SPOC学校专有课程
《宇宙学》(双语)
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spContent=课程负责人张同杰老师自2003年从加拿大多伦多大学访问回国起至今,在天文系开设本科生专业基础课 《宇宙学(导论)》(双语),该课程曾经获得多次学校教改项目资助进行建设。 《宇宙学(导论)》(双语)属于天文系和物理系本科生专业基础课,已在北师大天文系讲授16次之多,是国内少数开设较早的本科生宇宙学课程。 该课程适合已经修过高等数学、普通物理学、理论物理学、数学物理方法和天文学导论等课程的天文系和物理系大三以上年级的学生选修,也适合其他本科低年级或者本科非天文专业的研究生选修学习。该课程是研究生阶段宇宙学研究方向的必修基础课程。 该课程使用两本教材。第一本中文教材《宇宙学导论》(张同杰刘文斐李时雨主编),预计在2021年8月在科学出版社正式出版。第二本英文讲义 (张同杰主编)。这两本教材是张同杰老师近二十年来结合教学和参考几十本国外宇宙学教材编写而成。
—— 课程团队
课程概述

宇宙学是在整体上研究宇宙的诞生、演化和结局的天体物理科学。其英文 Cosmology来自Cosmos即宇宙、秩序和和谐,隐含着人类对宇宙的美好向往,即和谐美好的宇宙之美,也是宇宙时空的终极之美。

近十几年来,宇宙学课程在国内外大学物理系和天文系相继开设,但是大部分针对研究生而言,有的课程只是兼顾一下高年级本科生而已。然而单独为本科生开设的宇宙学课程不多,主要原因是本科生没有学习广义相对论,这也是本科生和研究生宇宙学的分水岭。大学天文系和物理系的本科学生如果不学一门宇宙学课程,其天文和物理知识结构则不完整,也不利于其后续的研究生学习。

本课程《宇宙学(导论)(双语)属于天文系和物理系本科生专业基础课。本课程本着有所为有所不为的教学原则,讲授标准(或者大爆炸)宇宙学、或者零阶(或者平滑)宇宙学的最基本内容,因此本科生没有广义相对论基础也能够学习。

 

课程内容:引言-宇宙学概述;热大爆炸宇宙论;牛顿宇宙学;标准宇宙学基础;暴涨宇宙学;宇宙微波背景辐射;宇宙中微子;早期宇宙;初始奇点和宇宙创生。书每章节都配有难度适中的练习题和答案。

 

教学方式:线上线下混合式教学方式。

 

学习方式:研究型学习与自主性、探索性学习相结合,加深对宇宙学知识的理解。

 

本课程的特色双语教学,英文教材讲义与国际接轨;教学内容和方式与国际教学和研究前沿紧密联系;本科生可花费最短的时间了解国际前沿,很快进入科研状态;在授课中强调本科学生自主学习、学生互动和师生互动,激发本科生产生科学想法(Idea),培养了学生的科研悟性和创新能力。通过本科生的科研训练培养了一批高素质的创新型人才,在国际顶尖学术刊物发表文章并被国际同行多次引用;培养本科生在各类学术竞赛中获得殊荣(多人次获北京市和全国大学生科技创新大赛奖;校级和市级优秀毕业论文;本科生张聪同学发表的文章获得中国<天文与天体物理研究(RAA)2017年度优秀论文奖RAA20周年优秀论文奖和文章连续两年(20192020)入选ESI高被引文章等,形成一批高水平的教学研究成果,在校内外引起关注并产生较大影响,光明日报和人民日报给予报道。基于在本科生科研方面做出的成绩作为第一申请人主持申报的<强化本科生科研训练,探索创新型人才培养的新模式>获得2013年北京市高等教育教学成果二等奖。指导2015级吕澈秋同学的毕业论文《利用二次高斯过程方法限制哈勃常数》被评选为“2019年北京高校优秀本科毕业设计(论文)

 

教学目标:学习本课程后能够使学生利用已有的数理知识,推演宇宙的整个演化过程,掌握阅读宇宙学文献的技能。使学生唤起对我们的宇宙深入理解和研究的向往。使学生深入地理解数学、物理、以及宇宙的和谐的美,培养学生正确的世界观和的宇宙观。


授课目标

学习本课程后能够使学生利用已有的数理知识,推演宇宙的整个演化过程,掌握阅读宇宙学文献的技能。使学生唤起对我们的宇宙深入理解和研究的向往。使学生深入地理解数学、物理、以及宇宙的和谐的美,培养学生正确的世界观和的宇宙观。



成绩要求

闭卷考试

(1)平时考核:占学期总成绩40%(包括作业、论文、文献分析和一个基于科研成果的学术报告等)

(2)期末考试:占学期总成绩60%,注重基本知识和能力考察。



课程大纲
预备知识

适合已经修过高等数学、普通物理学、理论物理学、数学物理方法和天文学导论等课程的天文系和物理系大三以上年级的学生选修,也适合其他本科低年级或者本科非天文专业的研究生选修学习。

参考资料

(1). <<An introduction to modern cosmology>> written by Liddle 2003;

(2).《现代宇宙学》 科学出版社20169   张同杰 于浩然译著


常见问题

本科生没有学过广义相对论的知识,能学习宇宙学吗?