物理与工程

电磁学先修课在人大附中高中物理选修课程体系中的实践

高中物理新课程改革更加强调物理素养的重要性,期望学生根据兴趣和实际情况构建适合自己发展的学习内容。相应地,高中物理课程应当使传统常规课程与丰富的选修课相结合,并建立大学与中学物理教学的衔接桥梁,满足不同学生的多样化需求,更好地发现和培养拔尖创新人才。为此可以考虑在中学和大学之间合作开设相关的大学先修课程,从而为物理学习有余力的优秀学生提供全面而有个性地发展的可能。电磁学先修课在人大附中高中物理选修课程体系中进行了大量有意义的实践和探索,收到了很好的效果。

“MPCCDIO教育教学模式”实施效果评析

MPC CDIO(Mathematics and Physics Courses Conceive, Design, Implement and Operate）教育教学模式是在CDIO工程教育模式的基础上，由中国石油大学（北京）发起的将CDIO工程教育理念落实到理工科院校数理公共基础课程教育教学领域的一项改革举措，是针对低年级学生实施的教育教学改革。本文首先对MPCCDIO教育教学模式改革的概念、背景、内容和实施过程做了简单的介绍，然后对MPCCDIO教育教学改革自2011年启动以来的进展情况及改革实施效果进行了介绍和评析。主要围绕对比试点班与普通班的学习力、创新力、国际化视野、团队意识等卓越工程能力的获得情况来展示改革的效果。最后，指出改革过程中存在的问题，并展望提出改进和完善的建议及措施，旨在为MPCCDIO教育教学模式改革的继续进行和扩大奠定基础，也希望为理工科院校的公共基础课的教学和教学改革提供值得借鉴的建议和经验。

利用数字模拟预测干板全息成像质量的实验设计

文章设计了一种利用数字模拟预测干板透射式全息成像质量的实验方法。通过布置双凸透镜采集了干板实验的衍射再生像和数字模拟实验的物光信息，以曝光时间作为实验自变量，结合快速傅里叶变换(FFT)与博奇编码的算法，利用分段拟合、线性插值的方法进行数据分析。发现了两种成像模式下“清晰度曝光时间”曲线的良好相关性，相关系数接近或超过0.999，可实现干板全息成像质量的反演预测.进而提出一款查询软件，为实验教学和生产实践提供借鉴。

指南车控制理论的创建

本研究为建立指南车自动控制系统,乃依古典控制理论将分立各组成控制环节的数学模型整合成系统控制方框图,推导出完全补偿作用所需的设计规范,证明了指南车控制乃属按扰动补偿原理工作的开环前馈控制自动调节系统,更系统性盘查行星齿轮系设计文献案例,运用机械原理与控制观点,全面交叉核实了本文控制理论的正确性,且于推理过程并没发现所谓的反馈机制。由于所有差动机构的传动比都是比例常数,因此,本文所创建的控制理论其数学模型都通用,凡是线性构件所建的指南车都行。

关于半壁无限深势阱束缚态存在条件的讨论

一维无限深势阱问题是量子力学中的经典问题,也是国内外量子力学初学者必学内容之一。一维半壁无限深势阱作为一维无限深势阱的变形,也是量子力学教学中常见的物理模型。然而关于半壁无限深势阱这一模型,许多教学和科研工作者甚至教材之中,都存在不严谨之处。尤其是对于束缚态存在条件的求解,许多教材与习题册没有对临界条件进行讨论验证。本文借助图解法对半壁无限深势阱束缚态存在条件进行了讨论并给出了严格解,纠正了长久以来人们对该问题的错误认识,对量子力学领域本科教学与实际科研工作会有帮助。

论专业选修课中的“公能”教育

“公能”思想源于南开大学校训“允公允能,日新月异”。“公”是指培养学生具有公德心、社会责任感和使命感。“能”是指知识和能力,通过知识和技能的传授使学生具有报效祖国之能力。“公能”教育思想与国际视野下的通识教育具有相通性,与国家层面的思政教育具有高度一致性,都是强调教书育人并重。专业选修课是为高年级本科生设置的与专业相关的选修课程,知识进展的时间跨度大,知识更新节点和涉及的物理学史内容较多,为教学中融入“公能”教育提供空间。本文从专业选修课的科学设计、教学方法和考核方式等方面论述如何在专业选修课中融入“公能”教育思想,培养“允公允能”的高层次人才。

利用非线性动力学系统研究混沌现象

以相图和庞加莱点作为表征手段,本文对受外力驱动的一种非线性动力学系统混沌摆的摆动行为进行研究,考察了该混沌摆系统的运动状态随驱动力频率变化的特征。同时我们建立了该系统的理论模型,通过数值计算模拟该混沌摆运动状态来验证实验结果。实验和仿真结果均表明,随着驱动力频率的增加,混沌摆会有周期和混沌运动状态交替出现的情况,且这种变化近乎为突变的。同时,也从数值仿真结果中观察到了混沌摆运动状态对驱动力频率这一参数的敏感性。本文阐述的仿真和测量研究可以作为本科生的大学物理实验课程中混沌摆实验项目的拓展内容,使有兴趣和能力的同学对非线性动力学系统的混沌现象有更深入的理解和认识。

将斯特恩盖拉赫实验引入大学物理教学

从最基本的物理概念出发,较为详尽地梳理了斯特恩-盖拉赫实验的基本事实。尝试着在不脱离大学物理知识范畴的前提下,让斯特恩-盖拉赫实验成为大学物理的教学内容之一。

“教研室”管理体系:物理学“课程群”管理

本文探讨物理学“课程群”的教研室管理模式。根据物理学基础课程的内在联系,我们提出了建设数学物理基础、力学基础、热学基础、电磁学基础、光学基础、量子基础以及计算物理基础等七个“课程群”的建设方案[罗、王、刘.物理与工程,2019,29(2)?-?]。每个“课程群”从基础到高级,涵盖若干内在关联课程。以教研室为管理单元对这些课程实施管理,一方面可以对“课程群”的内容进行系统的梳理,使教学内容更加系统,相互衔接,避免不必要的重复。另一方面,这样的教研室也便于教师之间的交流讨论,形成高水平的教学团队,为教学质量的提高提供有力保障。此外,该教研室管理模式也可扩展至专业教研室,扮演专业学科组织建设的功能,可为学生出口提供更加适合专业发展和国家需求的课程设置。本文以兰州大学物理科学与技术学院的教学管理为例,提供教研室管理的一个具体例子,并简述最近一年开展的活动及取得的初步成效。

黑洞的前世今缘

自从2015年9月14日科学家首次探测到引力波信号以来,2015年12月26日,2017年1月4日,2017年8月14日,2017年10月16日又分别再次探测到来自宇宙空间的引力波信号,其中前四次都是由两个较小质量的黑洞合并成较大质量的黑洞后,损失的质量变成能量以引力波的形式释放了出来。这些成果都成为黑洞存在的无可置疑的明证,那么究竟什么是黑洞?它是怎么形成的?有哪些性质和特征?人类又怎么去探测它?文章给出一些主流的解释,进一步开阔人们的视野,使得人们更深刻地感受宇宙的神奇和魅力。

散射介质对强度关联成像影响的教学实验研究

根据北京航空航天大学本科生专业课程有关新型探测实验的教改要求,设计了散射介质对强度关联成像影响的教学实验,该实验基于主动式强度计算关联成像原理,采用激光光源,经准直扩束照射到数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)进行空间光场调制,用聚苯乙烯胶体粒子模拟雾霾散射介质,利用CCD探测器作为桶探测器,对振幅型物体进行探测,结合空间光场调制信号完成关联运算,并通过衬噪比分析散射介质对关联成像的影响。实验结果显示关联成像具有抗散射介质的特性。旨在通过实验中一系列实验现象激发学生的思考能力,培养学生科学的创新思维,促进实验教学的变革和发展。

教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会关于2016年高校立项教研项目结题验收结果的通报

什么是ETA物理教学法

本文根据ETA物理认知模型(即完整的物理认知过程由实验物理(Experimental Physics)认知、理论物理(Theoretical Physics)认知、应用物理(Applying Physics)认知构成),介绍了ETA物理教学法,并分析回答了物理教育中一些常见的问题。

“MPC-CDIO教育教学模式”实施效果评析

MPC-CDIO(Mathematics and Physics Courses-Conceive, Design, Implement and Operate)教育教学模式是在CDIO工程教育模式的基础上,由中国石油大学(北京)发起的将CDIO工程教育理念落实到理工科院校数理公共基础课程教育教学领域的一项改革举措,是针对低年级学生实施的教育教学改革。本文首先对MPC-CDIO教育教学模式改革的概念、背景、内容和实施过程做了简单的介绍,然后对MPC-CDIO教育教学改革自2011年启动以来的进展情况及改革实施效果进行了介绍和评析。主要围绕对比试点班与普通班的学习力、创新力、国际化视野、团队意识等卓越工程能力的获得情况来展示改革的效果。最后,指出改革过程中存在的问题,并展望提出改进和完善的建议及措施,旨在为MPC-CDIO教育教学模式改革的继续进行和扩大奠定基础,也希望为理工科院校的公共基础课的教学和教学改革提供值得借鉴的建议和经验。