

1.师资队伍

2.教材

3.图书资料

4.实验室

5.实习基地

6.教学经费

八、附录

附录A 基本知识体系

1.基本理论知识体系

2.物理实验知识体系

附录B 部分专业必修课程描述

随着我国高等教育规模的不断扩大和人才需求结构的变化,高等学校物理学本科专业人才的培养模式和方法有了很大的变化。为了进一步加强全国高等学校物理学本科专业建设,规范物理学本科专业教学,教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理学类专业教学指导分委员会根据教育部高等教育司的要求,重新制定物理学本科指导性专业规范,以适应我国高校物理学本科专业人才培养的需要。

一、制定本专业规范的指导思想和基本原则

1.指导思想

根据物理学发展的现状和社会经济发展对物理人才需求,努力把近年来取得的教学和科研重要成果纳入到本科专业教学中,以提高物理学专业教学质量,促使创新人才的培养。

本指导性专业规范仅规定本科教学内容和教学质量应当达到的最低要求,包括物理学专业本科学生应该学习的基本理论、基本技能和基本应用等方面。不同层次的学校可以在这个最低要求的基础上增加各校的要求,制定相应的教学质量标准,以符合各自的办学定位,体现特色。为了有利于各个高校自主办学,在专业方向的设置上,本规范未作具体规定,各校可根据自己的办学定位、专业特色和社会对人才知识结构的需求自行确定。

2.基本原则

(1)规范性与多样化相结合。既严格规范基本要求,又留出较大的自主设计空间,以体现风格各异的办学特色,适应培养多种类型人才的需要。

(2)拓宽专业口径。做到“科学基础深厚,学科支柱坚实,专业特色鲜明,鼓励学科交叉,适应不同领域”。

(3)规范内容最小化。本规范只规定我国高等学校物理学专业本科学生必须掌握的基本理论、基本技能和基本应用,在此基础上建议相应的授课学时或学分控制范围。

(4)最低标准。对教学所需的软、硬件条件规定最低合格标准,以保证物理学专业本科教学水平整体满足基本的质量要求。

(5)因材施教。为学生进一步拓宽知识领域、加深理解、提高能力、自主学习和自主研究提供尽可能好的环境和多种选择。

本规范给高校教学改革留出空间,以利于分类指导,使本指导性专业规范具有普遍的指导意义和可操作性。应该特别指出,本规范只是物理学本科教学的最低要求,各校可以根据自身条件,超越本规范要求,进一步提高教学质量。

二、物理学本科专业的学科基础

1.物理学科概况及历史沿革

物理学是人类在探索大自然现象及其规律过程中形成、以实验为基础的一门科学。物理学研究宇宙间一切物质的基本形式、性质和运动规律,研究物质之间的相互作用与转化、各种物质形态的内部结构等。人类对自然界的认识来自于实践,随着实践的扩展和深入,物理学的内容也在不断扩展和深入。

物理学的各分支学科是按物质的存在形式或运动规律而划分的。物质的不同存在形式及不同运动规律之间存在着联系,各分支学科之间互相渗透。物理学是各分支学科既相对独立又彼此密切联系的统一整体。

物理学中最早系统研究的物质运动规律是物质的机械运动规律。17世纪,人们已经了解宏观物质机械运动的基本规律。到19世纪末,物理学建立了包括力学、热学、电磁学和光学等学科在内的完整的基本理论体系,即经典物理学。20世纪初,在进一步探索自然奥秘的过程中,人们相继建立了相对论和量子力学,在此基础上发展起来的物理学通常称为近代物理学。按照研究对象的不同尺度和结构层次,当今的物理学也划分为天体物理学、凝聚态物理学、原子分子物理学、核物理学和粒子物理学等。物理学业已把人类对自然界的认识推进到了前所未有的深度和广度;然而仍有许多重要的基本问题尚待解决,如强、弱、电磁、引力四种基本相互作用力的统一,暗物质和暗能量之谜等有可能对物理学产生革命性影响的问题,以及复杂体系和极端条件下物质的新效应。当前物理学基础研究的三个重要方向是:物质深层次微观结构和运动的基本规律,宇宙大尺度结构及运动的基本规律,凝聚态物质和复杂系统的内部结构、内部运动的基本规律及宏观量子效应。

物理学和基于物理学原理发展的高新技术是人类社会发展的推动力之一。物理学在探索未知物质结构和运动规律中的每一次重大突破,不仅带来了物理学新领域和新方向的发展,而且也导致了新的技术学科的产生。以物理学为基础发展起来的现代电力技术、微电子和光电子信息技术、核能技术、新材料技术等导致了产业革命,推动了其他学科的发展,并极大地改变了人类的生活方式。这些技术的发展和应用,反过来又大大地推动了物理学自身的发展。在当今社会发展的进程中,人类面临着能源、环境、资源等诸多涉及可持续发展的重大问题。如何在进一步认识自然界微观、宇观、复杂系统规律的同时,为人类的可持续发展做出重大贡献,也是今后物理学研究的重要课题。

2.物理学与相关学科的关系

物理学的基本原理渗透在自然科学的各个领域,应用于技术科学的各个方面,是技术科学的基础和先导。物理学深刻影响人类的思维方式和对世界的基本认识,所体现的科学的世界观和方法论,形成人类文明的一个重要组成部分。

数学是物理学研究的基本工具之一。物理学理论通常以数学形式表达,然而物理学定律的正确性只能由反复的严格的物理实验来检验。物理学的发展也进一步推动了数学的发展。

长期以来,物理学的发展推动了化学、生命科学、地学、天文学等基础学科的发展。例如,物理学对原子、分子的量子规律的揭示,为化学奠定了微观理论基础;物理学原理和技术的发展使化学和生命科学等学科的实验研究手段产生了根本的变化。

17世纪的力学、18—19世纪的热学、19世纪的电磁理论以及20世纪量子力学和相对论的建立,都直接地推动了机械、电力、能源、材料、信息等技术学科的建立和发展,并导致了工业革命和信息革命。近十几年来物理学及其研究方法已经逐步渗透到经济学乃至社会科学诸多学科领域。

工业技术的进步和人类对可持续发展的需求,正在不断地推动物理学的新发展。物理学的许多前沿研究都有其明确的应用前景。例如,核聚变、激光、高温超导、巨磁电阻、介观物理、纳米/功能材料、量子信息等,它们已经或可能继续在能源、信息、计算机、生命和材料等许多领域孕育新的发展。

物理学的进一步发展必将对人类现代文明和社会进步继续做出重大贡献。

三、物理学本科专业的培养目标

物理学本科专业教育主要是为从事物理学及相关学科前沿问题的研究和教学的专业人才打下基础,同时也培养能将物理学应用于技术和社会各个领域的复合型、综合性人才。经过四年的专业学习和训练,学生具备在物理学及相关学科进一步深造的基础,或适应毕业后从事研究、教学、技术应用和管理等方面工作的要求。

物理学本科专业培养的人才应具备良好的数学基础,掌握物理学的基本知识与原理;受到科学思维和物理学研究方法的训练,具有科学精神、科学素养、科学作风和创新意识;具备一定的独立获取知识的能力、实践能力和研究能力。

四、物理学本科专业的培养规格

物理学本科专业学制为四年,学生在完成相关课程学习并满足规定的各项基本要求后可授予理学学士学位。

物理学本科专业培养的人才一般应符合以下几个方面的基本要求。

1.素质要求

(1)思想品德素质:具有良好的公民意识、法制意识、政治素质、思想素质、道德品质、诚信品质;

(2)人文素质:具有文化素养、艺术素养、现代意识、全球意识、团队精神;

(3)专业素质:具有科学思维方法、科学精神、创新意识;

(4)身心素质:具有良好的身体素质和心理素质。

2.能力要求

(1)获取知识的能力:具有自学能力、获取信息和处理加工信息的能力;

(2)应用知识能力:具有综合应用知识解决问题的能力、实验能力、计算机及信息技术应用能力、团队协作能力;

(3)创新能力:具有创造性思维能力、独立思考及批判性思维能力、初步的科学研究能力和一定的科技开发能力;

(4)表达能力:具有较好的书面和口头表达能力、具备撰写学术论文,参与学术交流的能力、应用外语的交流能力、向社会公众传播科学普及知识的能力。

3.知识要求

(1)专业知识:具有科学的世界观,比较系统地、完整地、扎实地掌握物理学的基本理论,基本实验方法,具备本专业所需的数学基础知识,具有较宽的知识面,对近代物理学和物理学的新发展在高技术与生产中的应用,以及与物理学相关学科和技术的新发展有所了解;

(2)工具知识:掌握外语、计算机及信息技术等方面的知识;

(3)人文社会科学知识:具有一定的哲学、政治学、法学、心理学、经济管理等方面的知识;

(4)其他自然科学和相关工程技术的初步知识。

五、物理学本科专业的教学内容

物理学本科专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架由通识教育、专业教育和综合教育三大部分构成,如图1所示。

图1 物理学专业本科人才培养的教育内容

本规范主要涉及物理学本科的专业教育内容。通识教育和综合教育内容按照教育部和学校有关要求实施。

1.物理学本科专业知识体系

如图2所示,物理学本科专业知识体系由物理学专业基本知识体系和物理学特定专业方向的知识体系构成。物理学本科人才培养按照物理学一级学科设置,物理学专业基本知识体系面向所有物理学专业本科生;而物理学特定专业方向知识体系则面向对该专业方向的本科学生。

物理学专业基本知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。每一知识领域包含若干知识单元;每一个知识单元包含若干知识点;知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。物理学核心知识单元提供的是物理学知识体系的基本要素,是物理学本科教学中学生必须掌握的、具有共性的物理学最基本的知识单元。选修知识单元是指可选的、非核心知识单元,其选择和组合应体现各校的不同需求和特色。

图2 物理学本科专业知识体系

物理学本科专业的7个专业基本知识领域和22个核心知识单元如表1所列。由于物理学的基础和应用领域非常广泛,表1中也列举了少量的选修知识内容。在本规范附录A中详细地列出了各个专业基本知识领域所包含的知识单元、知识点以及各个知识点建议所属的课程和最少学时数等。对核心知识单元所建议的最少学时数是保证教学质量所必须的最低要求。

表1 物理学本科专业基本知识领域和知识单元

物理学本科特定专业方向的知识体系同样由专业方向知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。各校应根据各自的特色专业方向,确定相应的知识领域、知识单元和知识点,围绕专业方向知识体系内容开设相关的课程。如对于凝聚态物理专业方向,可开设半导体物理、超导物理、磁学、电介质物理、固体理论、固体物理实验、固体光学性质、量子场论等课程,以及凝聚态物理前沿问题等专题。

2.相关基础学科知识体系

物理学本科专业的相关学科知识领域主要包括数学、信息科学与技术、化学、生命科学、材料科学等。本规范不单独制定相关学科知识领域的知识单元和知识点。

3.专业实践体系

为提高学生的实践能力,物理学专业必须加强实践性环节的教学,着重培养以下能力:

(1)实验技能。包括基本实验方法的掌握、基本仪器的使用、常用物理量的测量、数据处理及误差和不确定度分析、基础性测量实验装置的搭建等。

(2)科学研究能力。包括观察和发现问题的能力、解决问题的能力、综合设计物理实验和分析实验结果的能力、定性分析和定量计算的能力、将研究结果推广应用的能力、撰写研究报告和研究论文的能力等。

这些能力的培养,除基础物理实验(包括普通物理实验和近代物理实验)、专业物理实验、电工电子技术及计算机技术等实验课程外,还包括课程设计(论文)、金工实习、教学实习(适用于师范专业)、社会实践、科研训练和综合论文训练等多种形式。可以将各种实习的时间集中使用,在现场实习。应注意实践课程与理论课程的有机结合,特别是各知识领域及知识单元在实践中的综合运用。

4.创新训练

为加强和突出大学生创新能力培养,应构建创新训练体系。物理学本科创新训练教学体系应注重从以下几方面培养学生:

(1)敢于和善于提出问题的能力;

(2)独立思考和批判性思维能力;

(3)创新意识和创新思维;

(4)物理学研究方法的领悟和运用。

创新能力培养应该渗透在所有课程的教学和实践环节中,还应体现在课程设计、课程小论文、本科生创新研究计划、创新性实验和毕业论文等多种形式中,还可以在专题讲座的基础上,学生通过阅读国内外有关文献,提出问题,完成某一主题的调研报告。创新训练应作为课程教学中的一项基本内容,纳入课程教学大纲,逐步形成创新训练的导师制,逐步建立和完善对学生参与创新训练的评价与激励体制。

六、物理学本科专业的课程体系

物理学本科专业课程体系是物理学本科专业知识体系的载体,课程体系的组织以知识学习体系、实践能力培养体系、创新训练体系为基本框架。

物理学本科专业课程体系由专业基础课、专业课和专业实践环节组成。这三部分都包含必修课程和选修课程。物理专业必修课程原则上应该覆盖物理学专业基本知识体系和物理学特定专业方向的知识体系中的全部核心知识单元,还应根据需要选修一定数量的相关学科课程。实践性课程和研究能力的训练应注意与理论课程教学有机结合,贯穿在整个教学环节中。

1.必修课程

(1)公共必修课程

公共必修课程包含教育部指定的必修课程和高等学校自定的必修课程两部分(含英语、计算机技术等),分别按照教育部相关课程基本要求和各校自定要求执行。

物理学专业的数学课程可按非数学类专业“大学数学”的最高标准要求,建议最少学时数(不含习题课和讨论课的实际授课学时,下同)不低于224学时。

(2)专业必修课程

作为基本知识单元的载体,物理必修课程所覆盖的知识点和课程要求的描述见附录A和附录B。表2所列为建议的物理基础理论课程的最少授课学时。物理基础理论课程和专业必修理论课程的最少授课学时总数不低于704学时,有条件的学校可适当增加课程的学时数,及课外与课内学时比。

表2 物理基础理论课程的最少课时分配

(3)基础物理实验(包括普通物理实验和近代物理实验)和专业实验课程的总学时数不低于192学时。

物理实验中的基础性实验、综合性实验、设计或研究性实验应有一定比例。专业实验应结合学校的特色来设置。

2.选修课程

选修课程旨在学生素质和能力的培养、相关学科基础知识的传授和技能培养,以及专业知识领域的扩展。

(1)专业选修课:专业选修课程包括学生所选择的物理学分支学科的基础知识、理论和实验方法,使学生对该专业方向有一定的理解,并适应进一步发展的需要。还可开设一些如学科前沿讲座和研究专题基础等导论性课程,扩大学生的知识面。通过这些课程,让学生了解物理学研究的前沿和社会需求,激发学生的创新欲望。建议开设的部分专业选修课程见表3。

表3 部分建议选修课程

(2)相关学科选修课:除了计算机技术、电子技术等技能课程外,选修物理学专业以外的其他相关交叉学科的课程是现代科学技术发展趋势的必然要求。当代科学发展的一个重要特点是学科间的交叉。物理学与其他学科的交叉更为显著,产生了许多新的边缘和交叉学科。开设这类课程的目的在于让学生了解这些学科的概况、基本理论和实验事实、处理问题的方法、与物理学的联系、尚待解决的问题等,以拓宽学生的视野,完善他们的知识结构。

(3)专业前沿讲座:专题讲座是学生了解本专业前沿最新发展和动态的重要途径之一,也是实现本专业培养目标不可缺少的部分。专题前沿讲座由在各领域前沿比较活跃、学术造诣比较深、知识面广的教师主持。讲座的内容包括本专业学科方向或相关专业发展的热点或重点问题、最新进展、重要的方法等。

3.专业实践环节

专业实践环节包括研究性训练、教学实习、毕业论文(或毕业设计)。

研究性训练可以是设计性实验,也可以参加指导教师的研究组的研究。各校可以根据实际情况安排,并确定相应的学时和学分。

教学实习是师范类学生从事中等教育的一个必不可少的教学实践环节。各校可根据实际情况安排,并确定相应的学时和学分。

用于毕业论文(或毕业设计)的时间一般不少于12周。论文内容可以是理论研究、实验研究、文献综述、调研报告或应用开发。论文应具有完整性和一定的系统性,对所研究的问题应有比较充分的调研,分析具体,结论可靠。提交的论文应符合通常科技论文的规范和要求,内容基本正确。对论文的评价重点是学生的学风、对知识的综合掌握、应用能力、分析能力和解决问题的能力。毕业论文一般应组织答辩。

七、物理学本科专业基本教学条件

基本教学条件涵盖师资、教材、图书资料、实验室、实习基地、教学经费等多个方面。本规范中相关量化指标若与教育部文件不一致,当以教育部规定为准。

1.师资队伍

从事物理学专业课程教学工作的教师应具有物理类专业本科以上学历;新从事教学工作的教师应具有硕士以上学历,在独立授课前,需要通过岗前培训。

各校应建立结构合理、相对稳定、水平较高的师资队伍,要安排学术造诣较高的学科带头人承担本专业的教学工作。师资中的教授、副教授(包括高级实验师)的比例应达到教育部的要求。

开办本专业所需的最少全职教师人数由本科生招生规模及每位教师所承担的最多课时数等因素确定。教师人数还应适当考虑学生创新能力培养和毕业论文的指导。各校还应根据本校物理学专业的特点,配备相应数量的教辅人员。

2.教材

专业基础课程宜选择符合本规范、由国家正规出版社出版的优秀教材,鼓励选用国内外著名出版社出版的物理学经典教材。

3.图书资料

图书资料包括以下几个方面:

(1)教学参考书,包括与课程相关的中外文教材、教学辅导材料、课件或多媒体材料;

(2)期刊,包括专业杂志(中外文)、科普杂志、教学研究类杂志;

(3)电子书刊及其他数字化资源;

(4)本专业学科工具书及其各类检索工具(包括网络检索,数字资源检索等)。

图书资料应按照每位在校学生人均专业参考书不少于50册(专业杂志按每期1册计算,下同),每年新添专业图书不少于人均2册的基本要求配置。物理专业杂志种类一般应超过20种,其中应有外文杂志。

4.实验室

与物理有关的教学实验室应包括:普通物理实验室、物理学演示实验室、近代物理实验室、计算机室、电工电子实验室、物理教师教育实验室(适用师范类)等。

基础物理实验要求实验室有足够的实验设备,同时使用一套设备做实验的学生每组人数原则上不多于2人。要开设一定数量的综合性实验、设计性或研究性实验,并注重培养学生的动手能力、观察力、创新能力、增强对理论知识的理解。各校可根据自身具体情况在实验内容的选取方面有所侧重。

要求新开办物理专业的固定资产不低于300万元。按全校必修基础物理实验的学生人数计,要求生均教学科研仪器设备费不低于5000元,而专业实验室仪器设备的固定资产总额按(5000元×所有物理学专业人数)计算。要求每年有一定经费用于更新和添置仪器设备,使总的仪器设备资产考虑折旧后,总值仍有所增长。

5.实习基地

为对学生进行动手能力、综合技能等方面的训练,鼓励建立相对稳定的实习基地,鼓励与各类科研机构和生产企业的合作。

6.教学经费

教学经费除课程业务费用外,还应包括学生毕业论文,教师进行教学研究和参加各类教学研讨会,每年教学仪器设备的添置、维修和更新,易耗实验材料等多方面的费用。要求每年投入经费能保证教学和科研工作的正常进行,生均年常规教学经费按教育部有关规定执行。

本规范适用于物理学专业(070201)四年制本科,是保障本专业教学目标的最低要求。

八、附录

附录A 基本知识体系

1.基本理论知识体系

物理学本科专业的基本理论知识体系包括7个知识领域,23个核心知识单元和若干核心知识点。

建议由下列12门物理学基础和理论必修课(见表1),以及基础性实验课程来覆盖7个知识领域的核心知识单元和核心知识点。部分知识点也可以纳入专业必修课、选修课或专业讲座,其课程的教学大纲及覆盖的知识单元和知识点,由各校参照本方案制定。

表1

知识领域一:机械运动现象与规律

建议所属课程:A:力学,F:理论力学

核心知识单元1-1 牛顿(Newton)①力学基本规律

核心知识单元1-2 分析力学基本原理

核心知识单元1-3 力学典型问题

知识领域二:热运动现象与规律

建议所属课程:B:热学,G:热力学与统计物理学

核心知识单元2-1 分子动理学

核心知识单元2-2 物态与相变

核心知识单元2-3 热力学定律与应用

核心知识单元2-4 平衡态统计

知识领域三:电磁和光现象与规律

建议所属课程:C:电磁学,D:光学,H:电动力学

核心知识单元3-1 几何光学

核心知识单元3-2 物理光学

核心知识单元3-3 静电场与静磁场

核心知识单元3-4 电磁波

知识单元3-5 交直流电路

知识领域四:物质微观结构和量子现象与规律

建议所属课程:E:原子物理学,I:量子力学

核心知识单元4-1 原子与亚原子结构

续表

核心知识单元4-3 量子力学近似方法与应用

知识领域五:凝聚态物质结构及性质

建议所属课程:J:固体物理学

核心知识单元5-1 晶体结构

核心知识单元5-2 晶格动力学

核心知识单元5-3 电子能带理论

知识领域六:时空结构

建议所属课程:A:力学,H:电动力学,I:量子力学

核心知识单元6-1 狭义相对论

核心知识单元6-2 广义相对论和天体物理初步

知识领域七:物理学中的数学方法

建议所属课程:K:数学物理方法,L:计算物理基础

核心知识单元7-1 复变函数

核心知识单元7-2 数学物理方程

续表

核心知识单元7-3 计算物理基础

2.物理实验知识体系

实验课程是实验技能和科学研究能力培养的一个主要载体。

物理学专业的本科实验课程包括基础物理实验和专业实验课程。基础物理实验由普通物理实验(含力学、热学、电磁学、光学实验)和近代物理实验组成,专业实验根据专业方向的设置开设。普通物理实验应不少于128学时(在实验室做实验的实际时间,不含预习、写实验报告等,下同),其中力学、热学、电磁学和光学实验均不少于16学时;近代物理实验应不少于64学时。

通过基础物理实验的教学应使学生掌握基本物理实验方法、基本仪器的使用、常用物理量的测量、数据处理及误差和不确定度分析的基础知识、基础性测量装置的搭建等。还应要求学生掌握常用的实验操作技术。

基本物理实验方法包括:比较法(包括补偿法、平衡法即零差比较法)、转换法、放大法、模拟法和光学实验中的干涉法、衍射法等,以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法。

常用仪器包括:长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交/直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等。

基本物理量包括:长度、质量、时间、电流、温度、光强、物质的量。常用物理量由基本物理量导出,如热量、湿度、压强、压力、电压、电阻、磁感应强度、辐射通量或辐射通量(面)密度、折射率、元电荷、普朗克常量、里德伯常量等。应学习基本物理量及常用物理量的测量、国际量制和国际单位制等基础知识。

常用实验数据处理方法包括:列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技术的普及,应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。应掌握测量误差与不确定度的基本概念,学会数值修约方法(包括有效数字位数的确定和修约),能逐步学会用不确定度的基本概念对直接测量和间接测量的结果进行评定。

各校应根据条件,在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术,例如,激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术、结构分析波谱技术等。

下面列出了部分基础物理实验的选题,各校可根据自己的特点从中选择。

力学实验

1)速度、加速度的测定

2)动量守恒、能量守恒定律的验证

3)转动惯量的测量

4)弹性模量

5)质量与密度的测量(气、液、固)

6)阻尼、受迫振动

7)弦振动

8)声速的测定

9)力学传感器及其应用

10)振动模式研究

11)单摆混沌装置

12)傅里叶频率合成

13)复摆与耦合摆

热学实验

14)质量热容(比热容)

15)熔解热、汽化热

16)线膨胀系数

17)热导率的测定

18)粘度的测定

19)相变临界现象的研究

20)温度传感及其标定和应用

电磁学实验

21)电子比荷(荷质比)的测定

22)直流电桥

23)非线性元件的伏-安特性

24)交流电桥

25)介电常量的频率特性

26)RLC电路的暂态过程

27)RLC电路的稳态实验

28)RLC谐振电路的幅频特性与相频特性

29)霍耳效应

30)磁滞回线

31)弱电流测量

32)示波器原理及其应用

33)存贮示波器及其应用(瞬态过程的测量)

34)电信号的傅里叶分析

35)用非线性电路研究混沌现象

光学实验

36)几何光学系列实验

37)玻璃折射率与波长的关系

38)无吸收薄膜厚度和折射率的测量

39)衍射光栅

40)多种缝、孔衍射现象的半定量研究

41)椭圆偏振光的观测

42)迈克尔逊干涉仪

43)旋光现象

44)分光计的调整及使用

45)光栅单色仪的调整与应用

46)光速的测定

47)光学多道分析器的调整与应用

48)电光调制

49)声光调制

50)光学傅里叶变换

51)傅里叶光谱仪

52)光的色度研究

53)全息技术

近代物理实验

54)黑体辐射

55)光电效应

56)逸出功的测定

57)油滴法测元电荷

58)电子衍射

59)原子能级的研究

60)康普顿散射

61)斯特恩-盖拉赫实验

62)塞曼效应

63)原子光谱

64)分子光谱

65)法拉第效应

66)克尔(Kerr)效应

67)吸收光谱

68)荧光光谱

69)拉曼(Raman)光谱

70)真空的获得与测量

71)低温的获得与测量

72)单光子计数器

73)线阵CCD特性的研究

74)常用光电传感器的特性及其应用

75)光纤应用

76)光纤传感器特性的研究与作用

77)激光谐振腔与模式的研究

78)半导体激光器特性的研究

79)染料激光器的调整与光束的控制

80)激光的倍频与混频

81)光学双稳态

82)激光在测量中的应用

83)卢瑟福散射

84)盖革(Geiger)-弥勒(Muller)计数器和核衰变的统计规律

85)闪烁计数器及γ能谱测量

86)符合测量

87)X射线标识谱与吸收

88)X射线荧光光谱

89)穆斯堡尔(Mössbauer)效应

90)核磁共振

91)超导量子干涉器件的研究

92)质谱仪

93)工业CT

94)正电子湮没寿命谱仪

95)相对论实验(α、β磁谱仪)

96)测量相对论速度电子的动能与动量关系

97)电子自旋共振(微波波段)

98)铁磁共振

99)光泵磁共振

100)微波的产生、反射、吸收

101)微波干涉、衍射

102)超声光栅

103)超声探伤

104)等离子体研究方面的有关实验

105)劳厄(Laue)相及晶体结构分析

106)用X射线测定多晶体的晶格常数

107)PN结电容和杂质浓度分布

108)固体材料低温物性的测量

109)薄膜制备

110)薄膜厚度的实时检测

111)薄膜特性测量

112)超导磁效应的研究

113)高温超导材料的制备与测量

114)高温超导材料的导电性能与临界转变温度的测量

115)巨磁阻效应

116)纳米材料制备与测量

117)透射电镜的使用

118)扫描电镜的使用

119)扫描隧道显微镜的使用

120)原子力显微镜的使用

121)虚拟仪器在物理实验中的应用

附录B 部分专业必修课程描述

1.力学

力学是研究物体机械运动规律的基础课程。通过该课程的学习,学生应理解和掌握由实验与观测总结的机械运动基本规律,以及运用数学方法进一步导出力学规律,并学会利用基本和导出规律解决典型力学问题。力学课程的基本教学要求是阐明力学知识体系的逻辑结构,使学生掌握力学的基础理论知识和解决力学问题的一般方法,培养学生的逻辑思维及接受新事物的能力,为后继课程的学习奠定扎实的物理基础。

2.热学

热学是研究由大量微观粒子组成的宏观物质系统的热现象和热运动规律的基础课程。通过该课程的学习,学生应掌握对热力学系统进行宏观和微观描述的方法。通过对热现象进行观察和实验测量,总结出热力学基本定律,通过严密的逻辑推理和演绎来研究物质的各种宏观性质及其变化规律,形成热学的宏观理论。从物质的微观结构出发,运用统计方法研究物质内部微观粒子热运动所遵从的规律,揭示各种热现象的微观机制,形成热学的微观理论。热学的宏观理论给出自然界中热现象的普遍规律,微观理论则深入探讨热现象的本质,两者相辅相成,缺一不可。教学中要加强热学与其他学科,如生物、化学、环境科学等的联系,强调学科间的交叉与渗透。

3.电磁学

电磁学研究电、磁运动的基本规律以及电磁相互作用的规律。通过该课程的学习,学生应该掌握用基本定律处理典型问题,并导出其规律的方法;理解场的物理含义和电磁场的物质属性;理解麦克斯韦方程和电磁波的基本性质;初步掌握电磁场作用于导体、电介质和磁性物质的经典唯象描述。教学中应特别注意从实践的观点来分析、综合物理现象,并阐明物理规律。该课程将是电动力学及电子和电工课程的先导课,也将为应用电磁学知识解决实际问题打下基础。

4.光学

光学是研究光的本性、光的产生、传输、接收及其与物质相互作用基本规律的基础课程。光学课程的基本内容包括几何光学、物理光学和现代光学三个部分。本课程的基本教学要求是阐明这三部分内容的基本原理和处理光学问题的基本方法,重点是物理光学。通过该课程的教学,使学生不仅掌握光学基本原理,还要掌握处理光学问题的基本思想和方法,具有观察光现象、分析和解决光学问题的初步能力,同时为学习后继课程打下扎实的基础。

5.原子物理学

原子物理学是研究亚原子、原子和分子等不同层次的物质微观结构、运动规律及其相互作用,并阐述其宏观性质的基础课程。该课程突出用量子物理的概念处理微观世界的基本思想和方法,强调认识微观世界的正确的物理图像。在该课程的教学过程中应注重基本实验事实的教学,应注意分析讨论经典物理的处理方法的局限性和科学家在物理学发展的关键时刻是如何提出问题和解决问题的,应注重培养学生的科学创新意识,同时使学生为后续课程的学习打下良好基础。

6.理论力学

理论力学是研究机械运动规律的理论性课程,是力学课的提高和深入。理论力学的内容可总结为牛顿力学和分析力学(拉格朗日表述和哈密顿表述)两种理论知识体系。通过该课程的教学,不但应使学生掌握物体机械运动的基本理论,更重要的是应掌握分析力学的思想和方法,具备灵活运用牛顿力学和分析力学解决力学问题方法的能力,为后继课程的学习打下较扎实的基础。

7.热力学与统计物理学

热力学与统计物理学是研究由大量微观粒子组成的宏观物质系统的热现象和热运动规律的理论课程。热力学以大量实验总结出来的基本规律为基础,运用严密的逻辑推理和数学运算研究物体与热现象有关的宏观性质,其结果普遍、可靠,但不可能导出具体物质的具体特性。统计物理学是从物质的微观结构出发,考虑微观粒子的热运动规律,通过求统计平均的方法研究宏观物体的热性质及与热现象有关的规律,可给出具体物质的特性,但可靠性依赖于对微观结构的假设。两者的研究任务相同,研究方法不同,是相辅相成的。通过本课程的学习,学生应掌握热力学与统计物理学的基本概念、基本原理和处理问题的基本方法。

8.电动力学

电动力学主要研究电磁场的基本规律及其与物质的相互作用,以及运用这些规律处理各种电磁问题、研究各种电磁过程。它是电磁学的后续理论课程。通过本课程的教学,使学生掌握电磁场的基本规律和处理有关电磁系统的各类实际问题的典型方法,为今后进一步学习和从事研究工作打下基础。

9.量子力学

量子力学是研究微观物质量子现象与基本规律的理论课程,是近代物理学的重要理论基础。本课程从量子现象及其基本运动规律出发,阐述量子力学基本原理,揭示微观世界的基本规律,探索表征量子体系的基本力学量及其性质,和应用基本原理解决量子体系基本问题的方法。本课程不仅使学生掌握量子力学的基本原理和处理问题的一些重要方法,还应使学生获得运用这些方法解决一些基本问题的能力,并为进一步的专业课程学习和科学研究打下基础。

10.固体物理

固体物理学运用量子力学和统计力学研究固态物质的物理性质、微观结构、构成固态物质的各种粒子和准粒子的运动形态及相互作用。若将研究对象进一步包括液体和软物质,则构成凝聚态物理学。固体物理是物理学中内容丰富、应用极其广泛的一门分支学科,是微电子、光电子和材料科学等学科的基础。本课程着重阐述凝聚态物质性质的基本概念、基本理论、基本方法和典型模型。通过本课程的学习,使学生掌握晶体的结构、晶体的结合、晶格动力学和固体热学性质、固体能带理论和电子输运特性等固体物理的基础知识;提高运用普通物理学和理论物理知识解决具体问题与实际问题的能力。

11.数学物理方法

数学物理方法是一门数学和物理紧密结合的理论性课程。该课程以高等数学、普通物理学为基础,既为解决许多实际问题提供了数学工具,又是学习理论力学、电动力学、量子力学和热力学与统计物理学等后继课程的基础。通过学习,要求学生不但要掌握物理学中的常用数学方法,更重要的是,还要掌握将具体物理问题抽象成数学模型的思想和方法。该课程包括复变函数论和数学物理方程两部分内容。对该课程的基本教学要求是教会学生如何把各种具体物理问题通过恰当的近似,建立起数学的定解问题,熟练掌握求解定解问题的各种典型方法,并对所得的数学结论给予合理的物理解释,以培养学生利用数学和物理学基础知识解决实际物理问题和工程技术问题的能力。

12.计算物理基础

计算物理是用数值方法求解典型物理问题的一门实用性专业基础课程。该课程使学生掌握线性代数、常微分方程、逼近与插值和非线性方程组等常见计算问题的通用数值解法与编程技巧。本课程结合典型物理问题,有选择地介绍若干主要数值方法(如变分法、有限元方法、多重散射方法、密度泛函方法、蒙特卡罗模拟方法和分子动力学方法等)和软件应用,并结合计算机技术适当介绍计算科学的进展,为学生进一步从事有关的科学和技术研究,以及数值计算方法和软件研发打下基础。