基本介紹
- 中文名：物理學導論
- 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
- 建設院校：吉林大學
- 授課平台：中國大學MOOC、智慧樹網
- 首開時間：2016年8月30日（中國大學MOOC）、2020春夏（智慧樹網）
- 授課教師：張漢壯等
課程性質,課程背景,課程定位,適應專業,課程簡介,課程大綱,開課信息,課程特色,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,
課程性質
課程背景
物理是一門自然科學，它能幫助解決、認識生活中很多現象。由於物理涉及的範圍廣，有很多職業是和物理有關的。
課程定位
物理都有什麼？物理是如何發展的？物理有什麼作用？該課程回答了這些問題。物理學所包含的基本規律，是千餘年科學巨匠們集體智慧的結晶。為了引導物理類專業本科生對物理學的巨觀認識，為後續專業課程的學習奠定一定的基礎，吉林大學物理學院建設了物理學導論課程。
適應專業
該課程適合物理學類專業本科生學習。
課程簡介
該課程由緒論和第一至六章組成。緒論部分描述了物理學的輪廓，第一至第六章分別概述了機械運動、熱運動、電磁現象、光現象、微觀世界和時空結構等領域的知識邏輯體系、發展歷程以及套用案例。該課程以“物理山”的圖表形式向學習者展示科學巨匠們在物理學各個領域所形成規律的邏輯體系、探索歷程，以86個AR演示、25個動畫演示以及147個實物演示等教學資源展現了相關物理規律及其在促進人類文明進步中的作用，以及物理學理論如何在人類現代科技與生活中發揮作用，以傳記解說的方式展現了108位科學巨匠對物理學各個領域規律所做出的貢獻。
課程大綱
緒論 千年累積物理山 緒論 視頻 緒論 討論題 緒論 測驗題 第一章 機械運動 1.1機械運動規律的邏輯性概述 1.2機械運動規律發展歷程概述 1.3力學相關基本規律及套用案例（1）質點基本規律 1.3力學相關基本規律及套用案例（2）運動定理及守恆定律 1.3力學相關基本規律及套用案例（3）剛體基本規律 1.3力學相關基本規律及套用案例（4）流體基本規律 1.3力學相關基本規律及套用案例（5）振動基本規律 1.3力學相關基本規律及套用案例（6）波動基本規律 1.4機械運動領域科學家傳記 第一章 測驗題 第二章 熱運動 2.1熱運動規律的邏輯性概述 2.2熱運動基本規律發展歷程概述 2.3熱學相關基本規律及套用案例（1）巨觀規律 2.3熱學相關基本規律及套用案例（2）微觀理論 2.3熱學相關基本規律及套用案例（3）典型熱力學問題 2.4熱運動領域科學家傳記 第二章 測驗題 第三章 電磁學 3.1電磁規律的邏輯性概述 3.2電磁規律的發展歷程概述 3.3電磁學相關基本規律及套用案例（1）：靜電場與穩恆磁場的產生及其電磁力 3.3電磁學相關基本規律及套用案例（2）：電場與磁場的耦合 3.3電磁學相關基本規律及套用案例（3）：電路 | 單元測驗題答案：緒論、第一章 第三章 測驗題 第四章 光現象 4.4光現象領域科學家傳記 4.1光現象規律的邏輯性概述 4.2光現象規律的發展歷程概述 4.3光現象相關基本規律及套用案例（1）：幾何光學 4.3光現象相關基本規律及套用案例（2）：波動光學 4.3光現象相關基本規律及套用案例（3）：量子光學 單元測驗題答案：第二章 第四章 測驗題 第五章 微觀世界 5.1微觀領域規律的邏輯性概述 5.2微觀領域基本規律發展歷程概述 5.3微觀領域相關基本規律及套用案例（1）：原子物理 5.3微觀領域相關基本規律及套用案例（2）：原子核物理 5.3微觀領域相關基本規律及套用案例（3）：分子物理 單元測驗題答案：第三章 5.4微觀領域科學家傳記 第五章 測驗題 第六章 時空結構 6.1時空結構領域規律的邏輯概述 6.2時空結構基本規律的發展歷程概述 6.3.1狹義相對論預言的現象與實驗證實 6.3.2廣義相對論預言的現象與實驗證實 6.3.3宇宙與天體簡介 單元測驗題答案：第四章 第六章 測驗題 第五、六章測驗題答案 測驗題答案：第五、六章 |
（註：課程大綱排版從左到右列）
緒章 物理學大廈概述 0.1物理學研究內容分類 0.2物理學規律邏輯關係概述 0.3物理學分領域科學家及研究方法概述 0.4物理學規律的實用性概述 0.5物理學導論的演示化資源概述 0.6學好物理學的建議 第一章 機械運動 1.1機械運動規律的邏輯概述 1.1.1機械運動規律邏輯初步概述 1.1.2機械運動規律邏輯擴展概述 1.2機械運動規律發展歷程概述 1.2.1天體觀測規律 1.2.2地面實驗規律 1.2.3天地合一的理論規律 1.2.4理論規律的能動作用 1.2.5理論規律的進一步完善和發展 1.3力學相關基本規律的實用性案例 1.3.1力學基本知識體系邏輯概述 1.3.2萬有引力定律 1.3.3牛頓第一定律 1.3.4牛頓第二定律 1.3.5牛頓第三定律 1.3.6非慣性系質點動力學方程 1.3.7質心運動定律 1.3.8動量定理與動量守恆定律 1.3.9功能原理與機械能守恆定律 1.3.10角動量定理與角動量守恆定律 1.3.11定軸轉動 1.3.12質心運動與相對質心轉動 1.3.13定點進動和章動 1.3.14流體靜力學 1.3.15流體動力學 1.3.16簡諧振動 1.3.17阻尼振動 1.3.18受迫振動 1.3.19波的傳播 1.3.20波的反射與合成 1.3.21都卜勒效應 1.4機械運動領域物理學家傳記 1.4.1力學領域科學巨匠思維導圖概述 第二章 熱運動 2.1熱運動規律的邏輯性概述 2.1.1熱運動規律邏輯初步概述 2.1.2熱運動規律邏輯初步概述 2.2熱運動基本規律發展歷程概述 2.2.1巨觀規律 2.2.2分子動理論 2.2.3統計物理學 2.2.4其他非平衡態理論 2.3熱學相關基本規律及套用案例 2.3.1物態方程 2.3.2熱力學第零定律 2.3.3熱力學第三定律 2.3.4熱力學第一定律 2.3.5熱力學第二定律 2.3.6平衡態氣體分子動理論 2.3.7輸運過程氣體分子動理論 2.3.8物態 2.3.9相變 2.4熱運動領域物理學家傳記 2.4.1熱運動領域科學巨匠思維導圖概述 第三章 電磁現象 3.1電磁規律的邏輯性概述 3.1.1電磁規律的邏輯初步概述 3.1.2電磁規律的邏輯擴展概述 3.2電磁規律的邏輯初步概述 3.2.1靜電與靜磁 3.2.2穩恆電流產生穩恆磁場 3.2.3線性變化的磁通量產生穩恆電場 3.2.4電磁場統一理論 3.3電磁學相關基本規律及套用案例 3.3.1靜電學原理 3.3.2靜電學原理套用實例 3.3.3線性變化的磁通量產生的穩恆渦旋電場及其電場力 3.3.4穩恆電流產生的穩恆磁場以及磁場力 | 3.3.5元器件中的自感與互感 3.3.6電磁波 3.3.7簡單電路 3.3.8複雜電路 3.4電磁現象領域物理學家傳記 3.4.1電磁現象領域科學巨匠思維導圖概述 第四章 光現象 4.1光現象規律的邏輯性概述 4.1.1光現象規律的邏輯初步概述 4.1.2光現象規律的邏輯擴展概述 4.2光現象基本規律發展歷程概述 4.2.1幾何光學發展簡史概述 4.2.2波動光學發展簡史概述 4.2.3光的波粒二象性發展簡史概述 4.3光學相關基本規律及套用案例 4.3.1光的直線傳播規律 4.3.2反射定律與折射定律 4.3.3干涉，衍射，傅立葉變換 4.3.4偏振 4.3.5光子的糾纏特性 4.3.6光與物質相互作用 4.4光現象領域物理學家傳記 4.4.1光現象領域科學巨匠思維導圖概述 第五章 微觀世界 5.1微觀領域規律的邏輯性概述 5.1.1微觀領域規律的邏輯初步概述 5.1.2微觀領域規律的邏輯擴展概述 5.2微觀領域基本規律發展歷程概述 5.2.1近代物理學的產生背景 5.2.2微觀粒子發現與原子的核式結構模型 5.2.3能量量子化與半經典量子理論 5.2.4量子理論 5.3微觀領域相關基本規律及套用案例 5.3.1原子結構 5.3.2原子能級結構 5.3.3電子的波動性 5.3.4電子自旋 5.3.5原子核結構 5.3.6原子核磁矩 5.3.7原子核衰變、裂變和聚變 5.3.8分子結構 5.3.9分子能級結構 5.4微觀領域物理學家傳記 5.4.1微觀領域科學巨匠思維導圖概述 第六章 時空結構 6.1時空結構領域規律邏輯知識體系概述 6.1.1時空結構領域規律的邏輯概述 6.2時空結構領域基本規律的發展歷程概述 6.2.1狹義相對論誕生的背景 6.2.2依據經典時空觀尋找“以太” 6.2.3狹義相對論的兩條基本假設 6.2.4狹義相對論運動學和動力學 6.2.5從狹義相對論到廣義相對論 6.3時空結構基本原理及所預言的現象與實驗證實 6.3.1狹義相對論原理概述 6.3.2同時的相對性 6.3.3時間延緩 6.3.4長度收縮 6.3.5時鐘不同步 6.3.6都卜勒效應 6.3.7廣義相對論原理概述 6.3.8光線偏折 6.3.9引力時間延緩 6.3.10時空彎曲 6.3.11引力光速變慢 6.3.12黑洞、引力子、引力波 6.3.13GPS時鐘校正 6.3.14宇宙的結構與年齡 6.3.15宇宙的統一整體性 6.3.16宇宙在膨脹 6.3.17宇宙大爆炸理論模型 6.3.18暗物質、暗能量 6.3.19恆星的演化 6.3.20發光星體的觀測分類 6.4時空結構領域物理學家傳記 6.4.1時空結構領域科學巨匠思維導圖概述 |
（註：課程大綱排版從左到右列）
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8月30日-2016年11月14日 | 張漢壯、倪牟翠 | 2-3小時每周 | 2974人 |
第2次開課 | 2017年2月28日-2017年5月16日 | 1308人 | ||
第3次開課 | 2017年9月5日-2017年11月17日 | 1821人 | ||
第4次開課 | 2018年3月5日-2018年5月20日 | 707人 | ||
第5次開課 | 2018年9月4日-2018年11月12日 | 1097人 | ||
第6次開課 | 2019年2月26日-2019年5月6日 | 張漢壯 | 799人 | |
第7次開課 | 2019年9月3日-2019年11月17日 | 1-2小時每周 | 2275人 | |
第8次開課 | 2020年8月17日-2020年11月11日 | 2-3小時每周 | 846人 | |
第9次開課 | 2021年8月30日-2021年11月15日 | 待定 |
（註：表格內容參考資料）
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 學時安排 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1學期開課 | 2020春夏 | 張漢壯 | 38 | 337人 |
第2學期開課 | 2020秋冬 | 75人 | ||
第3學期開課 | 2021春夏 | 待定 | ||
第4學期開課 | 2021秋冬 | 42 | 待定 |
（註：表格內容參考資料）
課程特色
設計原則
- 從發現規律的歷史進程角度講授
- 從已有規律的邏輯角度講授
- 將物理學的邏輯性、歷史性和實用性相結合
教學計畫
據2021年7月智慧樹網平台顯示，該課程在每一章安排了“作業測試”內容，且學習結束前安排了“期末考試”內容。
教學目標
通過該課程的學習，初涉物理的學習者能夠獲得對物理學的整體輪廓及發展脈絡的巨觀認識，了解物理學的邏輯性、歷史性及實用性的特點，進而開闊視野，提升學習物理學及其他自然科學的熱情，培養邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。對於剛進入大學的新生來說，通過物理學導論課程的學習，可以幫助其順利完成從初等物理知識的掌握到高等物理理論學習的過渡，更好地理解大學物理學的邏輯體系、思維特點及學習方法，並為學習後續專業課程打下基礎。
學習預備
預備知識
學習者學完高中物理課程即可參加該課程的學習。
學習資料
書名 | 作者 | 出版社 | 出版時間 | ISBN |
|---|---|---|---|---|
張漢壯、倪牟翠 | 高等教育出版社 | 2017年08月07日 | 978-7-04-047968-3 |
考核標準
- 智慧樹網
平時成績50分
平時成績=學習進度分（15.0分）+學習行為分（35.0分）
章測試成績10分
單項類目名稱 | 卷面分 | 單項滿分 |
|---|---|---|
緒論 單元測試 | 100 | 1.4 |
第一章 單元測試 | 100 | 1.4 |
第二章 單元測試 | 100 | 1.4 |
第三章 單元測試 | 100 | 1.4 |
第四章 單元測試 | 100 | 1.4 |
第五章 單元測試 | 100 | 1.4 |
第六章 單元測試 | 100 | 1.6 |
期末考試成績40分
期末考試得分=期末考試實際得分/期末考試總分*權值
採用線上期末考試形式作為期末考試成績
試卷：教程考試
所獲榮譽
2019年7月1日，該課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”；
2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。
教師簡介
張漢壯，男，吉林大學物理學院教授、博士生導師，兼任中華人民共和國教育部物理學類專業教學指導委員會委員、教育部物理學類專業教學指導委員會東北地區工作委員會主任委員、中國普通高校力學課程研究會理事長、中國大學先修課程（CAP）試點項目物理專家委員會秘書長等職務，從事物理學科光學領域內光電信息材料及器件的超快動力學研究。
倪牟翠，吉林大學物理學院教授，主要從事大學物理、大學物理（雙語）、大學物理實驗、量子力學等課程的教學工作。主要教學科研興趣及方向：大學物理教學、大學物理雙語教學、氧化物電子學。
