武汉理工大学

人文物理

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课程概述

物理学是一切自然科学的基本,是工业革命和高新技术的先导;物理学始终追求“真”、“善”、“美”,这是社会和人类文明程度的象征,也就是说,物理学既是一门科学、又是一门文化;物理学还是人类“思想和方法”的宝库,物理学对人类的影响已广泛渗透到社会科学的各个方面。

《人文物理》课程以物理基础知识为载体(不涉及物理公式的推导与应用), 突出物理学的文化内涵, 展现物理思想和人文精神的融合, 培养学生科学素养和终身学习的能力。通过对物理学发展史上的一些具有里程碑意义的重大发现过程和一些著名物理学家的重大贡献的介绍,向学生展示物理学发展过程中所体现的丰富的科学思想、科学方法和科学精神, 以及著名物理学家的创新思维、高尚道德和人格魅力。

课程内容通俗易懂,适合各层次、各专业的学生,也为广大民众提高科学文化素质提供了有益的参考。


课程团队由6位教师组成:

廖红:课程负责人,主讲第一讲、第二讲、第八讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

孙晓冬:主讲第五讲、第六讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论

郭斌:主讲第四讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论

高明向:主讲第七讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

浦实:主讲第三讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

朱懿:主讲第九讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论。

授课目标
《人文物理》是一门文理交融, 重视科学教育与人文教育融合的通识教育课程。对于文科学生而言,可以更多了解科学技术的基本知识,提高自身的科学素养;对于理工类学生,可以引导他们树立科学意识,学会科学思维方法。
证书要求

预备知识

中学物理

授课大纲

(每讲内容相对独立,前后顺序可以改变)

第一讲“人文物理与两种文化”(廖红)

阐述《人文物理》课程开设的目的和意义,介绍物理学丰富的科学思想和文化内涵,从物理思想与人文精神融合入手,了解科学文化与人文文化的交融在人才培养中的重要作用。

1、《人文物理》课程简介;

2、两种文化的提出;

3、李约瑟难题;

4、物理学既是科学也是文化;

5、时代的发展需要文理兼通的人。

第二讲“经典力学的建立与发展”(廖红)

    从天文学的突破、到牛顿力学的创立,介绍经典力学的建立与发展过程及牛顿的自然哲学思想,了解归纳、演绎法相结合,模型与数学相结合的科学研究方法。

1、从托勒密到哥白尼;

2、开普勒行星三定律;

3、伽利略的科学研究方法;

4、最美丽的十大物理实验;

5、牛顿对经典力学的贡献。

第三讲“电磁波在历史背景下的建立与时代背景下的应用”(浦实)

从基本的电磁现象入手,了解麦克斯韦电磁场理论的建立与电磁波的发现过程。展现电磁学发展过程中所体现的丰富的科学思想、科学方法和科学精神。

1、库仑定律发现以前;

2、库仑定律发现以后

3、学术传统与麦克斯韦方程的建立;

4、天线的一个多世纪;

5、电磁场与微波技术学科的应用和发展。

第四讲“从探索与实践中认识光现象的本质”(郭斌)

介绍从古至今人们对光的不断认识、研究和探索,重点介绍和论述科学家们在实践基础上对光现象进行的各种学说假设,以及不同时期的学术流派对光本质的学术争辩,体验一下先辈们在实践探索中追求真理的艰难历程,感受先贤们的智慧,并从中受到启发。

1、前几何光学时代;

2、几何光学时代;

3、真正的论战:波动说与粒子说;

4、波动说的胜利;

5、爱因斯坦光量子假设和波粒二象性的辩证统一。

第五讲“打开微观世界研究大门的三大发现”(孙晓冬)

十九世纪末,物理学家在对阴极射线本性的研究中相继发现了x射线、天然发射性以及电子。通过介绍发现的过程及其重大意义,着重展现科学家们如何抓住机遇、克服困难、勇于突破传统观念束缚的创新思想和锲而不舍的探索精神,介绍著名物理学家的高尚道德和人格魅力,以及与物理学有关的一些社会性论题。

1、三大发现的序幕;

2、伦琴发现X射线;

3、贝克勒尔发现放射性;

4、居里夫人发现钋和镭;

5、放射线的发现;

6、汤姆孙发现电子。

第六讲“物理学与核能”(孙晓冬)

介绍能源概况以及能源使用造成的环境污染和能源危机,再介绍几种常用的新能源,然后通过介绍原子核物理发展过程中的一些重大发现,重点介绍核能(原子能)的开发和利用。从中感受到科学家们经过艰苦卓绝的努力才使得人类迎来了原子能时代,同时也体会到 “科学技术是一把双刃剑”以及“可持续发展”的重要性。

1、能源与可持续发展;

2、原子和原子核的结构;

3、重核裂变的发现与链式反应;

4、核能来源;

5、原子能的应用;

6、核聚变能;

7、中国两弹一星功勋科学家。

第七讲“时空观的革命——相对论”(高明向)

    本讲简单介绍相对论基本原理及实验证明的同时,较为细致地介绍了爱因斯坦提出相对论的思维过程,体会物理学家的思维方式,展现爱因斯坦的人格魅力。

1、狭义相对论的创立背景;

2、狭义相对论的基本原理 时钟变慢;

3、长度收缩 洛伦兹变换;

4、质速关系 质能关系 太阳能和原子能;

5、广义相对论的基本原理 弯曲的空间-时间;

6、广义相对论的实验证明。

第八讲“量子论中的物理思想与人文精神”(廖红)

    通过介绍量子论中的物理思想与人文精神及近代物理学家在“量子论”发展过程中付出的艰辛和努力,了解物理学家对科学的严谨态度与对科学真理的不懈追求精神。

1、普朗克与能量子假设;

2、伟大的导师卢瑟福;

3、玻尔与哥本哈根精神;

4、文科生德布罗意;

5、20世纪传为佳话的科学争论。

第九讲“古代哲学思想与现代宇宙观”(朱懿)

本讲通过对比中西方古典哲学、宗教哲学中的部分思想,简单介绍现代宇宙学中的基本事实和观点。通过比较古代哲学和现代宇宙学的异同,体会哲学思想与科学研究之间的相互促进作用,同时也展现出物理学作为实证科学的严谨性。

1、关于世界起源的思考;

2、宇宙大爆炸;

3、世界的构成;

4、四大基本相互作用;

5、暗物质与暗能量;

6、早期宇宙的故事;

7、宇宙的终极宿命。

参考资料

1、教材

《物理与文化——物理思想与人文精神的融合》  倪光迥、王炎森主编  高等教育出版社  2009年3月 第2版

2、参考书

《改变世界的物理学》  倪光炯等主编  复旦大学出版社 2007年8月 第2版

《科学是美丽的》  沈致远主编  上海教育出版社  2002年1月出版

《物理发展与科技进步》  戴剑锋、李维学等主编  化学工业出版社  2005年3月出版

《美哉物理》  沈葹主编  上海科学技术出版社  2010年7月出版

《人文物理-推动人类文明的物理学》  潘传芳主编  科学出版社  2010年8月出版