人文物理(武漢理工大學建設的慕課)

課程建設

課程背景

物理學是一切自然科學的基本，是工業革命和高新技術的先導；物理學始終追求“真”“善”“美”，這是社會和人類文明程度的象徵，也就是說，物理學既是一門科學、又是一門文化；物理學還是人類“思想和方法”的寶庫，物理學對人類的影響已廣泛滲透到社會科學的各個方面。

課程定位

人文物理課程以物理基礎知識為載體（不涉及物理公式的推導與套用），突出物理學的文化內涵，展現物理思想和人文精神的融合，培養學生科學素養和終身學習的能力。該課程通過對物理學發展史上的一些具有里程碑意義的重大發現過程和一些著名物理學家的重大貢獻的介紹，向學生展示物理學發展過程中所體現的豐富的科學思想、科學方法和科學精神，以及物理學家的創新思維、高尚道德和人格魅力。

適應對象

人文物理課程內容通俗易懂，適合各層次、各專業的學生，也為廣大民眾提高科學文化素質提供了有益的參考。

課程簡介

人文物理課程共9章，課程主要了解物理學的人文內涵，理解體會物理與人文兩種文化交融的重要性。該課程主要內容包括經典力學的建立與發展、電磁波在歷史背景下的建立與時代背景下的套用、打開微觀世界研究大門的三大發現、時空觀的革命相對論、量子論中的物理思想與人文精神等。

課程大綱

01 《人文物理》與兩種文化

1-1、《人文物理》課程介紹

1-2、兩種文化的提出

1-3、“李約瑟難題”

1-4、物理學既是科學也是文化

1-5、時代的發展需要文理兼通的人

02 經典力學的建立與發展

2-1、從托勒密到哥白尼

2-2、克卜勒行星三定律

2-3、伽利略的科學研究方法

2-4、最美麗的十大物理實驗

2-5、牛頓對經典力學的貢獻

03 電磁波在歷史背景下的建立與時代背景下的套用

3-1、庫侖定律發現以前

3-2、庫侖定律發現以後

3-3、學術傳統與麥克斯韋方程的建立

3-4、天線的一個多世紀

3-5、電磁場與微波技術學科的套用和發展

04 從探索與實踐中認識光現象的本質

4-1、前幾何光學時代

4-2、幾何光學時代

4-3、真正的論戰：波動說與粒子說

4-4、波動說的勝利

4-5、愛因斯坦光量子假設和波粒二象性的辯證統一

05 打開微觀世界研究大門的三大發現

5-1、三大發現的序幕

5-2、倫琴發現X射線

5-3、貝克勒爾發現放射性

5-4、居里夫人發現釙和鐳

5-5、放射線的發現

5-6、湯姆孫發現電子

06 物理學與核能

6-1、能源與可持續發展

6-2、原子和原子核的結構

6-3、重核裂變的發現與鏈式反應

6-4、核能來源

6-5、原子能的套用

6-6、核聚變能

6-7、中國兩彈一星功勳科

07 時空觀的革命——相對論

7-1、狹義相對論的創立背景

7-2、狹義相對論的基本原理、時鐘變慢

7-3、長度收縮、洛倫茲變換

7-4、質速關係、質能關係、太陽能和原子能

7-5、廣義相對論的基本原理、彎曲的空間——時間

7-6、廣義相對論的實驗證明

08 量子論中的物理思想與人文精神

8-1、普朗克與能量子假設

8-2、偉大的導師盧瑟福

8-3、玻爾與哥本哈根精神

8-4、文科生德布羅意

8-5、20世紀傳為佳話的科學爭論

09 古代哲學思想與現代宇宙觀

9-1、關於世界起源的思考

9-2、宇宙大爆炸

9-3、世界的構成

9-4、四大基本相互作用

9-5、暗物質與暗能量

9-6、早期宇宙的故事

9-7、宇宙的終極宿命

註：該課程大綱於第11次開課時發布，排版從左到右列

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2016年12月16日至2017年02月19日	廖紅、孫曉冬、朱懿、郭斌、高明向、浦實	3小時/周	478人
第2次開課	2017年02月21日至2017年04月20日	廖紅、孫曉冬、朱懿、郭斌、高明向、浦實	3小時/周	493人
第3次開課	2017年09月04日至2017年11月10日	廖紅、孫曉冬、朱懿、郭斌、高明向、浦實、胡靖華、冷春江	3-5小時/周	636人
第4次開課	2018年02月26日至2018年05月07日		3-5小時/周	2638人
第5次開課	2018年05月14日至2018年07月20日		3小時/周	3169人
第6次開課	2018年09月03日至2018年11月02日			2217人
第7次開課	2019年03月06日至2019年04月29日			3134人
第8次開課	2019年09月02日至2019年11月02日			2493人
第9次開課	2020年02月24日至2020年04月30日			3188人
第10次開課	2020年09月07日至2020年11月08日	廖紅、孫曉冬、朱懿、郭斌、高明向、浦實、胡靖華、冷春江、趙昕		2421人
第11次開課	2021年03月01日至2021年05月01日	廖紅、孫曉冬、朱懿、郭斌、高明向、浦實、冷春江		2101人

教學計畫

內容主題	計畫內容
《人文物理》與兩種文化	了解《人文物理》課程開設的目的與意義及物理學在自然科學中的重要地位；了解課程的主要內容及課程的學習方法；了解兩種文化提出的歷史背景；理解體會兩種文化交融的重要性；了解“李約瑟難題”及中華文明對人類的貢獻；了解物理學的人文內涵，理解物理學既是科學也是文化；理解體會文理兼通在個體發展與人才培養中的意義。
經典力學的建立與發展	了解經典力學的誕生是從天文學的突破開始的；了解日心說提出的歷史背景及行星三定律；了解伽利略科學研究方法對物理學發展的影響；理解體會兩種文化交融的重要性；了解最美麗的十大物理實驗的內容和特點；了解牛頓對經典力學的貢獻；理解體會科學思想與研究方法在物理學發展中的重要性。
電磁波在歷史背景下的建立與時代背景下的套用	通過追尋世界科學史的發展脈絡，認識電磁波建立前的物理背景和數學背景，從中了解到西方和華夏學術傳統的不同；通過麥克斯韋的貢獻，認識麥克斯韋方程的建立過程，了解電磁波之預言及驗證，進而熟悉天線這一事物；了解世界科學中心的轉移歷程，以及同時代下電磁場與微波技術學科的套用和發展；通過電容和赫茲偶極子（基本電振子）舉例，理解和掌握安培—麥克斯韋定律（全電流定律）的基本內涵；通過電感線圈和漏泄同軸電纜（LCX）舉例，理解和掌握法拉第定律（電磁感應定律）的基本內涵；掌握線天線的輻射機理。
從探索與實踐中認識光現象的本質	了解遠古時期人們對光現象本質的認識；了解幾何光學的逐步完善以及笛卡爾對摺射現象的首次嘗試歷程；了解波動說與粒子說之爭；理解波粒二象性及其重大意義；體會對光現象本質認識不斷深入的啟示。
打開微觀世界研究大門的三大發現	了解陰極射線本性的爭論；了解X射線的發現過程及意義；了解X射線的產生和套用；了解放射性的發現過程及意義；了解電子的發現過程及意義；體會倫琴、居里夫人等科學家的高尚品德。
物理學與核能	了解能源的概況、利用和開發及核物理髮展過程的重大發現；理解核裂變產生的可能性和可控性、了解原子能的巨大威力及可能帶來的問題；了解原子能的和平利用，讓學生認識到和平利用核能及開發新能源的重要性；體會科學家在探索過程中做出的艱辛努力和矛盾的心裡；體會“科學技術是一把雙刃劍”以及“可持續發展”的重要性，增強學生熱愛和平及振興中華的使命感與責任感；激發學生熱愛科學、探求真理的激情，樹立實事求是的科學態度，培養學生基本的科學素養，通過核能的利用，思考科學與社會的關係。
時空觀的革命——相對論	了解狹義相對論建立的背景；理解狹義相對論的兩個基本原理；理解狹義相對論的時空觀，理解同時性的相對性、時鐘變慢、長度收縮；了解質能關係及其重大意義；了解廣義相對論的兩個基本原理及其描繪的時間-空間圖景；體會愛因斯坦建立相對論的思維過程、思維方式及人格魅力。
量子論中的物理思想與人文精神	了解普朗克能量子假設的重要意義；了解盧瑟福的科學研究精神；了解玻爾對物理學的貢獻；理解體會課本哈根精神；了解實物粒子的波粒二象性；了解近代三大科學研究中心及對人才培養的貢獻；了解愛因斯坦-玻爾的科學爭論。
古代哲學思想與現代宇宙觀	簡單了解中西方古代哲學中關於創世的部分觀點；理解宇宙大爆炸理論的發現和它的意義，為什麼我們接受大爆炸理論；了解粒子物理標準模型中關於構成世界的基本粒子和基本相互作用的部分內容；了解現代宇宙學中引入暗物質和暗能量的原因，及它們占宇宙總物質的比例；了解宇宙早期暴漲過程，及其對於後期宇宙演化的影響；體會物理學作為一門規範科學和純粹的哲學思考之間的相通之處，及它們的不同之處。

該表格為該課程的第11次開課教學計畫，參考資料

書名	作者	出版時間	出版社
《物理與文化——物理思想與人文精神的融合（第3版）》	倪光迥、王炎森	2015年	高等教育出版社
《改變世界的物理學（第4版）》	倪光迥等	2015年	復旦大學出版社
《科學是美麗的》	沈致遠	2002年	上海教育出版社
《物理髮展與科技進步》	戴劍鋒、李維學等	2005年	化學工業出版社
《美哉物理》	沈葹	2010年	上海科學技術出版社
《人文物理-推動人類文明的物理學》	潘傳芳	2010年	科學出版社

人文物理(武漢理工大學建設的慕課)

基本介紹

課程建設

課程背景

課程定位

適應對象

課程簡介

課程大綱

開課信息

教學計畫

教學目標

學習預備

預備知識

學習資料

考核標準

所獲榮譽

教師簡介

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