《物理與科技創(chuàng)新》教學(xué)大綱

《物理與科技創(chuàng)新》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：13170021課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)創(chuàng)新選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論20學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)）先修課程：大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、高等數(shù)學(xué)等后續(xù)課程：無(wú)適用專(zhuān)業(yè)：電纜工程開(kāi)課單位：理學(xué)部一、課程說(shuō)明本課程是電纜工程專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)創(chuàng)新選修課，以大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)知識(shí)為載體，通過(guò)設(shè)定不同的專(zhuān)題，講述物理學(xué)當(dāng)代前沿的研究方向以及它們?cè)诟咝录夹g(shù)發(fā)展中的應(yīng)用，使學(xué)生了解科技前沿研究方向，拓寬科技視野，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的興趣。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解物理學(xué)在生活、人文、科技發(fā)展中的重要作用，以及中國(guó)科技在世界范圍內(nèi)的地位，掌握一定的物理思想和物理方法。課程目標(biāo)2：完善知識(shí)體系，拓展科技視野，具備一定的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。課程目標(biāo)3：形成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和習(xí)慣，樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，激發(fā)愛(ài)國(guó)情懷，樹(shù)立科學(xué)報(bào)國(guó)的偉大理想。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《物理與科技創(chuàng)新》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)電纜工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.1掌握數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的重要思想和思維方法，理解工程問(wèn)題的數(shù)理本質(zhì)及其表述方法。課程目標(biāo)1：了解物理學(xué)在生活、人文、科技發(fā)展中的重要作用，以及中國(guó)科技在世界范圍內(nèi)的地位，掌握一定的物理思想和物理方法。H2.問(wèn)題分析2.1能應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，識(shí)別與表達(dá)電纜工程相關(guān)的復(fù)雜工程問(wèn)題課程目標(biāo)2：完善知識(shí)體系，拓展科技視野，具備一定的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。H3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.1掌握電纜工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基本方法和技術(shù)，能夠根據(jù)需求確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，并研究確定技術(shù)方案課程目標(biāo)2：完善知識(shí)體系，拓展科技視野，具備一定的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。H6.工程與社會(huì)6.2能分析并正確評(píng)價(jià)針對(duì)電纜工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的工程實(shí)踐，尤其是新技術(shù)、新工藝、新材料、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)3：形成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和習(xí)慣，樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，激發(fā)愛(ài)國(guó)情懷，樹(shù)立科學(xué)報(bào)國(guó)的偉大理想。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.物理改變世界——物理學(xué)發(fā)展史1.1物理學(xué)發(fā)展概述1.2近代物理研究方向1.3中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展教學(xué)要求：了解物理學(xué)發(fā)展史；掌握中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展史；理解物理學(xué)發(fā)展在科技中的應(yīng)用。重點(diǎn)：物理學(xué)各領(lǐng)域的發(fā)展歷史。難點(diǎn)：物理學(xué)發(fā)展在科技中的應(yīng)用。21、2、32.開(kāi)啟航空夢(mèng)的鑰匙——力學(xué)守恒定律2.1力學(xué)三大守恒定律2.2力學(xué)守恒定律在航天技術(shù)中的應(yīng)用教學(xué)要求：了解中國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展；掌握力學(xué)守恒定律；理解力學(xué)守恒定律在航天技術(shù)中的應(yīng)用。重點(diǎn)：力學(xué)守恒定律。難點(diǎn)：力學(xué)守恒定律在航天科技中的應(yīng)用。21、2、33.神獸麥克斯韋妖的命運(yùn)——奇妙的熵3.1熱力學(xué)第一和第二定律3.2熵的概念3.3熵與信息和能量的聯(lián)系教學(xué)要求：了解熱學(xué)基本概念；了解熱力學(xué)第一定律；掌握熱力學(xué)第二定律；理解熵的概念；理解熵與信息、能量的聯(lián)系。重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律。難點(diǎn)：熵與信息、能量的聯(lián)系。21、24.無(wú)處不在的波——從機(jī)械波到電磁波4.1機(jī)械波特性和應(yīng)用4.2電磁波的發(fā)展歷史4.3電磁波的基本特性和在科技發(fā)展中的作用4.45G通信的發(fā)展?fàn)顩r教學(xué)要求：了解機(jī)械波的基本知識(shí)；了解電磁波的發(fā)展史；掌握機(jī)械波和電磁波的特性；理解機(jī)械波和電磁波在科技發(fā)展中的應(yīng)用。重點(diǎn)：機(jī)械波和電磁波的特性。難點(diǎn)：波在科技發(fā)展中的應(yīng)用。22、35.家族壯大記——霍爾效應(yīng)5.1量子理論的誕生和發(fā)展5.2霍爾效應(yīng)5.3量子力學(xué)基本原理5.4霍爾效應(yīng)在前沿科技中的應(yīng)用教學(xué)要求：了解量子力學(xué)的誕生和發(fā)展；了解霍爾效應(yīng)及其發(fā)展歷史；掌握量子力學(xué)的基本原理；理解霍爾效應(yīng)家族在前沿科技中的應(yīng)用。重點(diǎn)：對(duì)霍爾效應(yīng)家族的認(rèn)識(shí)和理解。難點(diǎn)：霍爾效應(yīng)家族的產(chǎn)生機(jī)制。21、26.人類(lèi)的瑰寶——激光6.1激光器研究的發(fā)展6.2激光器的結(jié)構(gòu)、激光的產(chǎn)生機(jī)制、激光的特性6.3激光在醫(yī)學(xué)治療、通信工程、工業(yè)加工等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用教學(xué)要求：了解激光研究的發(fā)展歷史；了解激光器的機(jī)構(gòu)；掌握激光的產(chǎn)生機(jī)制和特性；理解激光在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。重點(diǎn)：激光的產(chǎn)生機(jī)制和特性。難點(diǎn)：激光的科技領(lǐng)域的應(yīng)用。21、2、37.無(wú)所不能的3D打印——3D打印技術(shù)7.1物理學(xué)在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用7.23D打印技術(shù)的原理、材料和設(shè)備7.33D打印技術(shù)的制造工藝7.43D打印技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和在制造業(yè)中的應(yīng)用教學(xué)要求：了解物理學(xué)在3D打印技術(shù)中的重要作用；了解3D打印技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和在制造業(yè)中的應(yīng)用；掌握3D打印技術(shù)的材料和制造工藝；理解3D打印技術(shù)的原理。重點(diǎn)：3D打印技術(shù)的原理。難點(diǎn)：3D打印技術(shù)的原理和制造工藝。21、2、38.世紀(jì)的神奇材料——納米材料8.1物理學(xué)與新材料的聯(lián)系8.2納米材料的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等特性8.3納米材料的制備方式8.4納米材料的應(yīng)用以及發(fā)展前景教學(xué)要求：了解物理學(xué)與新材料的聯(lián)系；了解納米材料的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等特性，以及發(fā)展前景；掌握納米材料的制備方式；理解納米材料的應(yīng)用。重點(diǎn)：納米材料的特性和制備方法。難點(diǎn)：納米材料的特性和應(yīng)用。21、2、39.永不消失的電流——超導(dǎo)材料9.1超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程和基本理論9.2高速磁懸浮軌道交通的基本原理和發(fā)展歷程9.3中國(guó)原創(chuàng)高溫超導(dǎo)磁懸浮的基礎(chǔ)理論9.4超導(dǎo)在核磁共振方面的應(yīng)用教學(xué)要求：了解超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程和基本理論；了解高速磁懸浮軌道交通的發(fā)展歷程；了解核磁共振的基本原理；掌握高速磁懸浮軌道交通的基本原理；掌握中國(guó)原創(chuàng)高溫超導(dǎo)磁懸浮的基礎(chǔ)理論。重點(diǎn)：高速磁懸浮軌道交通的基本原理。難點(diǎn)：中國(guó)原創(chuàng)高溫超導(dǎo)磁懸浮的基礎(chǔ)理論。21、2、310.上帝會(huì)不會(huì)玩擲骰子？——量子信息技術(shù)10.1量子科學(xué)發(fā)展歷史和量子信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10.2量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)距離量子通信、量子計(jì)算機(jī)的基本概念10.3量子通信和量子計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用10.4量子信息技術(shù)在國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)、國(guó)防等領(lǐng)域的重要戰(zhàn)略意義教學(xué)要求：了解熱量子科學(xué)發(fā)展歷史和量子信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；了解量子通信和量子計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀；掌握量子通信和量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用；理解量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)距離量子通信、量子計(jì)算機(jī)的基本概念；理解量子信息技術(shù)在國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)、國(guó)防等領(lǐng)域的重要戰(zhàn)略意義。重點(diǎn)：量子通信和量子計(jì)算的應(yīng)用。難點(diǎn)：量子通信和量子計(jì)算的應(yīng)用。21、2、3合計(jì)202.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.電磁學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：電磁學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：了解電磁學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的物理知識(shí)；掌握實(shí)驗(yàn)方法和技巧；理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。42、32.光學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：光學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：了解光學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的物理知識(shí)；掌握實(shí)驗(yàn)方法和技巧；理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。42、33.熱學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：熱學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：了解熱學(xué)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的物理知識(shí)；掌握實(shí)驗(yàn)方法和技巧；理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。42、3合計(jì)12五、教學(xué)方法及手段課程教學(xué)以專(zhuān)題講座和專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行，采用課堂講授為主，綜合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為輔，向?qū)W生呈現(xiàn)科技發(fā)展前沿，了解物理學(xué)在生活、人文、科技發(fā)展中的重要作用，結(jié)合開(kāi)放式作業(yè)和開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、慕課、學(xué)習(xí)通資源，配合多媒體課件等共同完成堂授課內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和科技創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛力。采用QQ、微信等交流工具，加強(qiáng)和學(xué)生之間的交流和溝通。六、課程資源1.推薦教材無(wú)2.參考書(shū)（1）費(fèi)·卡約里著,戴念祖譯.物理學(xué)史[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社,2010年.（2）程守洙,江之永.普通物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2012年.（3）馬文蔚.物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2016年.（4）宗占國(guó),姜文龍,楊景海.現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2016年.（5）吳今培.量子概論——神奇的量子世界之旅[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019年.（6）劉佑昌.相對(duì)論并不神秘[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012年.（7）張?jiān)：?超導(dǎo)物理(第三版)[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2009年.（8）陳家璧.激光原理及應(yīng)用(第4版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2019年.（9）馮端.溯源探幽熵的世界[M].北京:科學(xué)出版社,2005年.3.期刊（1）李祥友,劉可,周冉,張聞.激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)及應(yīng)用綜述[J].中國(guó)激光,2022,49(12):152-183.（2）Chao-XingLiu,Shou-ChengZhang,Xiao-LiangQi.TheQuantumAnomalousHallEffect:theoryandexperiment[J].AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2016,7(1):301-321.（3）JudithLMacManus-Driscoll,StuartCWimbush.Processingandapplicationofhigh-temperaturesuperconductingcoatedconductors[J].NatureReviewsMaterials,2021,(6):587–604.（4）LeonardoBanchi,JasonPereira,StefanoPirandola.Generalizationinquantummachinelearning:aquantuminformationstandpoint[J].PRXQuantum,2021,(2):040321.（5）JinhuaLi,MartinPumera.3Dprintingoffunctionalmicrorobots[J].ChemicalSocietyReviews,2021,50(4):2794-2838.4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）黃朝紅.激光原理與技術(shù)[Z/OL].北京:中國(guó)大學(xué)MOOC,2022[2022]./course/XMU-1002851002?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_.（2）劉曉輝.量子科技[Z/OL].北京:中國(guó)大學(xué)MOOC,2022[2022]./course/SDU-1465995163?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_.（3）汪焰恩,王淑俠.3D打印技術(shù)及應(yīng)用[Z/OL].北京:中國(guó)大學(xué)MOOC,2020[2020]./course/NWPU-1001911003?tid=1450242472.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考查成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂活動(dòng)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問(wèn)題情況進(jìn)行考核，滿(mǎn)分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?53實(shí)驗(yàn)24（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、可行性，實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿(mǎn)分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?88作業(yè)評(píng)價(jià)24（1）主要考核學(xué)生對(duì)各專(zhuān)題知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿(mǎn)分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?88期末考查40（1）大作業(yè)成績(jī)100分，以大作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考查學(xué)生對(duì)科技發(fā)展前沿的掌握情況；物理學(xué)在生活、人文、科技發(fā)展中的重要作用的理解情況；以及學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和科技創(chuàng)新能力和學(xué)生創(chuàng)新潛力。（3）考試題型為：小論文?！獭獭?51510合計(jì)：100分353629八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)評(píng)價(jià)和期末大作業(yè)等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末考查和過(guò)程性評(píng)價(jià)成