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12
主要课程
普通物理学
2014-05-28 16:19   审核人:

力    学

【说明】

1.力学是科学教育专业的一门重要基础课程,通过本门课程的教学,应该达到下列目的:

(1)使学生比较系统地掌握力学基础知识,并能比较灵活地加以运用,且为进一步学习后继课程打下基础。

(2)使学生能较深刻地理解中学力学教材,并能独立解决今后中学教学中所遇到的一般力学问题。

(3)使学生能初步用高等数学工具解决一般力学问题。

(4)使学生了解物理的研究方法,培养学生独立分析问题与解决问题的能力。

(5)初步培养学生的辩证唯物主义世界观。

2.教材选用依据:面向21世纪课程教材,普通高等教育“九五”国家级重点教材。

3.有关教法的原则性建议:

(1)应该在课程的内容安排及讲授方法等各方面明显地反映师范教育的特点。为了使学生具有深刻地理解和掌握中学力学教材的能力,所学内容应在中学物理课程的基础上扩大、提高和加深,还要经常地注意联系中学物理教学中的问题。由于理论力学课程中不包括连续介质力学,因此在本课程中应保证对弹性及流体力学的教学达到一定的深度及广度。同样,对声学的基本知识也应有适当的介绍。

(2)在保持本课程的科学系统的基础上,应注意与高等数学课、理论力学课、物理实验课等有关课程的联系与配合,注意各门课之间的衔接及分工,避免不必要的重复。如对矢量代数,由于不可能等待在高等数学课中解决,故可结合位置矢量、位移讲授矢量的合成分解等基本知识,结合速度与加速度讲授矢量的导数,结合功及力矩等的学习,逐步讲授矢量的标积与矢积等等。

为了避免重复,可在二维问题的范围内对力学进行较系统的讲授,而在理论力学中仅讲三维问题;对人造卫星则不作详细介绍(仅讲三个宇宙速度)而留给理论力学在有心力运动中深入研究。对有些内容,应允许有限度的重复。但在具体要求及深度上应有明确的分工。如碰撞部分,本课程应彻底解决一维碰撞问题,可适当讲授二维碰撞知识,但不讲质心坐标系。对于回转仪,仅定性地介绍有关现象及初级原理,而不涉及详细计算。对物理量的量度以及误差、有效数字等有关知识,须在实验课中讲授,本课程不重复进行,但在具体计算中,应与实验课协调一致,统一要求,互相配合。狭义相对论一般将在电动力学课程中讲授,因此在力学中不作系统学习。但在有关部分的教学中,应适当注意并介绍这方面的重要成果,防止片面性及绝对性,以提高教学内容的科学性及思想性,并为将来的进一步学习创造良好条件。又如波动部分只讲波的干涉,而把波的反射、折射、偏振及吸收等留给光学课程中讲授;对固体的弹性仅研究其宏观规律,而不讲空间点阵等。总之,应当合理安排,注意实效。

(3)本大纲的系统安排:主要按研究对象划分,由质点力学到质点组及刚体力学,到连续介质。为使弹性与振动相衔接,所以将流体力学部分移到最后。

(4)本课程是学生入学后所接触到的第一门物理课,因此要特别注意在知识内容及学习方法上在学生原有基础上予以提高,以完成两个不同学习阶段的过渡。在教学中要特别注意贯彻由感性到理性,由特殊到一般的原则,以逐步提高学生的学习能力。要贯彻少而精的原则,对于基本概念、基本规律和基本方法要给予足够重视,予以突出,对后续课将详加讲授的内容在现阶段可以少讲或不讲,以保证学生集中精力学好基本内容。

为了提高学生分析问题和解决问题的能力,在教学中要注意使学生逐步体会物理学的研究方法,对概念的形成及定律的建立过程、适用的条件等要作深入的分析,并适当地介绍有关的历史知识(如万有引力定律的建立)。应适当安排一定数量的习题课,讲解分析各种类型的例题,以引导学生正确运用所学知识解决实际问题。同时通过足够的习题使学生在解题过程中加深理解,扩大知识面。为了促使学生思考问题,牢固掌握基本概念,对教学中的一些典型问题可安排讨论课,并注意及时布置适当的思考题。

(5)应当通过本课程的教学培养学生的辩证思维,使学生认识到物理理论是由实践中产生但又高于实践,实践是检验真理的唯一标准,通过实验可以反复地检验理论并使理论得到发展。

(6)在课堂教学中应利用一切现代化的教学手段加强教学的直观性,提高教学效果,使学生建立起正确的概念,了解一些物理现象及物理定律产生的条件。

(7)在力学教学中应如何恰当地体现当代科学发展的先进水平,是一个值得重视的问题。由于本课程的内容主要是经典力学,体现近代科学水平主要应是明确经典力学的适用范围及其局限性,防止片面性及绝对化,为学习相对论打下基础,也要适当介绍力学在现代科学技术中的应用,如宇宙航行及火箭运动等等。

(8)在本课程的教学中应注意联系力学在实际中的应用,特别是要加强联系物理学范围内的一些实际问题,如带电质点及原子分子的运动等。联系实际有助于提高理论水平而不是削弱基础理论,应当克服狭义的实用主义倾向。

(9)在力学教学中一般应使用国际单位制(SI),但考虑到中学物理教学的实际需要且便于阅读参考书,仍应适当介绍其它仍在使用的单位制,并安排一定数量的有关习题。

各章教学时数分配表

章  次

章   名

教学时数

第一章

物理学和力学

2

第二章

质点运动学

8

第三章

动量定理及动量守恒定律

10

第四章

动能和势能

8

第五章

角动量·关于对称性

6

第六章

万有引力定律

2

第七章

刚体力学

12

第八章

弹性体的应力和应变

2

第九章

振动

6

第十章

波动和声

6

第十一章

流体力学

8

第十二章

总  复  习

2

合  计

 

72

热    学

【说明】

     热学是高等师范院校365官网在线投普通物理课程的一部分,是重要的基础课之一,通过本课程的教学,应达到以下的目的和要求:

(1)使学生认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法,掌握比较系统的分子物理学和热力学基础知识,能较灵活地加以运用。

(2)使学生能较深刻地理解中学物理热学部分的教材,能独立解决今后教学中遇到的一般热学问题。

(3)为学生进一步学习电磁学,原子物理学和理论物理热力学和统计物理学等后继课程打下良好基础。

(4)通过本课程内容和研究方法的讲述有意识地培养学生的辩证唯物主义的世界观。

教材选用依据及有关教法的原则性建议:

为达到以上的目的和要求,在教材内容和课程的设置中应注意以下问题。

(1)鉴于本课程是师范院校365官网在线投基础课,在教材内容的选取上既要考虑中学物理教学的需要,又要注意与后继课和平行课之间的分工和衔接。例如介绍热现象的宏观理论时,应着重介绍热力学的基本概念及规律。淡化热机及循环效率问题。在介绍热现象的微观理论时,只讨论分子运动部分而不更多涉及统计物理学的内容。

(2)本课程是学生在学完经典力学后学习非机械运动规律的第一门课程。为此要强调物质运动的多样性与各种规律及其研究方法的特殊性。在学习分子动理论时要特别强调由大量分子构成的系统所遵从的统计规律的特点。培养学生的辨证思维。克服学生在学完经典力学后容易产生的机械唯物论的思想倾向。同时要在教材中始终贯彻理论来自实践又高于实践,通过实践反复检验理论并发展理论的思想。

(3)物理学是建立在实验基础上的一门科学,要充分重视理论的实验基础,除在普通物理实验课中安排热学实验外,在课堂讲授中要注意发挥演示实验的作用,防止纯推理倾向。

(4)按照科学进程和发展的需求,强化“熵”的教学。不仅要从宏观上引入熵的概念,还要从微观的角度看熵的实质。

(5)为了培养学生分析问题和解决问题的能力,本课程应讲解适当的例题和思考题,使学生学习正确的运用所学知识解决实际问题,同时要布置适量的习题和思考题,引导学生深入钻研物理概念,牢固掌握知识。

教学形式的建议

全部内容基本上都是以讲述为主,讨论为辅。并使用多媒体课件辅助教学。

各章教学时数分配表

章  次

章   名

教学时数

 

引言

1

第一章

温度

5

第二章

热力学第一定律

8

第三章

热力学第二定律

6

第四章

气体动理论

12

第五章

气体内的输运过程

4

第六章

第六章 非理想气体 固体 液体

8

第七章

相变

8

 

机动

2

合计

 

54

 

电 磁 学

说明

电磁学研究的对象是电磁现象的基本规律、是科学教育专业的一门重要的基础课、涉及较多的后继课程。通过本课程的教学要求达到以下目的:

一、学生能够比较全面的认识电磁运动的基本规律,系统的掌握电磁运动的基本概念和基本规律,具有一定的分析和解决电磁学问题的能力,并为学习后继课程打下必要的基础

二、通过电磁学的教学,使学生具有分析、处理和讲授中学物理课程电磁学部分的能力。

三、在讲授电磁学理论的同时,有目的的让学生了解电磁学发展史上的重大发现和发明过程中的物理思想和物理学家,了解电磁学与技术、社会的关系

四、本课程共计72课时

各章教学时数分配表

章  次

章   名

教学时数

第一章

真空中的静电场

14

第二章

导体周围的静电场

8

第三章

静电场中的电介质

6

第四章

稳恒电流和电路

6

第五章

稳恒电流的磁场

6

第六章

磁场对运动电荷和电流的作用

4

第七章

磁介质

6

第八章

电磁感应和暂态过程

8

第九章

交流电路

12

第十章

电磁场和电磁波

2

合计

 

72

 

光    学

说明

光学是以光的传播、光的本性和光与物质的相互作用为主要内容的基础学科,是普通物理的一个重要组成部分,是学习近代物理必须的基础知识,光学与科学技术及其它领域的进展密切相关,对科学技术和国民经济的发展有着重要作用.

光学的发展史也是人类唯物辩证地认识客观世界的过程,因而学习光学有利于培养辩证唯物主义的世界观和科学的方法论,通过本课程的学习,掌握光学的基本理论、基础知识和基本技能,提高科学文化水平和具有分析中学光学教学问题的能力,并为后续课程的学习打下基础。

教材选用:姚启钧 原著 华东师范大学光学教材编写组 改编  《光学教程》 第三版,高等教育出版社 2002年版。

本书内容包括经典光学的主要原理(干涉、衍射、几何光学基础、光的偏振、光的吸收、散射和色散)和应用,并适当介绍了现代光学的基本原理(光的量子性及现代光学基础)和应用。有些公式的数学推导最为附录列于各章之末,每章均配有适当的例题和习题。本书可作为高等师范学院物理专业教材。授课时数54。

教学方法和教学手段

采用开放式的教学模式,把《光学》教学分为课堂教学、课外阅读、专题讨论、专题讲座、开放演示实验室、光学实验室及与光学有关的近代物理实验室。解决好更新学科内容与现有知识之间的矛盾、增大课程容量与有限学时之间的矛盾、知识覆盖面与整体系统性之间的矛盾以及理论课与实验课之间的矛盾。

1. 在课堂教学上很下功夫

学生是课堂教学的主体,只有激发学生求知的动力,课堂教学才有可能成功,我们在具体实施课堂教学的过程中,采用多种教学方法和教学手段相结合,主要采用的教学方法有:(1)启发式教学方法,通过一些具有启发式的提问,激励学生学习的兴趣,从而培养学生的创造性思维能力;(2)讨论式教学方法,积极引导学生独立思考,培养学生的自学能力;(3)归纳总结法,引导学生对所学的内容进行总结、归纳,要求学生每学完一章,都对本章所涉及的基本理论和方法进行总结,通过对所学知识的系统归纳总结,不仅能加深学生对课程内容的理解,而且更能培养学生独立思考和分析问题的能力,提高学生的综合能力及表达能力;(4)由于光学课程涉及大量的光路图、原理示意图、光学现象等图像,把光学图采用Flash、Photoshop等绘图软件做成三维动态课件,不仅在课堂教学中生动形象地演示动态过程,加深学生对课堂内容的理解和记忆,提高学生学习的兴趣,同时可以节约用于课堂绘图的时间,从而可以大幅度扩展授课信息量,收到事半功倍的效果。例如波的干涉时,杨氏干涉狭缝大小与条纹宽度之间的关系,单缝宽度对衍射峰的影响,迈克尔逊干涉仪能够看到等倾干涉和等厚干涉、晶体的双折射现象、旋光等以及其它类似的内容,非常适合采用多媒体教学,用计算机色彩、动画演示实验变化过程形象、生动、逼真,并且可以有效地吸引学生的注意力、激发学生的学习兴趣、提高学习效果和教学效率,加深学生对课堂内容的理解和记忆,收到事半功倍的效果。

在整个具体的教学过程中,结合讲授内容,介绍光学研究的热点、重大发现和进展,注意课程内容与实际应用的联系,激发学生对光学课的学习兴趣,通过这些知识的传授提高学生的科学素质和能力。比如讲激光时介绍激光冷却与捕获原子的方法,讲全息时介绍光盘存储及存储材料研究的新进展,并可带学生到全息实验室观察、演示实验和做实验。在讲光在介质界面上的反射折射时的传播特性时,提出倏逝波的概念,开阔学生对光波长的认识。讲光栅衍射时,增加X射线用于分析晶体结构,以及由于对X射线研究而获得诺贝尔物理学奖的科学家的故事激励学生对光学课程学习的兴趣,拓展了学生的知识面。

专题讨论全课程安排2—3次专题讨论会,每次两小时,在教师的指导下进行,目的是调动学生的主动性,激发学生的学习热情。在教师的引导下开拓学生的思路和创新思维的培养。讨论会的主题分为几何光学、光的干涉、衍射、光的偏振。具体情况可根据学生的具体情况临时制定,可以小组讨论或班级讨论的形式进行。

专题讲座由任课教师或聘请有关专家讲授,内容包括:光学发展史、光学重要理论体系的建立,光学在各领域的应用,光学技术前沿等,其目的在于开拓学生视野,丰富学生的课堂教学。

2. 拓展课堂教学,扩大学生知识面,激发学生学习热情

课外阅读是提高学生自发、主动学习的重要形式。阅读内容包括教材中的部分材料、光学领域的书刊、最新成果的介绍资料、光学科普读物等。

开放实验室,以光学实验为基地,常年对学生开放,提供基本的光源、光学元器件、材料、仪器等物品。供学生观察光学现象,测试光学数据,开展自制光学器件、编制光学CAI课件。通过开放实验室培养学生的动手能力,对光学现象建立鲜明的感性知识,提高学生对光学学科的兴趣,对以后的工作产生良好的影响。另外可解决好理论与学生分组实验之间的矛盾

组织教学参观,结合我院情况,组织参观光学仪器厂,使用光学仪器的一些工厂的有关车间或医院,进一步开拓学生视野,增长对科学技术与生产的关系认识。

开展丰富多彩的课外学习活动;开展光学知识竞赛;鼓励优秀学生参与科研工作;有奖选作题及小论文活动。

改革考试方法等,通过多种渠道,让学生在积累知识的同时,启迪思维,引导学生主动发现、扑捉、观察、思考和分析光学现象。

为了扩大学生知识面,利用课余时间为同学播放一些科教片,使同学们学到很多课堂上学不到的物理知识。在播放之前,设计出几个与物理有关的问题,让同学们带着问题观看,并与所学物理知识相联系,看后,回答问题,收获很大。

3. 结合光学课程特定内容,积极关注理科学生的人文教育。

信息时代的高等教育必然是一种更加大众化的教育,高等教育的主要目的不再是培养少数具有特殊知识结构的精英,而是为更多的现代人铺垫基本的素质,满足社会对通才的日益高涨的需要。在实施具体的光学课程教学活动中,在完成本课程教学内容和任务的前提下,在适当的时候,与课程内容有机地结合起来,积极引入“科学技术与社会”人文科学精神,以辩证的观点引导学生考察科学技术和人类现实生活之间的相互关系。比如讲授光学课程很容易涉及现代化城市和现代建筑造成的光污染问题,在讲到几何光学的三个定律时,讲它们在实际生活和科学技术中的应用;光的光散射时很自然地涉及大气污染;讲到激光时,它在各个领域非常广泛的应用,有好的一面,也有不利的一面。不必花费太多的时间就使学生在学习本课程内容时受到了人文科学精神方面的教育,给学生呈现出新的知识面和思维空间,而且还活跃了课堂气氛,提高了学生主动参与课堂教学的积极性。

4. 积极推进双语教学,全面提高学生素质

由于英语是国际通用语言,因此在大学教学中推进课堂双语教学就显得非常必要。不能机械地照搬使用外文教材,那样做不但束缚住了教师的手脚,而且也会耗费学生大量的时间和精力,得不偿失。在讲课时给出和使用有关课程教学的日常用语和光学方面的专业词汇以及相关科学家的外文名字,同时配以汉语解释,学生会感到轻松、自然、甚至有趣。同时对专业英语的学习和专业英语文章的阅读有很大帮助。

5. 习题与思考题的现代化

习题与思考题是帮助学生掌握基本内容的重要环节,也是素质培养的重要内容.除了教材中的习题,精选了一部分习题建立题库,题库中习题的主要来源有:国内外教材中的一些习题;近年国内外部分考研题;网上资料等。题库内容新颖、题型多样(有概念题、解答题、证明题、实际应用题,也有估算、设计题、开放式的题等),通过习题,着重打开学生的解题思路,把学到的物理知识能够“举一反三”地应用,提高学生分析、解决问题的能力。为了与现代光学及其应用“接轨”,在习题和思考题中加入了相当多的与现代实际问题相联系的内容.让学生进行课堂讨论,提高了他们解决实际问题的能力,也进一步提高了他们学习光学的兴趣. 为了使学生更好地掌握光学规律,应用光学知识解决实际问题,

6. 演示实验的现代化

演示实验的现代化是实现课堂教学现代化的重要环节.选用恰当的激光器代替一般光源,演示光的各种干涉现象,各类菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的图形、偏振光干涉和旋光色散等,许多人在明亮条件下可以同时观察的演示实验.一些新的演示模型和实物,效果非常好。


各章教学时数分配表

章  次

章   名

教学时数

 

绪论

1

第一章

几何光学基本原理

9

第二章

光学仪器的基本原理

4

第三章

光的干涉

12

第四章

光的衍射

10

第五章

光的偏振

10

第六章

光的吸收、散射和色散

2

第七章

光的量子性

4

第八章

现代光学

2

合计

 

54

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