复旦大学通识教育核心课程教学大纲 物理与文化 课程代码:PHYS119001 课程名称:物理与文化( Physics and cultures) 学分数:2学分 周学时:2学时 主讲教师:物理学系马世红教授,现代物理研究所王炎森教授,孔青副教授 预修课程:高中物理和数学 课程性质: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。 教学目的:本课程是以物理基础知识为载体,突出物理学的文化内涵,展现物理思想和人 文精神的融合,有利学生科学素养和终身学习能力的培养。 基本内容简介:本课程是在较系统介绍(以定性介绍为主)物理学的一些基本知识(从宏观 微观到宇观)的基础上,着重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。同时也对与物理学有关的一些社会性论题及这些重大 发现在高科技中生动、有趣的应用作了适当介绍。 教材和教学参考资料 教材:倪光炯、王炎森《文科物理一—物理思想与人文精神的融合》 高等教育出版社2005年 主要参考资料 倪光炯、王炎森、钱景华、方小敏《改变世界的物理学》(第二版) 复旦大学出版社,1999年 阿特·霍布森《物理学:基本概念及其与方方面面的联系》秦克诚等译 上海科学技术出版社,2001年 埃米里奧·赛格雷,《从落体到无线电波一经典物理学家和他们的发现》 上海科学技术文献出版社,1984年 《从X射线到夸克一近代物理学家和他们的发现》 上海科学技术文献出版社,1984年 基本要求:要求学生了解:本课程中所介绍的物理学中一些最基本的知识,物理学发展 史中一些重大发现的内容和意义,一些著名物理学家的创新思维和突出贡献。以 及自然科学的一些研究方法。 在上述基础上深入思考“科学教育与人文教育融合”的重要意义,人文思想 对科学发展的作用,自然科学中的研究方法在人文科学研究中的参考价值,体会 对真、善、美的追求是科学文化和人文文化的共同目标,消除两种文化隔阂的重 要性 教学方式:以课堂讲授为主,配以一定课时的讨论,并穿插多媒体教学(展示物理在高技 术应用方面的精彩资料和图片)和课堂示范实验 教学内容安排(按32学时教学,不包含考试的2学时) 第一章两种文化的历史演变(2学时) 讲课要点:1.探讨我国科学在历史上逐渐落后的原因-“李约瑟难题
复旦大学通识教育核心课程教学大纲 物 理 与 文 化 课程代码: PHYS119001 课程名称: 物理与文化 (Physics and cultures ) 学分数: 2 学分 周学时: 2 学时 主讲教师: 物理学系 马世红教授，现代物理研究所 王炎森教授，孔青 副教授 预修课程: 高中物理和数学 课程性质: 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。 教学目的: 本课程是以物理基础知识为载体, 突出物理学的文化内涵, 展现物理思想和人 文精神的融合, 有利学生科学素养和终身学习能力的培养。 基本内容简介: 本课程是在较系统介绍(以定性介绍为主)物理学的一些基本知识(从宏观、 微观到宇观)的基础上, 着重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。同时也对与物理学有关的一些社会性论题及这些重大 发现在高科技中生动、有趣的应用作了适当介绍。 教材和教学参考资料: 教材: 倪光炯、王炎森 《文科物理 --- 物理思想与人文精神的融合》 高等教育出版社 2005 年 主要参考资料: 倪光炯、王炎森 、钱景华、方小敏 《改变世界的物理学》(第二版) 复旦大学出版社, 1999 年 阿特·霍布森 《物理学:基本概念及其与方方面面的联系》 秦克诚等译 上海科学技术出版社, 2001 年 埃米里奧·赛格雷,《从落体到无线电波 --- 经典物理学家和他们的发现》 上海科学技术文献出版社, 1984 年 《从 X 射线到夸克 --- 近代物理学家和他们的发现》 上海科学技术文献出版社, 1984 年 基本要求: 要求学生了解: 本课程中所介绍的物理学中一些最基本的知识, 物理学发展 史中一些重大发现的内容和意义, 一些著名物理学家的创新思维和突出贡献。以 及自然科学的一些研究方法。 在上述基础上深入思考“科学教育与人文教育融合”的重要意义，人文思想 对科学发展的作用,自然科学中的研究方法在人文科学研究中的参考价值, 体会 对真、善、美的追求是科学文化和人文文化的共同目标, 消除两种文化隔阂的重 要性。 教学方式: 以课堂讲授为主, 配以一定课时的讨论，并穿插多媒体教学(展示物理在高技 术应用方面的精彩资料和图片)和课堂示范实验。 教学内容安排 (按 32 学时教学，不包含考试的 2 学时): 第一章 两种文化的历史演变 (2 学时) 讲课要点: 1. 探讨我国科学在历史上逐渐落后的原因 – “李约瑟难题
2.东、西方哲学的异同,西方哲学为何对近代科学起促进作用? 3.文艺复兴和科学革命,两种文化的分裂 4.21世记的高等教育需要文理相通、需要科学文化与人文文化的融合 第二章经典力学的建立和发展(6学时) 讲课要点:1.从哥白尼到开普勒 日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源 开普勒行星三定律,天文学从此真正成为一门精确科学 2.伽利略和近代力学的诞生,为什么伽利略被后人称为“近代物理之父”? 3.牛顿万有引力定律的创立过程,及其在航天技术中的应用 4.牛顿对科学研究方法的贡献;牛顿的自然哲学思想及其深远影响 5.动量守恒定律和机械能守恒定律 6.角动量和角动量守恒定律,及实际应用举例 第三章从静电现象到电磁波(6学时) 讲课要点:1.从库仑定律的建立看“类比方法”在科学研究中的重要性 2.奥斯特发现电流磁效应所基于的哲学思想,以及对人们的重要启示 3.法拉第发现电磁感应的哲学思想、创造性的科学思维(场’概念的引入);法 拉第电磁感应定律及电磁感应现象的应用 4.带电粒子在电磁场中的运动,洛仑兹力及实际应用 5.麦克斯韦电磁场理论的建立、电磁波的发现和光、电、磁的统 第四章光的本性是什么?(6学时) 讲课要点:1.牛顿的光的微粒说是在什么指导思想下提出的?为什么它能统治一百多年? 2.为什么惠更斯的光的波动说在初期无法与微粒说抗衡?波动说是如何逐渐 占统治地位的? 3.光的干涉、折射和偏振,以及它们的实际应用 4.爱因斯坦的光量子假设和光的波粒二象性 5.声波和光波的多普勒效应及其在高科技中应用 6.激光基本原理及激光技术应用 第五章打开微观世界研究大门的三大发现(3学时) 讲课要点:1.X射线的发现 阴极射线本性的争论 在伦琴发现X射线的过程中几个值得思考的问题 X射线的本性及其应用 2.放射性的发现 贝克勒尔的惊人发现,以及“直觉和灵感”在科学发现中的重要性 居里夫人的创新思维及高尚品德 三种射线(a、β、Y)及放射性衰变现象和应用 3.电子的发现 J.J.汤姆孙勇于突破传统观念发现第一个基本粒子一电子 发现电子的三个关键性实验及电子的发现重大意义 第六章物质观的革命一量子论(5学时) 讲课要点:1.普朗克提出了开创物理学新时代的“量子”概念 量子观点遭非难,普朗克要退却,爱因斯坦捍卫和发展了“量子论” 2.第一个钻到原子中心的人一卢瑟福 原子核的发现(是偶然的吗?)
2. 东、西方哲学的异同, 西方哲学为何对近代科学起促进作用? 3. 文艺复兴和科学革命, 两种文化的分裂 4. 21 世记的高等教育需要文理相通、需要科学文化与人文文化的融合 第二章 经典力学的建立和发展 (6 学时) 讲课要点: 1. 从哥白尼到开普勒 日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源 开普勒行星三定律, 天文学从此真正成为一门精确科学 2. 伽利略和近代力学的诞生, 为什么伽利略被后人称为“近代物理之父”? 3. 牛顿万有引力定律的创立过程, 及其在航天技术中的应用 4. 牛顿对科学研究方法的贡献; 牛顿的自然哲学思想及其深远影响 5. 动量守恒定律和机械能守恒定律 6. 角动量和角动量守恒定律, 及实际应用举例 第三章 从静电现象到电磁波 (6 学时) 讲课要点: 1. 从库仑定律的建立看“类比方法”在科学研究中的重要性 2. 奥斯特发现电流磁效应所基于的哲学思想, 以及对人们的重要启示 3. 法拉第发现电磁感应的哲学思想、创造性的科学思维(‘场’概念的引入); 法 拉第电磁感应定律及电磁感应现象的应用。 4. 带电粒子在电磁场中的运动, 洛仑兹力及实际应用 5. 麦克斯韦电磁场理论的建立、电磁波的发现和光、电、磁的统一 第四章 光的本性是什么? (6 学时) 讲课要点: 1. 牛顿的光的微粒说是在什么指导思想下提出的? 为什么它能统治一百多年? 2. 为什么惠更斯的光的波动说在初期无法与微粒说抗衡? 波动说是如何逐渐 占统治地位的？ 3. 光的干涉、折射和偏振, 以及它们的实际应用 4. 爱因斯坦的光量子假设和光的波粒二象性 5. 声波和光波的多普勒效应及其在高科技中应用 6. 激光基本原理及激光技术应用 第五章 打开微观世界研究大门的三大发现 (3 学时) 讲课要点: 1. X 射线的发现 阴极射线本性的争论 在伦琴发现 X 射线的过程中几个值得思考的问题 X 射线的本性及其应用 2. 放射性的发现 贝克勒尔的惊人发现, 以及“直觉和灵感”在科学发现中的重要性 居里夫人的创新思维及高尚品德 三种射线(α、β、γ) 及放射性衰变现象和应用 3. 电子的发现 J.J.汤姆孙勇于突破传统观念发现第一个基本粒子 － 电子 4. 发现电子的三个关键性实验及电子的发现重大意义 第六章 物质观的革命 -- 量子论 (5 学时) 讲课要点: 1. 普朗克提出了开创物理学新时代的“量子”概念 量子观点遭非难, 普朗克要退却, 爱因斯坦捍卫和发展了“量子论” 2. 第一个钻到原子中心的人 -- 卢瑟福 原子核的发现(是偶然的吗?)
原子核式模型的重大贡献和遭科学界的漠视 和谐的乐章一玻尔模型 玻尔的创新思维,玻尔模型的贡献和困难 什么是哥本哈根精神? 4.德布罗意与物质波,物质粒子的波粒二象性和电子波性的实验验证 5.描写物质波的波动方程及波函数的统计解释 微观粒子运动的统计规律性 玻尔与爱因斯坦之间的一场被传为佳话的科学争论 第七章时空观的革命一相对论(3学时) 讲课要点:1.光速不变性和同时的相对性 牛顿的时空观 测量“以太风”的迈克耳孙一莫雷实验 爱因斯坦的追光佯谬和狭义相对论的两个基本原理 2.洛伦兹收缩,洛伦兹变换,速度相加定律 3.质量随速度变化,质能关系和原子能应用(裂变和聚变) 第八章物理亦文化(1学时) 讲课要点:1.现代物理学的认识论 认识论的相对性原理;信息是主、客体共同创造的 2.现代物理学的方法论 模型方法的实质;对称性在物理学中的地位 从相对真理到绝对真理 考核方式 考核方式全面:包括平时成绩(出勤率、习题情况、讨论班中参于情况)、读书报告以及 期末书面考试,且闭卷。希望在对学生有一个全面了解基础上,再对学生给予评分,尽量 做到公平、合理。这样的考核也有利督促学生认真听课,而不逃课。 考试题型:包括名词解释、题充题、计算题和问答题。 在考题内容上重视基础性和全面性,涉及每周教学内容 读书报告要求 必须2000字以上,且要求写成论文格式,包括:100字以内的摘要,关键字,正文, 和参考资料。 要写出自己的收获和体会,应看些参考资料,但不允许抄袭和从网上下载。 要求联系本课程学习的内容,联系本课程学习目的和要求。具体讲:通过本课程学习对 在学习中要非常重视科学思想和科学方法的学习以及学会思考的重要性的体会,当前教学 中必须贯彻科学文化与人文文化融合方面的体会,对通识教育重要性的体会,也可联系本 课程学习对所学专业的学习有什么启发的体会等
原子核式模型的重大贡献和遭科学界的漠视 3. 和谐的乐章 -- 玻尔模型 玻尔的创新思维, 玻尔模型的贡献和困难 什么是哥本哈根精神? 4. 德布罗意与物质波, 物质粒子的波粒二象性和电子波性的实验验证 5. 描写物质波的波动方程及波函数的统计解释 微观粒子运动的统计规律性 玻尔与爱因斯坦之间的一场被传为佳话的科学争论 第七章 时空观的革命 -- 相对论 (3 学时) 讲课要点: 1.光速不变性和同时的相对性 牛顿的时空观 测量“以太风”的迈克耳孙 – 莫雷实验 爱因斯坦的追光佯谬和狭义相对论的两个基本原理 2. 洛伦兹收缩, 洛伦兹变换, 速度相加定律 3. 质量随速度变化, 质能关系和原子能应用(裂变和聚变) 第八章 物理亦文化 (1 学时) 讲课要点: 1. 现代物理学的认识论 认识论的相对性原理; 信息是主、客体共同创造的 2. 现代物理学的方法论 模型方法的实质; 对称性在物理学中的地位 3. 从相对真理到绝对真理 考核方式: 考核方式全面: 包括平时成绩(出勤率、习题情况、讨论班中参于情况)、读书报告以及 期末书面考试, 且闭卷。 希望在对学生有一个全面了解基础上, 再对学生给予评分, 尽量 做到公平、合理。这样的考核也有利督促学生认真听课, 而不逃课。 考试题型: 包括名词解释、题充题、计算题和问答题。 在考题内容上重视基础性和全面性, 涉及每周教学内容。 读书报告要求: 必须 2000 字以上，且要求写成论文格式，包括：100 字以内的摘要，关键字，正文， 和参考资料。 要写出自己的收获和体会, 应看些参考资料, 但不允许抄袭和从网上下载。 要求联系本课程学习的内容, 联系本课程学习目的和要求。具体讲: 通过本课程学习对 在学习中要非常重视科学思想和科学方法的学习以及学会思考的重要性的体会, 当前教学 中必须贯彻科学文化与人文文化融合方面的体会, 对通识教育重要性的体会, 也可联系本 课程学习对所学专业的学习有什么启发的体会等
教学大纲 课程名称 文科(自学)物理实验 英文名称 Physics Experiments of Liberal Arts 学分数 2 周学时 2 任课教师 童培雄等 课程负责人 开课院系 物理系 预修课程 高中物理 课程性质: 综合教育选修课程 教学目的 通过本课程的学习,使文科学生更多学习物理基础知识与实验技能。通过对物理现象 的观察、分析和推理,使文科学生深入理解物理规律:拓展自己的知识面:开扩眼界 同时,也能提高文科学生思维、判断、观察能力 基本内容: 大部份是有趣味的物理小实验,实验内容涉及力学、热学、电学、光学等。27个 基本要求: 初步学习和掌握物理实验中基本仪器的调节和使用。通过实验加深对一些重要物理 规律的认识和理解。自己选题,确定实验内容的深度与进度。自己动手,正确记录实验 数据。认真观察和分析物理现象,写好实验报告 教材和教学参考资料(不少于5种) 作者 教材或参考资料名称 出版社 出版年月 马世红、童培雄等 文科物理实验 高等教育出版社 2008年5月 童培雄、赵在忠等 自学物理实验 自编 倪光炯、王炎森等 文科物理 高等教育出版社 2005年7月 倪光炯、王炎森等 物理与文化 高等教育出版社 2009年3月 沈元华、陆申龙 基础物理实验 高等教育出版社 2003.12
教学大纲 课程名称 文科（自学）物理实验 英文名称 Physics Experiments of Liberal Arts 学分数 2 周学时 2 *任课教师 /课程负责人 童培雄等 开课院系 物理系 **预修课程 高中物理 课程性质： 综合教育选修课程 教学目的： 通过本课程的学习，使文科学生更多学习物理基础知识与实验技能。通过对物理现象 的观察、分析和推理，使文科学生深入理解物理规律；拓展自己的知识面；开扩眼界。 同时，也能提高文科学生思维、判断、观察能力。 基本内容： 大部份是有趣味的物理小实验，实验内容涉及力学、热学、电学、光学等。27 个实 验。 基本要求： 初步学习和掌握物理实验中基本仪器的调节和使用。通过实验加深对一些重要物理 规律的认识和理解。自己选题，确定实验内容的深度与进度。自己动手，正确记录实验 数据。认真观察和分析物理现象，写好实验报告。 教材和教学参考资料（不少于 5 种） 作者 教材或参考资料名称 出版社 出版年月 马世红、童培雄等 文科物理实验 高等教育出版社 2008 年 5 月 童培雄、 赵在忠等 自学物理实验 自编 倪光炯、王炎森等 文科物理 高等教育出版社 2005 年 7 月 倪光炯、王炎森等 物理与文化 高等教育出版社 2009 年 3 月 沈元华、陆申龙 基础物理实验 高等教育出版社 2003.12
教学进度安排: 周(2学时) 绪论课 实验课程总体介绍 实验要求,实验安排,实验报告要求等 3.实验介绍与实验演示 实验教学内容 第二周一第七周(每周2学时) 第一大类力学,热学 1.真空中的自由落体 水滴自由下落时的重力加速度的测量 打靶实验 4.磁阻尼系数和动摩擦系数的测量 5.液体表面张力趣味实验 6.傅科摆 “汽车”行驶速度的测量(声多普勒效应的应用) 8.铜喷洗 水波振动频率及传播速度的测量第二大类电学 10.人的发音频率和脉搏频率的测量 1.压电陶瓷 2.蜡烛熄灭后水面升高原因的实验探究 3.热空气发动机 14.红外检测 第八周一第十二周(每周2学时) 第二大类电学 5.“温差电效应”制冰 16.静电“电动机”与静电“乒乓球”的系列实验 17.电风车与静电除尘等的系列实验 18.基本电工安装 19.电磁悬浮 20.自制“无线电发射台” 第十三周一第十六周(每周2学时) 第三大类光学 21.光源闪烁揭秘 22.海市蜃楼 23.奇妙的圆孔与圆盘衍射 24.激光监测 25.小魔术:“变色”水 26“旋光效应”测糖溶液的浓度 7.五彩缤纷”的液晶
教学进度安排： 第一周（2 学时） 绪论课 1．实验课程总体介绍。 2．实验要求，实验安排，实验报告要求等 3．实验介绍与实验演示 二．实验教学内容 第二周—第七周（每周 2 学时） 第一大类 力学，热学 1. 真空中的自由落体 2. 水滴自由下落时的重力加速度的测量 3. 打靶实验 4. 磁阻尼系数和动摩擦系数的测量 5. 液体表面张力趣味实验 6. 傅科摆 7. “汽车”行驶速度的测量（声多普勒效应的应用） 8. 铜喷洗 9. 水波振动频率及传播速度的测量第二大类 电学 10. 人的发音频率和脉搏频率的测量 11. 压电陶瓷 12. 蜡烛熄灭后水面升高原因的实验探究 13. 热空气发动机 14. 红外检测 第八周—第十二周（每周 2 学时） 第二大类 电学 15. “温差电效应”制冰 16. 静电“电动机”与静电“乒乓球”的系列实验 17. 电风车与静电除尘等的系列实验 18. 基本电工安装 19. 电磁悬浮 20. 自制“无线电发射台” 第十三周—第十六周（每周 2 学时） 第三大类 光学 21. 光源闪烁揭秘 22. 海市蜃楼 23. 奇妙的圆孔与圆盘衍射 24. 激光监测 25. 小魔术：“变色”水 26. “旋光效应”测糖溶液的浓度 27. 五彩缤纷”的液晶
十七周 交报告,小结(PPT实验汇报) 注:其中教学进度每周有可能在实验中安排讨论课 考核方式: 学期结束交6份实验报告,根据实验报告占60%。平时动手能力、学习态度等占30%。出勤 等占10%综合给出成绩。 课程网络资源:http://phylab.fudan.edu.cn 任课教师 童培雄,高级工程师长期从事本科生大学物理实验的教学工作。有三十多年的教学 经验。曾在物理期刊上发表三十多篇教学论文:编写多本教材和讲义:获十多项教学成 果(或教学仪器)奖;教学仪器专利十多项
第十七周 交报告，小结（PPT 实验汇报） 注：其中教学进度每周有可能在实验中安排讨论课 考核方式： 学期结束交 6 份实验报告，根据实验报告占 60%。平时动手能力、学习态度等占 30%。出勤率 等占 10%综合给出成绩。 课程网络资源：http://phylab.fudan.edu.cn 任课教师 童培雄,高级工程师,长期从事本科生大学物理实验的教学工作。有三十多年的教学 经验。曾在物理期刊上发表三十多篇教学论文；编写多本教材和讲义；获十多项教学成 果(或教学仪器)奖；教学仪器专利十多项