高等学校应用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、应用物理学本科专业的学科基础

1.应用物理学的主干学科介绍

2.应用物理学与相关学科的关系

三、应用物理学本科专业的培养目标

四、应用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、应用物理学本科专业的教学内容

1.相关基础学科知识体系

2.应用物理学本科专业基本知识体系

3.专业方向知识体系

4.专业实践体系

5.创新训练

六、应用物理学本科专业的基本教学条件

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

七、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

附录C 应用物理学专业方向课程体系举例

光电子方向

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,近年来我国多所高校增设了一批专业方向各异的应用物理学本科专业。为了进一步加强全国高等学校应用物理学本科专业建设,规范应用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,重新制定应用物理学本科指导性专业规范,以适应我国高校应用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应用物理人才的需求,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,以提高应用物理学本科专业教学质量,促进创新人才的培养。

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,主要包括应用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。

设有应用物理学本科专业的高等学校应遵循基础知识扎实、专业特色明显的办学指导思想。努力加强专业方向课程建设和专业实验室建设;加强实验教学和实践环节;加强本校应用物理学本科专业的专业特色;并把培养学生的实践能力和创新能力放在十分重要的位置。

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“科学基础宽厚,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应用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的控制范围。

(4)最低标准。对教学所需的软、硬件条件规定最低合格标准,以保证应用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,本规范只是应用物理学本科教学的最低要求,各校应根据自身条件,努力超越本规范要求,进一步提高教学质量。

二、应用物理学本科专业的学科基础

1.应用物理学的主干学科介绍

应用物理学是将物理学的原理、方法应用于相关科学技术领域的应用型学科。

物理学是自然科学的重要组成部分,在整个自然科学中具有基础性及先导性的地位,是众多传统和现代高新技术建立的基础,同时也是未来新技术产生和发展的源泉与动力。早在19世纪末,物理学就形成了以力学、热学、电磁学和光学等构成的经典物理学。20世纪以来,近代物理学在探索物质微观结构和物质运动的基本规律,宇宙大尺度结构和运动的基本规律,以及探索宏观物质结构和复杂系统运动的基本规律等方面都取得了重要进展,并在20世纪初建立了相对论和量子力学,奠定了近代物理的理论基础。在此基础上,相继产生了当今物理学的各个分支学科。

物理学的发展和物理学原理、方法、技术面向实际领域的应用,使应用物理学的众多分支得以产生和发展。20世纪核放射性现象的发现和核技术的突破、晶体管和集成电路的发明、激光器的发明和现代材料制备与表征技术的发展等,先后催生了核物理学、半导体物理学和半导体器件物理学、激光物理学、材料物理学等新的重要的应用物理学分支学科。这些学科的形成和不断发展,又有力地推动着物理学本身和现代科学技术其他新领域的蓬勃发展。新中国成立以来,我国各类高等学校设立过一批基础基本相同、专业方向有别、专业名称各异的应用物理学类本科专业。作为一个统一的、宽口径的专业——“应用物理学专业”,其主干分支学科丰富多彩,以下简要介绍应用物理学四个主要的分支学科。

核物理学是近代物理学的开端。随着其基础研究和应用的不断发展,核物理学与天文学、化学、材料科学、医学、工程技术等学科的交叉,产生出核天体物理、核化学、核材料、核医学、核电子技术、核工程、核防护等新学科;核物理学的实验技术、设备和方法,如加速器、反应堆、同位素辐射源等,已经发展为成熟技术,它们在能源、医疗、农业、军事等多个领域有着广泛的应用,起着巨大的作用。

固体物理学应用于半导体材料而形成半导体物理学,而半导体器件物理则着重研究半导体器件的物理过程。半导体物理和器件物理是以微电子和光电子为代表的信息科学技术的基础,由此蓬勃发展的计算机、光通信、互联网、各类消费电子产品已经深刻地、广泛地改变了人们的日常生活。半导体物理的深入研究反过来又进一步促进了凝聚态物理学科的发展。

激光是量子物理与光学、电子学相结合的产物。在研究激光的物理机制、研制新型激光器和探索激光应用的过程中,逐渐形成了应用物理学的一个新方向——激光物理学。现在,激光已成为物理学、化学、材料科学等基础学科科学研究的有力工具。不仅原有一批方向得以进一步发展,而且一批新方向随之诞生,如全息技术、激光光谱学、非线性光学、原子光学、冷原子物理、激光核聚变、化学反应动力学、先进制造等。同时,激光已普遍应用于工业、信息、医疗、军事等众多领域。

材料是社会进步的重要标志。对材料的微观结构和物性的深入研究,形成了材料物理学。物理学的基础理论和实验技术在新材料的设计、制备、表征和应用中发挥了重要作用,推动了材料科学的迅速发展。现在,以力学性质为其研究基础的结构材料,如陶瓷材料、先进复合材料等,以及对其光学、电学、磁学等性质有特殊要求的功能材料,如信息材料、能源材料、航天材料、核材料、超导材料等新材料层出不穷,必将促进高科技和社会的进一步发展。

2.应用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,物理学一旦在某个研究领域有所突破,必然在这个领域产生革命性的进展和广泛应用,成为相关技术科学的学科基础。作为物理学的重要组成部分的应用物理学,更加偏重于物理学基本原理的应用,不仅与许多自然科学学科关系密切,更是众多技术学科的先导。

数学是应用物理学的基本工具之一,应用数学和计算数学的发展,为应用物理学增添了强有力的手段。另一方面,应用物理学的发展也为数学的发展提出了新问题,提供了新的思想和方法。

应用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。应用物理学不仅为这些基础科学的实验研究手段带来了根本的变化,而且在把物理学基本原理和研究方法用于解决这些学科的科学问题的同时,为它们夯实和深化了学科基础,促使新学科的诞生。例如,电子显微镜、核磁共振、X射线衍射、扫描隧道显微镜等物理仪器和实验方法的发明和应用,为生命科学的基础研究提供了全新的方法和工具,由此产生生物物理这一新的分支学科。特别是,由此确定了DNA的双螺旋结构,揭示了遗传密码的本质,成为20世纪生命科学的重大突破。这些基础学科的发展,与物理学的交叉,也不断对应用物理学提出新的挑战,大大促进了物理学自身的发展。

应用物理学的许多前沿研究都有其明确的应用前景,例如,核能、激光、高温超导、巨磁电阻、磁共振、纳米和功能材料、量子信息等,它们已经并将继续在能源、信息、计算机、医学和材料等许多技术学科带来新的发展以至革命性的突破。另一方面,技术的进步和人类对可持续发展的需求,正在不断地推动应用物理学各个分支学科的持续和深入发展。

应用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、应用物理学本科专业的培养目标

应用物理学本科专业培养具有较扎实的物理学基础和相关应用领域的专门知识,具有较强实践能力和创新意识,能在应用物理学科、交叉学科以及相关科学技术领域从事研究、教学、新技术开发与应用以及管理工作的人才;部分毕业生适合在相关学科领域进一步深造。

应用物理学专业培养的本科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、基本实验技能与技术;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、动手能力、实践能力和技术开发能力。

四、应用物理学本科专业的培养规格

应用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或工学学士学位。

应用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、技术应用意识和工程技术素养;(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、获取和加工处理信息的能力;

(2)应用知识的能力:具有综合应用知识解决问题的能力、实验和工程实践能力,计算机及信息技术应用能力;

(3)创新能力:具有一定的创造性思维能力、科学研究能力、技术开发能力;

(4)组织管理能力:具有技术管理能力、具有较好的书面和口头表达能力,与人沟通能力、团队协作能力和活动策划能力。

3.知识要求

(1)专业知识:较为系统地掌握物理学领域的基本理论、基本实验技能以及所需的数学、计算机、电工电子学等方面的基础知识;了解应用物理学相关专业方向的前沿、发展动态、应用前景以及相关高新技术产业的发展状况;

(2)工具知识:掌握外语、计算机及信息技术、专利申请等方面的知识;

(3)人文社科知识: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基础知识。

五、应用物理学本科专业的教学内容

本指导性专业规范主要涉及应用物理学本科的专业教育内容。通识教育内容按照教育部和学校有关要求实施。本规范的应用物理学本科专业知识体系由相关学科基础、应用物理学专业基本知识体系和特定专业方向知识体系,以及专业实践训练环节等构成。其中,应用物理学专业基本知识体系适用于所有高校的应用物理学专业,而特定专业方向的知识体系由各校自主构建。

知识体系由相关知识领域、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。应用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,是应用物理学本科教学中学生必须掌握的、最基本的具有共性的教学内容。选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元,选修知识单元的选择体现各校不同的专业特色。根据相关知识单元和知识点的教学内容,本规范给出最少建议学时(不含习题课和讨论课的实际授课学时,下同。详见附录部分)。

1.相关基础学科知识体系

应用物理学专业需要掌握数学、计算机、电工电子等方面的基础学科知识。应用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。本专业规范对这些基础学科知识领域的知识体系、知识单元不再单独制定。

2.应用物理学本科专业基本知识体系

应用物理学本科专业基本知识体系包括7个专业基础知识领域,23个核心知识单元(见表1)。本规范要求应用物理学专业基本知识体系中理论部分教学不低于544学时,由于应用物理学专业方向众多,涉及的基础和应用领域都较宽广,在表1中选列了少量的选修知识单元,各校可以结合自身的专业方向和办学特点进行选择。在本规范的附录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的所属课程和最少学时数等。在附录B中,则给出了一些基本核心课程的描述。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需的最低要求。

表1 应用物理学本科专业基本知识领域和知识单元

3.专业方向知识体系

由于应用物理学所涉及的专业方向领域众多,各校的培养目标以及所处地域存在差异,各校可以根据本校的特点和人才需求自行确定所开设的特定专业方向,并对每个专业方向建立相应的专业方向知识体系。

专业方向知识体系的基本要求是:较为扎实的专业基础和有特色的专业方向。专业方向知识体系应当能够覆盖本专业方向的基本知识、基本理论、基本方法、学科现状和动态,使学生在所选专业方向上得到比较全面和系统的培养,得到技能的训练和能力的培养;使学生除了具备一定的专业知识外,还具有较宽的适应面和较强的实践应用能力。

应用物理学专业方向知识体系由若干门专业课程体现。每个专业方向至少要开设8～10门的专业必修和选修课程供学生选修,要求学生所修学时总数不低于240学时,其中包括1～2门的专业实验课程(不低于64学时)。专业方向知识体系中要有2～3门必修课程,这些课程要包含本专业方向的核心知识单元。

作为例子,在附录C中列出了“光电子”专业方向的知识体系以及核心知识单元,供各校在设置专业方向和教学安排时参考。

4.专业实践体系

应用物理学专业的实践环节包括:实验教学、科研训练与专业实践、毕业论文(或毕业设计)、大学生创新训练与社会实践等环节。这些实践环节包含基本实践环节和特定专业方向的实践环节两个部分。这些实践环节旨在培养学生的科学素养,研究能力,基本实验技能,知识应用能力及社会实践能力。

应用物理学专业实践教学应注重物理内涵,激发学习兴趣,适应专业特点,突出应用背景,启发探索创新。指导思想是:重基础、重能力、重应用、重创新。

(1)实验教学

应用物理学各专业实验教学可以分为基础物理实验(包括普通物理实验和近代物理实验)和专业实验。基础物理实验知识体系见附录A。

由于各校应用物理学专业方向不同,专业实验也不尽相同,各校可根据各自不同专业的培养目标设计具有自身特色的专业实验。这些专业方向实验内容应反映科学前沿,反映交叉特点,反映先进的科学技术和测量技术,反映本专业市场需求的实际应用技术。专业方向实验的课时一般不少于64学时。在附录C中,列出了“光电子”专业方向所开设的专业实验课程的主要实验内容,供参考。

(2)科研训练与专业实践

科研训练与专业实践可采用以下方式:

①学生提前进入科研实验室,了解本专业的科研方向,并在教师指导下参加一定的科研训练活动。

②与企业和科研单位合作,建立与专业相关、相对稳定的实践基地,以便学生进行科研训练和专业实践。总的实践时间应不少于4周。

(3)毕业论文(或毕业设计)

毕业论文应安排12周左右的时间集中进行,毕业论文的选题从整体上应能体现应用物理特定的专业方向的特点。

5.创新训练

大学生创新训练是培养学生创新与实践能力的有效手段,各校可根据自身的条件和具体情况,积极开展大学生创新训练,培养学生:

(1)敢于和善于提出问题的能力;

(2)独立思考和批判精神;

(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和激励体制。

六、应用物理学本科专业的基本教学条件

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.师资力量

从事应用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到学生创新能力培养和毕业论文的指导。各校还应根据本校应用物理学专业的特点,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。如果条件成熟,各校可以根据本校应用物理学的专业方向,编写具有自己特色的相关教材和讲义。

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。应用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

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。学校除应具有基础物理实验室、物理学演示实验室、电工电子实验室和计算机室外,还应当根据本校应用物理学专业的方向,拥有专门的专业实验室。专业实验室开出的专业实验的个数以及每个实验仪器的台套数应能满足专业实践环节中所列出的实验课程的要求。实验开出率、生均实验室面积、生均教学设备资产等须符合教育部规定。要求新开办应用物理专业的固定资产不低于300万元。按必修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×应用物理学专业学生总人数)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.实践基地

应用物理学本科专业要建设若干个与本专业方向有密切联系的、较为稳定的实践基地,为学生实习和毕业实践提供良好的条件。鼓励学校与各类科研机构、研究院和生产企业进行长期稳定的合作。

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。

本规范适用于应用物理学专业(070202)四年制本科,是保障本专业教学目标的最低要求。

七、附录

附录A基本知识体系

1.基本理论知识体系

应用物理学本科专业基本理论知识体系所包含的7个知识领域,23个核心知识单元,建议由下列9门(或12门)物理基础理论和专业基础理论必修课程来覆盖,其中建议最少学时为最低要求(见表A-1)。

表A-1 专业基础理论必修课程

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

知识单元1-1 牛顿(Newton)力学基本规律

知识单元1-2 分析力学基本原理

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

知识单元2-1 分子动理论

续表

知识单元2-2 物态与相变

知识单元2-3 热力学定律与应用

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:电动力学知识领域四:物质微观结构和量子现象与规律

知识单元3-1 几何光学

知识单元3-2 物理光学

知识单元3-3 静电场与静磁场

知识单元3-4 电磁波

知识单元3-5 交直流电路

建议所属课程:E:原子物理学,I:量子力学

知识单元4-1 原子与亚原子结构

知识单元4-2 量子力学基本原理

续表

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

知识单元5-1 晶体结构

知识单元5-2 晶格动力学

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

知识单元6-1 狭义相对论

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

知识单元7-1 复变函数

知识单元7-2 数学物理方程

续表

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。

应用物理学专业的本科实验课程包括基础物理实验和专业方向实验课程。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,专业方向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的应用

应用物理学专业的方向不同,专业实验也不尽相同,各校可针对自己的专业方向和特点,根据各个不同专业的培养目标设计具有自身特色的专业实验。专业方向实验一般应具有如下几个特点:

1)反映科学前沿的内容;

2)反映交叉学科的内容;

3)反映现代先进的科学技术和测量技术;

4)反映本专业市场需求的实际应用技术。

专业方向实验的课时一般不少于64学时。

在附录C中,列出了“光电子”专业方向所开设的专业实验课程的主要实验内容,供参考。

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和编程技巧。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。

附录C应用物理学专业方向课程体系举例

光电子方向

(1)专业方向课程体系

注:专业实验的一些内容可以包含在相应的专业方向课程中,也可以单独地设置实验课程。

(2)核心知识单元和知识点

①光电子学课程知识单元

知 识 点 内 容 参考学时电磁理论 麦克斯韦电磁理论在光学中的应用,光在各向异性晶体中的传播,琼斯(Jones)矢量对偏振光的描述 4学时光线和光束的传播 矩阵光学基础,高斯光束5学时光学谐振腔 法布里-珀罗标准具和光学谐振腔的基本原理,稳定性判据,谐振频率和光学损耗3学时辐射与原子的相互作用自发辐射和受激辐射,均匀加宽和非均匀加宽的线型函数,克拉默斯(Kramers)-克勒尼希(Kronig)关系和电极化系数,速率方程,激光介质中的饱和性质4学时

续表

②光电子学专门实验知识单元

注:选修的知识单元和知识点,各校可根据专业方向的特点自行确定。

附:2006—2011年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名单(按姓氏笔画)

主 任:朱邦芬(清华大学)

副主任:叶沿林(北京大学) 田东平(西安邮电学院)

许宁生(中山大学) 金晓峰(复旦大学)

秘书长:阮东(清华大学)

委 员:(按姓氏笔画排名)

马红孺(上海交通大学) 王永生(北京交通大学) 王若鹏(北京大学)

王 牧(南京大学) 尹 民(中国科学技术大学) 石 兢(武汉大学)

冯世平(北京师范大学) 刘玉鑫(北京大学) 刘益春(东北师范大学)

刘家铎(成都理工大学) 孙秀泉(深圳大学) 杨士平(河北师范大学)

余洪伟(湖南师范大学) 张汉壮(吉林大学) 张承琚(山东大学)

张磬兰(宁夏大学) 陈光德(西安交通大学) 陈沙鸥(青岛大学)

陈金灿(厦门大学) 陈 浩(华南师范大学) 岳瑞宏(西北大学)

赵光达(北京大学) 胡响明(华中师范大学) 贺德衍(兰州大学)

班士良(内蒙古大学) 贾锁堂(山西大学) 高立模(南开大学)

郭 进(广西大学) 唐 刚(中国矿业大学) 桑建平(江汉大学)

龚 敏(四川大学) 盛正卯(浙江大学) 童培庆(南京师范大学)

欢迎各位同行对两个《规范》提出宝贵意见和建议,我们将在修订时考虑。

您可以将意见和建议发给或寄给物理教指委的秘书长阮东

电邮:dongruan@tsinghua.edu.cn

邮址:北京市清华大学物理系(邮编100084)