高等學校應用物理學本科指導性專業規范目 錄

一、制定本專業規范的指導思想和基本原則

1.指導思想

2.基本原則

二、應用物理學本科專業的學科基礎

1.應用物理學的主干學科介紹

2.應用物理學與相關學科的關系

三、應用物理學本科專業的培養目標

四、應用物理學本科專業的培養規格

1.素質要求

2.能力要求

3.知識要求

五、應用物理學本科專業的教學內容

1.相關基礎學科知識體系

2.應用物理學本科專業基本知識體系

3.專業方向知識體系

4.專業實踐體系

5.創新訓練

六、應用物理學本科專業的基本教學條件

1.師資隊伍

2.教材

3.圖書資料

4.實驗室

5.實習基地

6.教學經費

七、附錄

附錄A 基本知識體系

1.基本理論知識體系

2.物理實驗知識體系

附錄B 部分專業必修課程描述

附錄C 應用物理學專業方向課程體系舉例

光電子方向

隨著我國高等教育規模的不斷擴大和人才需求結構的變化,近年來我國多所高校增設了一批專業方向各異的應用物理學本科專業。為了進一步加強全國高等學校應用物理學本科專業建設,規范應用物理學本科專業教學,教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理學類專業教學指導分委員會根據教育部高等教育司的要求,重新制定應用物理學本科指導性專業規范,以適應我國高校應用物理學本科專業人才培養的需要。

一、制定本專業規范的指導思想和基本原則

1.指導思想

根據物理學發展的現狀和社會經濟發展對應用物理人才的需求,努力把近年來取得的教學和科研重要成果納入到本科專業教學中,以提高應用物理學本科專業教學質量,促進創新人才的培養。

本指導性專業規范僅規定本科教學內容和教學質量應當達到的最低要求,主要包括應用物理學專業本科學生應該學習的基本理論、基本技能和基本應用等方面。不同層次的學校可以在這個最低要求的基礎上增加各校的要求,制定相應的教學質量標準,以符合各自的辦學定位,體現特色。為了有利于各個高校自主辦學,在專業方向的設置上,本規范未作具體規定,各校可根據自己的辦學定位、專業特色和社會對人才知識結構的需求自行確定。

設有應用物理學本科專業的高等學校應遵循基礎知識扎實、專業特色明顯的辦學指導思想。努力加強專業方向課程建設和專業實驗室建設;加強實驗教學和實踐環節;加強本校應用物理學本科專業的專業特色;并把培養學生的實踐能力和創新能力放在十分重要的位置。

2.基本原則

(1)規范性與多樣化相結合。既嚴格規范基本要求,又留出較大的自主設計空間,以體現風格各異的辦學特色,適應培養多種類型人才的需要。

(2)拓寬專業口徑。做到“科學基礎寬厚,學科支柱堅實,專業特色鮮明,鼓勵學科交叉,適應不同領域”。

(3)規范內容最小化。本規范只規定我國高等學校應用物理學專業本科學生必須掌握的基本理論、基本技能和基本應用,在此基礎上建議相應的授課學時或學分的控制范圍。

(4)最低標準。對教學所需的軟、硬件條件規定最低合格標準,以保證應用物理學專業本科教學水平整體滿足基本的質量要求。

(5)因材施教。為學生進一步拓寬知識領域、加深理解、提高能力、自主學習和自主研究提供盡可能好的環境和多種選擇。

本規范給高校教學改革留出空間,以利于分類指導,使本指導性專業規范具有普遍的指導意義和可操作性。應該特別指出,本規范只是應用物理學本科教學的最低要求,各校應根據自身條件,努力超越本規范要求,進一步提高教學質量。

二、應用物理學本科專業的學科基礎

1.應用物理學的主干學科介紹

應用物理學是將物理學的原理、方法應用于相關科學技術領域的應用型學科。

物理學是自然科學的重要組成部分,在整個自然科學中具有基礎性及先導性的地位,是眾多傳統和現代高新技術建立的基礎,同時也是未來新技術產生和發展的源泉與動力。早在19世紀末,物理學就形成了以力學、熱學、電磁學和光學等構成的經典物理學。20世紀以來,近代物理學在探索物質微觀結構和物質運動的基本規律,宇宙大尺度結構和運動的基本規律,以及探索宏觀物質結構和復雜系統運動的基本規律等方面都取得了重要進展,并在20世紀初建立了相對論和量子力學,奠定了近代物理的理論基礎。在此基礎上,相繼產生了當今物理學的各個分支學科。

物理學的發展和物理學原理、方法、技術面向實際領域的應用,使應用物理學的眾多分支得以產生和發展。20世紀核放射性現象的發現和核技術的突破、晶體管和集成電路的發明、激光器的發明和現代材料制備與表征技術的發展等,先后催生了核物理學、半導體物理學和半導體器件物理學、激光物理學、材料物理學等新的重要的應用物理學分支學科。這些學科的形成和不斷發展,又有力地推動著物理學本身和現代科學技術其他新領域的蓬勃發展。新中國成立以來,我國各類高等學校設立過一批基礎基本相同、專業方向有別、專業名稱各異的應用物理學類本科專業。作為一個統一的、寬口徑的專業——“應用物理學專業”,其主干分支學科豐富多彩,以下簡要介紹應用物理學四個主要的分支學科。

核物理學是近代物理學的開端。隨著其基礎研究和應用的不斷發展,核物理學與天文學、化學、材料科學、醫學、工程技術等學科的交叉,產生出核天體物理、核化學、核材料、核醫學、核電子技術、核工程、核防護等新學科;核物理學的實驗技術、設備和方法,如加速器、反應堆、同位素輻射源等,已經發展為成熟技術,它們在能源、醫療、農業、軍事等多個領域有著廣泛的應用,起著巨大的作用。

固體物理學應用于半導體材料而形成半導體物理學,而半導體器件物理則著重研究半導體器件的物理過程。半導體物理和器件物理是以微電子和光電子為代表的信息科學技術的基礎,由此蓬勃發展的計算機、光通信、互聯網、各類消費電子產品已經深刻地、廣泛地改變了人們的日常生活。半導體物理的深入研究反過來又進一步促進了凝聚態物理學科的發展。

激光是量子物理與光學、電子學相結合的產物。在研究激光的物理機制、研制新型激光器和探索激光應用的過程中,逐漸形成了應用物理學的一個新方向——激光物理學。現在,激光已成為物理學、化學、材料科學等基礎學科科學研究的有力工具。不僅原有一批方向得以進一步發展,而且一批新方向隨之誕生,如全息技術、激光光譜學、非線性光學、原子光學、冷原子物理、激光核聚變、化學反應動力學、先進制造等。同時,激光已普遍應用于工業、信息、醫療、軍事等眾多領域。

材料是社會進步的重要標志。對材料的微觀結構和物性的深入研究,形成了材料物理學。物理學的基礎理論和實驗技術在新材料的設計、制備、表征和應用中發揮了重要作用,推動了材料科學的迅速發展。現在,以力學性質為其研究基礎的結構材料,如陶瓷材料、先進復合材料等,以及對其光學、電學、磁學等性質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、超導材料等新材料層出不窮,必將促進高科技和社會的進一步發展。

2.應用物理學與相關學科的關系

物理學的基本原理滲透在自然科學的各個領域,物理學一旦在某個研究領域有所突破,必然在這個領域產生革命性的進展和廣泛應用,成為相關技術科學的學科基礎。作為物理學的重要組成部分的應用物理學,更加偏重于物理學基本原理的應用,不僅與許多自然科學學科關系密切,更是眾多技術學科的先導。

數學是應用物理學的基本工具之一,應用數學和計算數學的發展,為應用物理學增添了強有力的手段。另一方面,應用物理學的發展也為數學的發展提出了新問題,提供了新的思想和方法。

應用物理學的發展推動了化學、生命科學、地學、天文學等基礎學科的發展。應用物理學不僅為這些基礎科學的實驗研究手段帶來了根本的變化,而且在把物理學基本原理和研究方法用于解決這些學科的科學問題的同時,為它們夯實和深化了學科基礎,促使新學科的誕生。例如,電子顯微鏡、核磁共振、X射線衍射、掃描隧道顯微鏡等物理儀器和實驗方法的發明和應用,為生命科學的基礎研究提供了全新的方法和工具,由此產生生物物理這一新的分支學科。特別是,由此確定了DNA的雙螺旋結構,揭示了遺傳密碼的本質,成為20世紀生命科學的重大突破。這些基礎學科的發展,與物理學的交叉,也不斷對應用物理學提出新的挑戰,大大促進了物理學自身的發展。

應用物理學的許多前沿研究都有其明確的應用前景,例如,核能、激光、高溫超導、巨磁電阻、磁共振、納米和功能材料、量子信息等,它們已經并將繼續在能源、信息、計算機、醫學和材料等許多技術學科帶來新的發展以至革命性的突破。另一方面,技術的進步和人類對可持續發展的需求,正在不斷地推動應用物理學各個分支學科的持續和深入發展。

應用物理學的進一步發展必將對人類現代文明和社會進步繼續做出重大貢獻。

三、應用物理學本科專業的培養目標

應用物理學本科專業培養具有較扎實的物理學基礎和相關應用領域的專門知識,具有較強實踐能力和創新意識,能在應用物理學科、交叉學科以及相關科學技術領域從事研究、教學、新技術開發與應用以及管理工作的人才;部分畢業生適合在相關學科領域進一步深造。

應用物理學專業培養的本科人才應具備良好的數學基礎,掌握物理學的基本知識與原理、基本實驗技能與技術;受到科學思維和物理學研究方法的訓練,具有科學精神、科學素養、科學作風和創新意識;具備一定的獨立獲取知識的能力、動手能力、實踐能力和技術開發能力。

四、應用物理學本科專業的培養規格

應用物理學本科專業學制為四年,學生在完成相關課程學習并滿足規定的各項基本要求后可授予理學或工學學士學位。

應用物理學本科專業培養的人才一般應符合以下幾個方面的基本要求。

1.素質要求

(1)思想品德素質:具有良好的公民意識、法制意識、政治素質、思想素質、道德品質、誠信品質;(2)人文素質:具有文化素養、藝術素養、現代意識、全球意識、團隊精神;

(3)專業素質:具有科學思維方法、科學精神、創新意識、技術應用意識和工程技術素養;(4)身心素質:具有良好的身體素質和心理素質。

2.能力要求

(1)獲取知識的能力:具有自學能力、獲取和加工處理信息的能力;

(2)應用知識的能力:具有綜合應用知識解決問題的能力、實驗和工程實踐能力,計算機及信息技術應用能力;

(3)創新能力:具有一定的創造性思維能力、科學研究能力、技術開發能力;

(4)組織管理能力:具有技術管理能力、具有較好的書面和口頭表達能力,與人溝通能力、團隊協作能力和活動策劃能力。

3.知識要求

(1)專業知識:較為系統地掌握物理學領域的基本理論、基本實驗技能以及所需的數學、計算機、電工電子學等方面的基礎知識;了解應用物理學相關專業方向的前沿、發展動態、應用前景以及相關高新技術產業的發展狀況;

(2)工具知識:掌握外語、計算機及信息技術、專利申請等方面的知識;

(3)人文社科知識:具有一定的哲學、政治學、法學、心理學、經濟管理等方面的知識;

(4)其他自然科學和相關工程技術的基礎知識。

五、應用物理學本科專業的教學內容

本指導性專業規范主要涉及應用物理學本科的專業教育內容。通識教育內容按照教育部和學校有關要求實施。本規范的應用物理學本科專業知識體系由相關學科基礎、應用物理學專業基本知識體系和特定專業方向知識體系,以及專業實踐訓練環節等構成。其中,應用物理學專業基本知識體系適用于所有高校的應用物理學專業,而特定專業方向的知識體系由各校自主構建。

知識體系由相關知識領域、知識單元和知識點三個層次組成。每一知識領域包含若干知識單元;每一個知識單元包含若干知識點;知識單元又分為核心知識單元和選修知識單元。應用物理學核心知識單元提供的是物理學知識體系的基本要素,是應用物理學本科教學中學生必須掌握的、最基本的具有共性的教學內容。選修知識單元是指不在核心知識單元內的那些知識單元,選修知識單元的選擇體現各校不同的專業特色。根據相關知識單元和知識點的教學內容,本規范給出最少建議學時(不含習題課和討論課的實際授課學時,下同。詳見附錄部分)。

1.相關基礎學科知識體系

應用物理學專業需要掌握數學、計算機、電工電子等方面的基礎學科知識。應用物理學專業的數學課程可按非數學類專業“大學數學”的最高標準要求,建議最少學時數(不含習題課和討論課的實際授課學時,下同)不低于224學時。本專業規范對這些基礎學科知識領域的知識體系、知識單元不再單獨制定。

2.應用物理學本科專業基本知識體系

應用物理學本科專業基本知識體系包括7個專業基礎知識領域,23個核心知識單元(見表1)。本規范要求應用物理學專業基本知識體系中理論部分教學不低于544學時,由于應用物理學專業方向眾多,涉及的基礎和應用領域都較寬廣,在表1中選列了少量的選修知識單元,各校可以結合自身的專業方向和辦學特點進行選擇。在本規范的附錄A中詳細地列出了各個專業基本知識領域所包含的知識單元、知識點,以及各個知識點建議的所屬課程和最少學時數等。在附錄B中,則給出了一些基本核心課程的描述。對核心知識單元所建議的最少學時數是保證教學質量所必需的最低要求。

表1 應用物理學本科專業基本知識領域和知識單元

3.專業方向知識體系

由于應用物理學所涉及的專業方向領域眾多,各校的培養目標以及所處地域存在差異,各校可以根據本校的特點和人才需求自行確定所開設的特定專業方向,并對每個專業方向建立相應的專業方向知識體系。

專業方向知識體系的基本要求是:較為扎實的專業基礎和有特色的專業方向。專業方向知識體系應當能夠覆蓋本專業方向的基本知識、基本理論、基本方法、學科現狀和動態,使學生在所選專業方向上得到比較全面和系統的培養,得到技能的訓練和能力的培養;使學生除了具備一定的專業知識外,還具有較寬的適應面和較強的實踐應用能力。

應用物理學專業方向知識體系由若干門專業課程體現。每個專業方向至少要開設8～10門的專業必修和選修課程供學生選修,要求學生所修學時總數不低于240學時,其中包括1～2門的專業實驗課程(不低于64學時)。專業方向知識體系中要有2～3門必修課程,這些課程要包含本專業方向的核心知識單元。

作為例子,在附錄C中列出了“光電子”專業方向的知識體系以及核心知識單元,供各校在設置專業方向和教學安排時參考。

4.專業實踐體系

應用物理學專業的實踐環節包括:實驗教學、科研訓練與專業實踐、畢業論文(或畢業設計)、大學生創新訓練與社會實踐等環節。這些實踐環節包含基本實踐環節和特定專業方向的實踐環節兩個部分。這些實踐環節旨在培養學生的科學素養,研究能力,基本實驗技能,知識應用能力及社會實踐能力。

應用物理學專業實踐教學應注重物理內涵,激發學習興趣,適應專業特點,突出應用背景,啟發探索創新。指導思想是:重基礎、重能力、重應用、重創新。

(1)實驗教學

應用物理學各專業實驗教學可以分為基礎物理實驗(包括普通物理實驗和近代物理實驗)和專業實驗。基礎物理實驗知識體系見附錄A。

由于各校應用物理學專業方向不同,專業實驗也不盡相同,各校可根據各自不同專業的培養目標設計具有自身特色的專業實驗。這些專業方向實驗內容應反映科學前沿,反映交叉特點,反映先進的科學技術和測量技術,反映本專業市場需求的實際應用技術。專業方向實驗的課時一般不少于64學時。在附錄C中,列出了“光電子”專業方向所開設的專業實驗課程的主要實驗內容,供參考。

(2)科研訓練與專業實踐

科研訓練與專業實踐可采用以下方式:

①學生提前進入科研實驗室,了解本專業的科研方向,并在教師指導下參加一定的科研訓練活動。

②與企業和科研單位合作,建立與專業相關、相對穩定的實踐基地,以便學生進行科研訓練和專業實踐。總的實踐時間應不少于4周。

(3)畢業論文(或畢業設計)

畢業論文應安排12周左右的時間集中進行,畢業論文的選題從整體上應能體現應用物理特定的專業方向的特點。

5.創新訓練

大學生創新訓練是培養學生創新與實踐能力的有效手段,各校可根據自身的條件和具體情況,積極開展大學生創新訓練,培養學生:

(1)敢于和善于提出問題的能力;

(2)獨立思考和批判精神;

(3)創新意識和創新思維;

(4)物理學研究方法的領悟和運用。

創新能力培養應該滲透在所有課程的教學和實踐環節中,還應體現在課程設計、課程小論文、本科創新研究計劃、創新性實驗和畢業論文等多種形式中,還可以在專題講座的基礎上,學生通過閱讀國內外有關文獻,提出問題,完成某一主題的調研報告。創新訓練應作為課程教學中的一項基本內容,納入課程教學大綱,逐步形成創新訓練的導師制,逐步建立和完善對學生參與創新訓練的評價和激勵體制。

六、應用物理學本科專業的基本教學條件

基本教學條件涵蓋師資、教材、圖書資料、實驗室、實習基地、教學經費等多個方面。本規范中相關量化指標若與教育部文件不一致,當以教育部規定為準。

1.師資力量

從事應用物理學專業課程教學工作的教師應具有物理類專業本科以上學歷;新從事教學工作的教師應具有碩士以上學歷,在獨立授課前,需要通過崗前培訓。

各校應建立結構合理、相對穩定、水平較高的師資隊伍,要安排學術造詣較高的學科帶頭人承擔本專業的教學工作。師資中的教授、副教授(包括高級實驗師)的比例應達到教育部的要求。

開辦本專業所需的最少全職教師人數由本科生招生規模及每位教師所承擔的最多課時數等因素確定。教師人數還應適當考慮到學生創新能力培養和畢業論文的指導。各校還應根據本校應用物理學專業的特點,配備相應數量的教輔人員。

2.教材

專業基礎課程宜選擇符合本規范、由國家正規出版社出版的優秀教材,鼓勵選用國內外著名出版社出版的物理學經典教材。如果條件成熟,各校可以根據本校應用物理學的專業方向,編寫具有自己特色的相關教材和講義。

3.圖書資料

圖書資料包括以下幾個方面:

(1)教學參考書,包括與課程相關的中外文教材、教學輔導材料、課件或多媒體材料;

(2)期刊,包括專業雜志(中外文)、科普雜志、教學研究類雜志;

(3)電子書刊及其他數字化資源;

(4)本專業學科工具書及其各類檢索工具(包括網絡檢索,數字資源檢索等)。

圖書資料應按照每位在校學生人均專業參考書不少于50冊(專業雜志按每期1冊計算,下同),每年新添專業圖書不少于人均2冊的基本要求配置。應用物理專業雜志種類一般應超過20種,其中應有外文雜志。

4.實驗室

基礎物理實驗要求實驗室有足夠的實驗設備,同時使用一套設備做實驗的學生每組人數原則上不多于2人。學校除應具有基礎物理實驗室、物理學演示實驗室、電工電子實驗室和計算機室外,還應當根據本校應用物理學專業的方向,擁有專門的專業實驗室。專業實驗室開出的專業實驗的個數以及每個實驗儀器的臺套數應能滿足專業實踐環節中所列出的實驗課程的要求。實驗開出率、生均實驗室面積、生均教學設備資產等須符合教育部規定。要求新開辦應用物理專業的固定資產不低于300萬元。按必修物理實驗的學生人數計,要求生均教學科研儀器設備費不低于5000元,而專業實驗室儀器設備的固定資產總額按(5000元×應用物理學專業學生總人數)計算。要求每年有一定經費用于更新和添置儀器設備,使總的儀器設備資產考慮折舊后總值仍有所增長。

5.實踐基地

應用物理學本科專業要建設若干個與本專業方向有密切聯系的、較為穩定的實踐基地,為學生實習和畢業實踐提供良好的條件。鼓勵學校與各類科研機構、研究院和生產企業進行長期穩定的合作。

6.教學經費

教學經費除課程業務費用外,還應包括學生畢業論文,教師進行教學研究和參加各類教學研討會,每年教學儀器設備的添置、維修和更新,易耗實驗材料等多方面的費用。要求每年投入經費能保證教學和科研工作的正常進行,生均年常規教學經費按教育部有關規定執行。

本規范適用于應用物理學專業(070202)四年制本科,是保障本專業教學目標的最低要求。

七、附錄

附錄A基本知識體系

1.基本理論知識體系

應用物理學本科專業基本理論知識體系所包含的7個知識領域,23個核心知識單元,建議由下列9門(或12門)物理基礎理論和專業基礎理論必修課程來覆蓋,其中建議最少學時為最低要求(見表A-1)。

表A-1 專業基礎理論必修課程

知識領域一:機械運動現象與規律

建議所屬課程:A:力學,F:理論力學

知識單元1-1 牛頓(Newton)力學基本規律

知識單元1-2 分析力學基本原理

知識單元1-3 力學典型問題

知識領域二:熱運動現象與規律

建議所屬課程:B:熱學,G:熱力學與統計物理

知識單元2-1 分子動理論

續表

知識單元2-2 物態與相變

知識單元2-3 熱力學定律與應用

知識單元2-4 平衡態統計

知識領域三:電磁和光現象與規律

建議所屬課程:C:電磁學,D:光學,H:電動力學知識領域四:物質微觀結構和量子現象與規律

知識單元3-1 幾何光學

知識單元3-2 物理光學

知識單元3-3 靜電場與靜磁場

知識單元3-4 電磁波

知識單元3-5 交直流電路

建議所屬課程:E:原子物理學,I:量子力學

知識單元4-1 原子與亞原子結構

知識單元4-2 量子力學基本原理

續表

知識單元4-3 量子力學近似方法與應用

知識領域五:凝聚態物質結構及性質

建議所屬課程:J:固體物理學

知識單元5-1 晶體結構

知識單元5-2 晶格動力學

知識單元5-3 電子能帶理論

知識領域六:時空結構

建議所屬課程:A:力學,H:電動力學,I:量子力學

知識單元6-1 狹義相對論

知識單元6-2 廣義相對論和天體物理初步

知識領域七:物理學中的數學方法

建議所屬課程:K:數學物理方法,L:計算物理基礎

知識單元7-1 復變函數

知識單元7-2 數學物理方程

續表

知識單元7-3 計算物理基礎

2.物理實驗知識體系

實驗課程是實驗技能和科學研究能力培養的一個主要載體。

應用物理學專業的本科實驗課程包括基礎物理實驗和專業方向實驗課程。基礎物理實驗由普通物理實驗(含力學、熱學、電磁學、光學實驗)和近代物理實驗組成,專業方向實驗根據專業方向的設置開設。普通物理實驗應不少于128學時(在實驗室做實驗的實際時間,不含預習、寫實驗報告等,下同),其中力學、熱學、電磁學和光學實驗均不少于16學時;近代物理實驗應不少于64學時。

通過基礎物理實驗的教學應使學生掌握基本物理實驗方法、基本儀器的使用、常用物理量的測量、數據處理及誤差和不確定度分析的基礎知識、基礎性測量裝置的搭建等。還應要求學生掌握常用的實驗操作技術。

基本物理實驗方法包括:比較法(包括補償法、平衡法即零差比較法)、轉換法、放大法、模擬法和光學實驗中的干涉法、衍射法等,以及在近代科學研究和工程技術中的廣泛應用的其他方法。

常用儀器包括:長度測量儀器、計時儀器、測溫儀器、變阻器、電表、交/直流電橋、通用示波器、低頻信號發生器、分光儀、光譜儀、常用電源和光源等。

基本物理量包括:長度、質量、時間、電流、溫度、光強、物質的量。常用物理量由基本物理量導出,如熱量、濕度、壓強、壓力、電壓、電阻、磁感應強度、輻射通量或輻射通量(面)密度、折射率、元電荷、普朗克常量、里德伯常量等。應學習基本物理量及常用物理量的測量、國際量制和國際單位制等基礎知識。

常用實驗數據處理方法包括:列表法、作圖法和最小二乘法等。隨著計算機及其應用技術的普及,應包括用計算機通用軟件處理實驗數據的基本方法。應掌握測量誤差與不確定度的基本概念,學會數值修約方法(包括有效數字位數的確定和修約),能逐步學會用不確定度的基本概念對直接測量和間接測量的結果進行評定。

各校應根據條件,在物理實驗課中逐步引進在當代科學研究與工程技術中廣泛應用的現代物理技術,例如,激光技術、傳感器技術、微弱信號檢測技術、光電子技術、結構分析波譜技術等。

下面列出了部分基礎物理實驗的選題,各校可根據自己的特點從中選擇。

力學實驗

1)速度、加速度的測定

2)動量守恒、能量守恒定律的驗證

3)轉動慣量的測量

4)彈性模量

5)質量與密度的測量(氣、液、固)

6)阻尼、受迫振動

7)弦振動

8)聲速的測定

9)力學傳感器及其應用

10)振動模式研究

11)單擺混沌裝置

12)傅里葉頻率合成

13)復擺與耦合擺

熱學實驗

14)質量熱容(比熱容)

15)熔解熱、汽化熱

16)線膨脹系數

17)熱導率的測定

18)粘度的測定

19)相變臨界現象的研究

20)溫度傳感及其標定和應用

電磁學實驗

21)電子比荷(荷質比)的測定

22)直流電橋

23)非線性元件的伏-安特性

24)交流電橋

25)介電常量的頻率特性

26)RLC電路的暫態過程

27)RLC電路的穩態實驗

28)RLC諧振電路的幅頻特性與相頻特性

29)霍耳效應

30)磁滯回線

31)弱電流測量

32)示波器原理及其應用

33)存貯示波器及其應用(瞬態過程的測量)

34)電信號的傅里葉分析

35)用非線性電路研究混沌現象

光學實驗

36)幾何光學系列實驗

37)玻璃折射率與波長的關系

38)無吸收薄膜厚度和折射率的測量

39)衍射光柵

40)多種縫、孔衍射現象的半定量研究

41)橢圓偏振光的觀測

42)邁克爾遜干涉儀

43)旋光現象

44)分光計的調整及使用

45)光柵單色儀的調整與應用

46)光速的測定

47)光學多道分析器的調整與應用

48)電光調制

49)聲光調制

50)光學傅里葉變換

51)傅里葉光譜儀

52)光的色度研究

53)全息技術

近代物理實驗

54)黑體輻射

55)光電效應

56)逸出功的測定

57)油滴法測元電荷

58)電子衍射

59)原子能級的研究

60)康普頓散射

61)斯特恩-蓋拉赫實驗

62)塞曼效應

63)原子光譜

64)分子光譜

65)法拉第效應

66)克爾(Kerr)效應

67)吸收光譜

68)熒光光譜

69)拉曼(Raman)光譜

70)真空的獲得與測量

71)低溫的獲得與測量

72)單光子計數器

73)線陣CCD特性的研究

74)常用光電傳感器的特性及其應用

75)光纖應用

76)光纖傳感器特性的研究與作用

77)激光諧振腔與模式的研究

78)半導體激光器特性的研究

79)染料激光器的調整與光束的控制

80)激光的倍頻與混頻

81)光學雙穩態

82)激光在測量中的應用

83)盧瑟福散射

84)蓋革(Geiger)-彌勒(Muller)計數器和核衰變的統計規律

85)閃爍計數器及γ能譜測量

86)符合測量

87)X射線標識譜與吸收

88)X射線熒光光譜

89)穆斯堡爾(M?ssbauer)效應

90)核磁共振

91)超導量子干涉器件的研究

92)質譜儀

93)工業CT

94)正電子湮沒壽命譜儀

95)相對論實驗(α、β磁譜儀)

96)測量相對論速度電子的動能與動量關系

97)電子自旋共振(微波波段)

98)鐵磁共振

99)光泵磁共振

100)微波的產生、反射、吸收

101)微波干涉、衍射

102)超聲光柵

103)超聲探傷

104)等離子體研究方面的有關實驗

105)勞厄(Laue)相及晶體結構分析

106)用X射線測定多晶體的晶格常數

107)PN結電容和雜質濃度分布

108)固體材料低溫物性的測量

109)薄膜制備

110)薄膜厚度的實時檢測

111)薄膜特性測量

112)超導磁效應的研究

113)高溫超導材料的制備與測量

114)高溫超導材料的導電性能與臨界轉變溫度的測量

115)巨磁阻效應

116)納米材料制備與測量

117)透射電鏡的使用

118)掃描電鏡的使用

119)掃描隧道顯微鏡的使用

120)原子力顯微鏡的使用

121)虛擬儀器在物理實驗的應用

應用物理學專業的方向不同,專業實驗也不盡相同,各校可針對自己的專業方向和特點,根據各個不同專業的培養目標設計具有自身特色的專業實驗。專業方向實驗一般應具有如下幾個特點:

1)反映科學前沿的內容;

2)反映交叉學科的內容;

3)反映現代先進的科學技術和測量技術;

4)反映本專業市場需求的實際應用技術。

專業方向實驗的課時一般不少于64學時。

在附錄C中,列出了“光電子”專業方向所開設的專業實驗課程的主要實驗內容,供參考。

附錄B部分專業必修課程描述

1.力學

力學是研究物體機械運動規律的基礎課程。通過該課程的學習,學生應理解和掌握由實驗與觀測總結的機械運動基本規律,以及運用數學方法進一步導出力學規律,并學會利用基本和導出規律解決典型力學問題。力學課程的基本教學要求是闡明力學知識體系的邏輯結構,使學生掌握力學的基礎理論知識和解決力學問題的一般方法,培養學生的邏輯思維及接受新事物的能力,為后繼課程的學習奠定扎實的物理基礎。

2.熱學

熱學是研究由大量微觀粒子組成的宏觀物質系統的熱現象和熱運動規律的基礎課程。通過該課程的學習,學生應掌握對熱力學系統進行宏觀和微觀描述的方法。通過對熱現象進行觀察和實驗測量,總結出熱力學基本定律,通過嚴密的邏輯推理和演繹來研究物質的各種宏觀性質及其變化規律,形成熱學的宏觀理論。從物質的微觀結構出發,運用統計方法研究物質內部微觀粒子熱運動所遵從的規律,揭示各種熱現象的微觀機制,形成熱學的微觀理論。熱學的宏觀理論給出自然界中熱現象的普遍規律,微觀理論則深入探討熱現象的本質,兩者相輔相成,缺一不可。教學中要加強熱學與其他學科,如生物、化學、環境科學等的聯系,強調學科間的交叉與滲透。

3.電磁學

電磁學研究電、磁運動的基本規律以及電磁相互作用的規律。通過該課程的學習,學生應該掌握用基本定律處理典型問題,并導出其規律的方法;理解場的物理含義和電磁場的物質屬性;理解麥克斯韋方程和電磁波的基本性質;初步掌握電磁場作用于導體、電介質和磁性物質的經典唯象描述。教學中應特別注意從實踐的觀點來分析、綜合物理現象,并闡明物理規律。該課程將是電動力學及電子和電工課程的先導課,也將為應用電磁學知識解決實際問題打下基礎。

4.光學

光學是研究光的本性、光的產生、傳輸、接收及其與物質相互作用基本規律的基礎課程。光學課程的基本內容包括幾何光學、物理光學和現代光學三個部分。本課程的基本教學要求是闡明這三部分內容的基本原理和處理光學問題的基本方法,重點是物理光學。通過該課程的教學,使學生不僅掌握光學基本原理,還要掌握處理光學問題的基本思想和方法,具有觀察光現象、分析和解決光學問題的初步能力,同時為學習后繼課程打下扎實的基礎。

5.原子物理學

原子物理學是研究亞原子、原子和分子等不同層次的物質微觀結構、運動規律及其相互作用,并闡述其宏觀性質的基礎課程。該課程突出用量子物理的概念處理微觀世界的基本思想和方法,強調認識微觀世界的正確的物理圖像。在該課程的教學過程中應注重基本實驗事實的教學,應注意分析討論經典物理的處理方法的局限性和科學家在物理學發展的關鍵時刻是如何提出問題和解決問題的,應注重培養學生的科學創新意識,同時使學生為后續課程的學習打下良好基礎。

6.理論力學

理論力學是研究機械運動規律的理論性課程,是力學課的提高和深入。理論力學的內容可總結為牛頓力學和分析力學(拉格朗日表述和哈密頓表述)兩種理論知識體系。通過該課程的教學,不但應使學生掌握物體機械運動的基本理論,更重要的是應掌握分析力學的思想和方法,具備靈活運用牛頓力學和分析力學解決力學問題方法的能力,為后繼課程的學習打下較扎實的基礎。

7.熱力學與統計物理學

熱力學與統計物理學是研究由大量微觀粒子組成的宏觀物質系統的熱現象和熱運動規律的理論課程。熱力學以大量實驗總結出來的基本規律為基礎,運用嚴密的邏輯推理和數學運算研究物體與熱現象有關的宏觀性質,其結果普遍、可靠,但不可能導出具體物質的具體特性。統計物理學是從物質的微觀結構出發,考慮微觀粒子的熱運動規律,通過求統計平均的方法研究宏觀物體的熱性質及與熱現象有關的規律,可給出具體物質的特性,但可靠性依賴于對微觀結構的假設。兩者的研究任務相同,研究方法不同,是相輔相成的。通過本課程的學習,學生應掌握熱力學與統計物理學的基本概念、基本原理和處理問題的基本方法。

8.電動力學

電動力學主要研究電磁場的基本規律及其與物質的相互作用,以及運用這些規律處理各種電磁問題、研究各種電磁過程。它是電磁學的后續理論課程。通過本課程的教學,使學生掌握電磁場的基本規律和處理有關電磁系統的各類實際問題的典型方法,為今后進一步學習和從事研究工作打下基礎。

9.量子力學

量子力學是研究微觀物質量子現象與基本規律的理論課程,是近代物理學的重要理論基礎。本課程從量子現象及其基本運動規律出發,闡述量子力學基本原理,揭示微觀世界的基本規律,探索表征量子體系的基本力學量及其性質,和應用基本原理解決量子體系基本問題的方法。本課程不僅使學生掌握量子力學的基本原理和處理問題的一些重要方法,還應使學生獲得運用這些方法解決一些基本問題的能力,并為進一步的專業課程學習和科學研究打下基礎。

10.固體物理

固體物理學運用量子力學和統計力學研究固態物質的物理性質、微觀結構、構成固態物質的各種粒子和準粒子的運動形態及相互作用。若將研究對象進一步包括液體和軟物質,則構成凝聚態物理學。固體物理是物理學中內容豐富、應用極其廣泛的一門分支學科,是微電子、光電子和材料科學等學科的基礎。本課程著重闡述凝聚態物質性質的基本概念、基本理論、基本方法和典型模型。通過本課程的學習,使學生掌握晶體的結構、晶體的結合、晶格動力學和固體熱學性質、固體能帶理論和電子輸運特性等固體物理的基礎知識;提高運用普通物理學和理論物理知識解決具體問題與實際問題的能力。

11.數學物理方法

數學物理方法是一門數學和物理緊密結合的理論性課程。該課程以高等數學、普通物理學為基礎,既為解決許多實際問題提供了數學工具,又是學習理論力學、電動力學、量子力學和熱力學與統計物理學等后繼課程的基礎。通過學習,要求學生不但要掌握物理學中的常用數學方法,更重要的是,還要掌握將具體物理問題抽象成數學模型的思想和方法。該課程包括復變函數論和數學物理方程兩部分內容。對該課程的基本教學要求是教會學生如何把各種具體物理問題通過恰當的近似,建立起數學的定解問題,熟練掌握求解定解問題的各種典型方法,并對所得的數學結論給予合理的物理解釋,以培養學生利用數學和物理學基礎知識解決實際物理問題和工程技術問題的能力。

12.計算物理基礎

計算物理是用數值方法求解典型物理問題的一門實用性專業基礎課程。該課程使學生掌握線性代數、常微分方程、逼近與插值和非線性方程組等常見計算問題的通用數值解法和編程技巧。本課程結合典型物理問題,有選擇地介紹若干主要數值方法(如變分法、有限元方法、多重散射方法、密度泛函方法、蒙特卡羅模擬方法和分子動力學方法等)和軟件應用,并結合計算機技術適當介紹計算科學的進展,為學生進一步從事有關的科學和技術研究,以及數值計算方法和軟件研發打下基礎。

附錄C應用物理學專業方向課程體系舉例

光電子方向

(1)專業方向課程體系

注:專業實驗的一些內容可以包含在相應的專業方向課程中,也可以單獨地設置實驗課程。

(2)核心知識單元和知識點

①光電子學課程知識單元

知 識 點 內 容 參考學時電磁理論 麥克斯韋電磁理論在光學中的應用,光在各向異性晶體中的傳播,瓊斯(Jones)矢量對偏振光的描述 4學時光線和光束的傳播 矩陣光學基礎,高斯光束5學時光學諧振腔 法布里-珀羅標準具和光學諧振腔的基本原理,穩定性判據,諧振頻率和光學損耗3學時輻射與原子的相互作用自發輻射和受激輻射,均勻加寬和非均勻加寬的線型函數,克拉默斯(Kramers)-克勒尼希(Kronig)關系和電極化系數,速率方程,激光介質中的飽和性質4學時

續表

②光電子學專門實驗知識單元

注:選修的知識單元和知識點,各校可根據專業方向的特點自行確定。

附:2006—2011年教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理學類專業教學指導分委員會名單(按姓氏筆畫)

主 任:朱邦芬(清華大學)

副主任:葉沿林(北京大學) 田東平(西安郵電學院)

許寧生(中山大學) 金曉峰(復旦大學)

秘書長:阮東(清華大學)

委 員:(按姓氏筆畫排名)

馬紅孺(上海交通大學) 王永生(北京交通大學) 王若鵬(北京大學)

王 牧(南京大學) 尹 民(中國科學技術大學) 石 兢(武漢大學)

馮世平(北京師范大學) 劉玉鑫(北京大學) 劉益春(東北師范大學)

劉家鐸(成都理工大學) 孫秀泉(深圳大學) 楊士平(河北師范大學)

余洪偉(湖南師范大學) 張漢壯(吉林大學) 張承琚(山東大學)

張磬蘭(寧夏大學) 陳光德(西安交通大學) 陳沙鷗(青島大學)

陳金燦(廈門大學) 陳 浩(華南師范大學) 岳瑞宏(西北大學)

趙光達(北京大學) 胡響明(華中師范大學) 賀德衍(蘭州大學)

班士良(內蒙古大學) 賈鎖堂(山西大學) 高立模(南開大學)

郭 進(廣西大學) 唐 剛(中國礦業大學) 桑建平(江漢大學)

龔 敏(四川大學) 盛正卯(浙江大學) 童培慶(南京師范大學)

歡迎各位同行對兩個《規范》提出寶貴意見和建議,我們將在修訂時考慮。

您可以將意見和建議發給或寄給物理教指委的秘書長阮東

電郵:dongruan@tsinghua.edu.cn

郵址:北京市清華大學物理系(郵編100084)