《物理与科技创新》教学大纲

《物理与科技创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：13170021课程性质：学科基础创新选修课学分：2学分学时：32学时（理论20学时，实验12学时）先修课程：大学物理、大学物理实验、高等数学等后续课程：无适用专业：电缆工程开课单位：理学部一、课程说明本课程是电缆工程专业本科学生的学科基础创新选修课，以大学物理和高等数学知识为载体，通过设定不同的专题，讲述物理学当代前沿的研究方向以及它们在高新技术发展中的应用，使学生了解科技前沿研究方向，拓宽科技视野，培养学生科学思维和创新能力，激发学生探究科学的兴趣。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解物理学在生活、人文、科技发展中的重要作用，以及中国科技在世界范围内的地位，掌握一定的物理思想和物理方法。课程目标2：完善知识体系，拓展科技视野，具备一定的科学素养和创新思维能力，以及分析问题和解决问题的能力。课程目标3：形成良好的学习态度和习惯，树立正确的世界观、人生观、价值观，激发爱国情怀，树立科学报国的伟大理想。三、课程目标与毕业要求《物理与科技创新》课程教学目标对电缆工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.1掌握数学、物理、化学的基础知识，领会数学、自然科学的重要思想和思维方法，理解工程问题的数理本质及其表述方法。课程目标1：了解物理学在生活、人文、科技发展中的重要作用，以及中国科技在世界范围内的地位，掌握一定的物理思想和物理方法。H2.问题分析2.1能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理和标准规范，识别与表达电缆工程相关的复杂工程问题课程目标2：完善知识体系，拓展科技视野，具备一定的科学素养和创新思维能力，以及分析问题和解决问题的能力。H3.设计/开发解决方案3.1掌握电缆工程设计和产品开发的基本方法和技术，能够根据需求确定设计目标，并研究确定技术方案课程目标2：完善知识体系，拓展科技视野，具备一定的科学素养和创新思维能力，以及分析问题和解决问题的能力。H6.工程与社会6.2能分析并正确评价针对电缆工程领域复杂工程问题的工程实践，尤其是新技术、新工艺、新材料、新产品的开发和应用对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。课程目标3：形成良好的学习态度和习惯，树立正确的世界观、人生观、价值观，激发爱国情怀，树立科学报国的伟大理想。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、教学基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.物理改变世界——物理学发展史1.1物理学发展概述1.2近代物理研究方向1.3中国科学技术发展教学要求：了解物理学发展史；掌握中国科学技术发展史；理解物理学发展在科技中的应用。重点：物理学各领域的发展历史。难点：物理学发展在科技中的应用。21、2、32.开启航空梦的钥匙——力学守恒定律2.1力学三大守恒定律2.2力学守恒定律在航天技术中的应用教学要求：了解中国航天技术的发展；掌握力学守恒定律；理解力学守恒定律在航天技术中的应用。重点：力学守恒定律。难点：力学守恒定律在航天科技中的应用。21、2、33.神兽麦克斯韦妖的命运——奇妙的熵3.1热力学第一和第二定律3.2熵的概念3.3熵与信息和能量的联系教学要求：了解热学基本概念；了解热力学第一定律；掌握热力学第二定律；理解熵的概念；理解熵与信息、能量的联系。重点：热力学第二定律。难点：熵与信息、能量的联系。21、24.无处不在的波——从机械波到电磁波4.1机械波特性和应用4.2电磁波的发展历史4.3电磁波的基本特性和在科技发展中的作用4.45G通信的发展状况教学要求：了解机械波的基本知识；了解电磁波的发展史；掌握机械波和电磁波的特性；理解机械波和电磁波在科技发展中的应用。重点：机械波和电磁波的特性。难点：波在科技发展中的应用。22、35.家族壮大记——霍尔效应5.1量子理论的诞生和发展5.2霍尔效应5.3量子力学基本原理5.4霍尔效应在前沿科技中的应用教学要求：了解量子力学的诞生和发展；了解霍尔效应及其发展历史；掌握量子力学的基本原理；理解霍尔效应家族在前沿科技中的应用。重点：对霍尔效应家族的认识和理解。难点：霍尔效应家族的产生机制。21、26.人类的瑰宝——激光6.1激光器研究的发展6.2激光器的结构、激光的产生机制、激光的特性6.3激光在医学治疗、通信工程、工业加工等各个领域的应用教学要求：了解激光研究的发展历史；了解激光器的机构；掌握激光的产生机制和特性；理解激光在科学技术领域的应用。重点：激光的产生机制和特性。难点：激光的科技领域的应用。21、2、37.无所不能的3D打印——3D打印技术7.1物理学在3D打印技术中的应用7.23D打印技术的原理、材料和设备7.33D打印技术的制造工艺7.43D打印技术的最新发展动态和在制造业中的应用教学要求：了解物理学在3D打印技术中的重要作用；了解3D打印技术的最新发展动态和在制造业中的应用；掌握3D打印技术的材料和制造工艺；理解3D打印技术的原理。重点：3D打印技术的原理。难点：3D打印技术的原理和制造工艺。21、2、38.世纪的神奇材料——纳米材料8.1物理学与新材料的联系8.2纳米材料的力学、电学、磁学、光学等特性8.3纳米材料的制备方式8.4纳米材料的应用以及发展前景教学要求：了解物理学与新材料的联系；了解纳米材料的力学、电学、磁学、光学等特性，以及发展前景；掌握纳米材料的制备方式；理解纳米材料的应用。重点：纳米材料的特性和制备方法。难点：纳米材料的特性和应用。21、2、39.永不消失的电流——超导材料9.1超导现象的发现过程和基本理论9.2高速磁悬浮轨道交通的基本原理和发展历程9.3中国原创高温超导磁悬浮的基础理论9.4超导在核磁共振方面的应用教学要求：了解超导现象的发现过程和基本理论；了解高速磁悬浮轨道交通的发展历程；了解核磁共振的基本原理；掌握高速磁悬浮轨道交通的基本原理；掌握中国原创高温超导磁悬浮的基础理论。重点：高速磁悬浮轨道交通的基本原理。难点：中国原创高温超导磁悬浮的基础理论。21、2、310.上帝会不会玩掷骰子？——量子信息技术10.1量子科学发展历史和量子信息技术发展现状10.2量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信、量子计算机的基本概念10.3量子通信和量子计算的发展现状和应用10.4量子信息技术在国家科技竞争、产业创新升级、国防等领域的重要战略意义教学要求：了解热量子科学发展历史和量子信息技术发展现状；了解量子通信和量子计算的发展现状；掌握量子通信和量子计算机的应用；理解量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信、量子计算机的基本概念；理解量子信息技术在国家科技竞争、产业创新升级、国防等领域的重要战略意义。重点：量子通信和量子计算的应用。难点：量子通信和量子计算的应用。21、2、3合计202.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.电磁学综合创新实验实验内容：电磁学综合创新实验实验要求：了解电磁学综合创新实验项目相关的物理知识；掌握实验方法和技巧；理解实验原理和实验设计方案。42、32.光学综合创新实验实验内容：光学综合创新实验实验要求：了解光学综合创新实验项目相关的物理知识；掌握实验方法和技巧；理解实验原理和实验设计方案。42、33.热学综合创新实验实验内容：热学综合创新实验实验要求：了解热学综合创新实验项目相关的物理知识；掌握实验方法和技巧；理解实验原理和实验设计方案。42、3合计12五、教学方法及手段课程教学以专题讲座和专题实验设计的形式进行，采用课堂讲授为主，综合与创新实验设计为辅，向学生呈现科技发展前沿，了解物理学在生活、人文、科技发展中的重要作用，结合开放式作业和开放式实验设计、慕课、学习通资源，配合多媒体课件等共同完成堂授课内容，培养学生理论联系实际、分析问题、解决问题和科技创新能力，激发学生创新潜力。采用QQ、微信等交流工具，加强和学生之间的交流和沟通。六、课程资源1.推荐教材无2.参考书（1）费·卡约里著,戴念祖译.物理学史[M].北京:中国人民大学出版社,2010年.（2）程守洙,江之永.普通物理学[M].北京:高等教育出版社,2012年.（3）马文蔚.物理学原理在工程技术中的应用[M].北京:高等教育出版社,2016年.（4）宗占国,姜文龙,杨景海.现代科学技术导论(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2016年.（5）吴今培.量子概论——神奇的量子世界之旅[M].北京:清华大学出版社,2019年.（6）刘佑昌.相对论并不神秘[M].北京:清华大学出版社,2012年.（7）张裕恒.超导物理(第三版)[M].北京:中国科学技术大学出版社,2009年.（8）陈家璧.激光原理及应用(第4版)[M].北京:电子工业出版社,2019年.（9）冯端.溯源探幽熵的世界[M].北京:科学出版社,2005年.3.期刊（1）李祥友,刘可,周冉,张闻.激光诱导击穿光谱技术及应用综述[J].中国激光,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.网络资源（1）黄朝红.激光原理与技术[Z/OL].北京:中国大学MOOC,2022[2022]./course/XMU-1002851002?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_.（2）刘晓辉.量子科技[Z/OL].北京:中国大学MOOC,2022[2022]./course/SDU-1465995163?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_.（3）汪焰恩,王淑侠.3D打印技术及应用[Z/OL].北京:中国大学MOOC,2020[2020]./course/NWPU-1001911003?tid=1450242472.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考查成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂活动12（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√453实验24（1）根据每个实验的实验设计思路、可行性，实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√888作业评价24（1）主要考核学生对各专题知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√888期末考查40（1）大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考查学生对科技发展前沿的掌握情况；物理学在生活、人文、科技发展中的重要作用的理解情况；以及学生理论联系实际、分析问题、解决问题和科技创新能力和学生创新潜力。（3）考试题型为：小论文。√√√151510合计：100分353629八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂活动、实验、作业评价和期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考查和过程性评价成