- 谢双媛;许静平;张建卫;樊维佳;张志华;
随着全球科技革命和产业变革的加速演进,科学与工程前沿不断突破,对高等教育的人才培养提出了全新要求。特别是国家“四新”建设(新工科、新医科、新农科、新文科)的深入推进,使得大学物理作为公共基础课,面临着如何适应专业需求、融合新兴技术的巨大挑战。本文以同济大学为例,深入探讨了其在面向工程前沿的大学物理教学改革中的探索与实践。改革方案聚焦于课程体系、知识体系和教学体系的综合优化,通过重构“宽基础、专深化、融创新”的课程体系、持续打造精品教材以及构建融合信息技术的线上线下混合式教学模式,实现了对全校多学科专业的精准支撑,显著提升了学生的科学素养、创新能力和批判性思维。实践证明,大学物理教学改革有效支撑了“四新”专业人才培养,对新时代高素质、复合型、创新型人才的自主培养具有重要的借鉴意义。
2026年01期 v.36;No.231 47-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1301K] [下载次数：77 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 何斌;
大学物理与大学物理实验作为理工科人才培养的核心基础课程,其教学模式的系统性改革对提升学生科学素养与创新能力具有重要意义。针对当前国内高校普遍存在的理论教学与实验训练关联不足的问题,西湖大学借鉴国内外高校的经验,尝试了将大学物理与大学物理实验深度结合的教学模式,其创新点主要体现在三个方面:第一,课程体系重构(学分联动、内容同步);第二,实验结构创新(模块化仪器、分组协作);第三,评价机制改革(交叉赋分、双向考核)。本文介绍了西湖大学实施此教学模式的具体实践,以期为同类高校大学物理教学改革提供可复制的实施方案。
2026年01期 v.36;No.231 53-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1401K] [下载次数：248 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 王新;王铭勋;杨宝璐;徐捷;穆宝忠;
本文围绕高校数字图像处理课程教学改革的需求,开展了面向创新能力提升的数字图像处理教学方法研究。分析了目前高校数字图像处理课程教学存在的问题,提出了课程内容优化和教学方法改进的具体方案。面向人工智能的发展,设计了具有实用性的图像模式识别教学案例。为了培养学生的实践能力和创新能力,提出了基于项目驱动式的教学方法,有针对性地设计了相应的综合性案例。优化后的课程内容和教学方法在实际课程教学中得到了检验。未来,高校将进一步加强工业应用、科学研究与教学之间的联系,拓展学生的视野,培养学生的创新能力。
2026年01期 v.36;No.231 59-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1705K] [下载次数：470 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 周颖慧;赵英汝;苏国珍;陈金灿;
化学亲和势和反应热是研究低温化学反应的热力学系统性能的两个重要参数。本文阐明对于仅包含体变功的热力学系统,这两个参数在可逆等温等压过程中可由热力学理论算出均为零;而这两个参数在不可逆等温等压过程中必须由实验测定,具体数值依赖于等温等压过程的不可逆程度,但它们之间的关系可应用热力学理论进行讨论;当温度为绝对零度时,这两个参数均为零。教科书和文献中给出的一些算例是值得商榷的。
2026年01期 v.36;No.231 65-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1309K] [下载次数：51 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 王月花;石礼伟;唐军;贾传磊;
针对大学物理课程传统考核中以终结性评价为主导、能力培养目标达成不足及反馈滞后等问题,本研究基于成果导向教育(Outcome-Based Education,OBE)理念,构建了知识、能力、素养三位一体的动态过程性考核评价体系。通过革新考核理念、反向设计考核目标,创新融合“课前诊断-课中监测-课后检验”三阶段评价机制,并结合线上线下混合式教学模式,全面追踪学生学习轨迹与能力发展动态。制定分层评价标准,引入课堂互动、章节测试、阶段测试、思维导图、主题研讨、小组课题、竞赛成果附加分等多元化考核方式。对2022级、2023级两届学生实施教学实践后发现:学生成绩优秀率(≥80分)较传统考核模式提升27.3个百分点,低分率(≤69分)下降21.6个百分点;过程性考核总分得分率较2022级提升2.5%(2023级达83.4%),课堂互动参与率超过40%,学科竞赛及创新研讨参与率较传统模式增至31.4%。结论表明,该体系显著优化成绩分布结构,强化学生知识迁移与高阶思维能力,协同促进批判性思维、实践创新及团队协作能力的发展。
2026年01期 v.36;No.231 70-80+87页 [查看摘要][在线阅读][下载 2145K] [下载次数：179 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 章艳芳;王静;钱列加;
夫琅禾费衍射是光学教学中的重要内容,其衍射图样特性对理解光的波动性具有重要意义。本文基于菲涅耳衍射积分理论,研究了任意形状二维孔径的夫琅禾费衍射特性,揭示了孔径对称性与衍射效应之间的内在联系。研究发现,在相同孔径面积下,圆形孔径具有最小的衍射发散立体角,其零级衍射光斑能量最为集中,这为光学实验中普遍采用圆形孔径提供了理论依据。结合本科教学实践,本文提出了基础实验与进阶实验的设计方案,旨在通过验证圆形孔径的衍射特性以及研究椭圆孔径偏心率对衍射发散角的影响,帮助学生深入理解衍射现象的本质。同时,本文探讨了以问题为导向的教学模式对学生科学思维、创新能力和实践能力的培养意义,为光学教学的创新提供新思路。
2026年01期 v.36;No.231 81-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1352K] [下载次数：43 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 程航;邓志姣;沈咏;陈平形;
角动量是本科生在量子力学学习中难以理解的知识点。本文通过设计多个数值实验研讨小题目,帮助学生建立角动量的可视化图像。设计的理念是打破初量、高量,基础和前沿之间的界限,引导学生自己动手计算、作图、相互研讨、自建物理图像。通过这种在做中学的高效学习方式,学生能从一些简单的计算中获得对抽象概念的直观感受。研讨题从转动操作出发,逐渐增加难度至压缩操作,并引入自旋压缩态、Husimi Q表示的概念。这种设计将基础教学与前沿研究巧妙联系,为本科生带来更深的思考与启发。
2026年01期 v.36;No.231 88-93+101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1648K] [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 谢东;王辉;何钰;
库仑定律是大学物理电磁学的核心内容,但中学阶段的“公式化学习”易导致大学教学陷入“浅层复习”误区,错失培养学生“科学研究方法论”的关键机会,成为“中学学过,大学如何再讲”的典型教学痛点。本教学案例依据《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2023年版),针对该痛点提出“熟悉定律陌生化”创新路径:通过再现“观察-猜想-实验-归纳”的科学史进程,深度挖掘库仑定律的历史背景、哲学意涵与方法论价值,推动教学重心从公式记忆转向科学思维能力培养;引入基于氦原子模型的“电荷三体运动”数值仿真,让学生直观发现经典理论与微观物理世界的矛盾,落实金课“高阶性、创新性、挑战度”要求;通过电荷三体关联科幻作品《三体》,在比较中西方叙事方式的基础上融入课程思政元素,探讨集体主义精神与人类命运共同体意识在全球性挑战中的现实价值,实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一,最终为理工科大学物理核心概念教学提供可复制的创新范式。
2026年01期 v.36;No.231 94-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1571K] [下载次数：96 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 高原;李路曦;
“粒子说”是经典光学理论的一种早期观点,认为光由微小、不可分割的粒子组成,并以直线传播。牛顿是该理论的主要倡导者之一,他提出用光粒子的运动和相互作用解释诸如反射、折射等基本光学现象。本文探讨了粒子说对干涉、衍射、偏振等波动光学现象的解释,并揭示其中蕴含的波动思想。牛顿通过“适合”概念,从粒子运动的角度尝试解释干涉现象,而马吕斯和毕奥则进一步提出光粒子在力作用下的运动规律,从理论上统一了反射、干涉及偏振等光学现象,推动粒子说达到了新的高度。尽管粒子理论将光视为由微小粒子组成,但其在解释偏振和干涉现象时,已不自觉地融入了波动的周期性特征。这些早期研究不仅为波动理论的崛起奠定了坚实的实验和理论基础,还生动展现了科学理论发展的内在逻辑,即矛盾中的对立与统一。将这一科学史视角融入教学,不仅能够帮助学生深入理解科学发展的复杂性,还能有效培养批判性思维与创新能力,并激发对科学探索的浓厚兴趣。
2026年01期 v.36;No.231 102-106+114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1397K] [下载次数：26 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 汪洋;孙华锐;阮琦锋;刘郝亮;周可雅;
本文探究了大语言模型在大学物理教学中的创新应用模式,并依托智能体平台构建了教辅系统。通过在智能体中添加大学物理知识库,我们显著提高了智能体解答大学物理问题的能力,并且成功应用在课前预习、课后复习、习题辅导及物理模型可视化四大核心场景中。在课前预习和课后复习方面,智能体能够提取并且整理课本中的知识要点;在课后习题解答方面,智能体能以接近100%的准确率解答参考教材的全部课后习题,并且学生能够对其中不懂的步骤进行追问;在物理概念可视化方面,可以实现将物理模型转为可视化代码,生成物理图像降低学习难度。学生的调查反馈表明,该模式提高了学生的学习效率,降低大学物理的学习难度,增强了学习兴趣,并为人工智能赋能基础性教学改革提供了可复制范例。
2026年01期 v.36;No.231 107-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 2820K] [下载次数：294 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李海凤;黄思哲;刘喆;潘雷雷;
本文基于劈裂算符方法,数值研究了描述微观粒子的高斯型波包在一维、二维势垒中的动态演化过程,计算了体系的坐标、动量、哈密顿算符的期望值,并验证了在整个势垒隧穿动力学过程中满足海森堡不确定性关系。通过将时间演化算符拆分为动能与势能的交替作用,利用快速傅里叶变换对波函数进行坐标与动量表象间的转换,实现了含时薛定谔方程的数值求解。结果表明,若势能函数不显含时间,体系的平均能量含时演化在大尺度范围保持守恒,在小尺度范围“不严格守恒”,当微观粒子隧穿势垒时能量将快速涨落,离开势垒后恢复至隧穿前的能量。在一维双势阱中,高斯波包在势阱内往复运动,频繁贯穿势垒,能量平均值随时间小幅度周期性快速振荡。对于二维势垒情况,二维高斯波包的反射方向可与入射方向不同,一段时间后粒子主要出现在势垒两侧。本文为量子力学教学的可视化研究,以及量子隧穿动力学的深入探索奠定了数值基础,加深对微观粒子波-粒二象性以及海森堡测不准原理的理解。
2026年01期 v.36;No.231 115-121+128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1916K] [下载次数：37 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 卢树华;田方;尹晓英;
新一代人工智能(Artificial Intelligence, AI)背景下,大数据、智能涌现等新技术对教育教学产生重大影响。物理学是自然科学的基础,其学科思想和方法对人工智能的起源与发展产生重要推动作用。为更好把握前沿技术发展趋势,紧扣时代发展脉搏,本文以“人工智能+”课程思想为指导,探讨在大学物理教学理念、教学内容及教学模式等方面进行改革尝试;提出转变教学理念、积极拥抱人工智能,通过AI辅助教学提升人工智能素养,构建AI教学助手与课程知识图谱,体现教学时代性并深化教学内容的内涵与外延等改革创新举措,以期提升新时代大学物理及相关课程教学质量,实现教学相长。
2026年01期 v.36;No.231 122-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1712K] [下载次数：656 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 朱海飞;周战荣;耿燚;谢星宇;沈晓芳;
本文针对我校大学物理教学突出军种特色的需求,探究了挖掘与融入火箭军军种特色军事应用的实践。研究通过精简提炼导弹武器相关的军事案例,将其精准融入教学内容;创新采用PBL与IAD循环融合的教学模式,开设导弹武器军事应用主题的小班研讨课,并设置研究型的军事应用大作业。实践表明,这些举措有效提升了学员的科学素养、军事素养及问题解决能力,推动了教学质量提升,为军队院校大学物理教学改革及高素质军事人才培养提供了有益借鉴。
2026年01期 v.36;No.231 129-135+143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1423K] [下载次数：49 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 吴宏;闫艳慈;马艺荣;陈鹏;潘娜娜;刘俊;李登峰;
大学物理作为高等学校理工科各专业学生必修的公共基础课程,涵盖内容丰富,为后续专业课程学习奠定了坚实的基础。然而,由于存在一些问题,比如学生对大学物理课程重视程度不够、所学知识过于抽象化及单向灌输教学方式等,使学生对大学物理的学习感到枯燥乏味且难以理解,从而缺乏学习动力与兴趣。在本文中,通过引入我国重大科技前沿“嫦娥四号”着陆器和“玉兔二号”所携带的放射性同位素热电发电机、自主探究小型热电器件发电课堂实验和播放热电制冷视频等教学方式,旨在极大地激发学生对前沿科学新能源热电技术原理及其应用的求知欲。此外,通过挖掘新能源热电转换技术研究中所蕴含的物理知识,将其融入大学物理课程的卡诺循环教学实践中,来探讨前沿科学研究与大学物理理论知识有机结合的教学改革方案,以实现教师和学生协同全面发展的目标。本文是构建大学物理知识和前沿科研关系的初步而有益的尝试,有望为更多前沿科研融入大学物理教学实践提供借鉴。
2026年01期 v.36;No.231 136-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1664K] [下载次数：78 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 孙泽浩;周鸣宇;李慧;
1923年,康普顿发现了X射线的反常散射现象,并用量子理论对其进行了解释,这为量子力学的发展奠定了基础。如今康普顿效应已成为大学物理教学中的重要部分。为纪念康普顿效应发现一百周年,以及更好地让学生理解康普顿效应,本文通过文献调研法和教学实践法,研究了大学物理教学中康普顿效应的有关内容。着重探讨了与吴有训科学贡献相关的课程思政元素及康普顿效应的应用和理论前沿拓展。结合这些内容,基于BOPPPS教学模式给出了康普顿效应这节课的教学设计,为广大教师与学生提供参考。
2026年01期 v.36;No.231 144-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 1467K] [下载次数：69 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 王良翼;姜付锦;魏羽飞;蒋睿泽;陈鹏宇;
本文以第33届全国中学生物理竞赛复赛第7题为研究对象,深入探讨了等质等长双杆摆系统的动力学行为。首先,基于拉格朗日力学精确求解了系统在特定初始条件下的瞬时角加速度及杆间相互作用力。其次,通过数值仿真分析了大角度摆动下系统的运动轨迹,揭示了其典型的混沌特性。最后,系统分析了系统在平衡位置附近受微扰时的动力学响应,通过引入小角度近似并选取合适的独立模态坐标,成功导出了系统微幅振动的近似解析解,结果表明,微扰下系统呈现规则的有序运动,其动力学表现为两个独立简正模的线性叠加。本研究不仅为理解双杆摆系统混沌与有序行为的转换提供了清晰的物理图像和理论支撑,其获得的微扰解析解亦填补了相关教学研究的空白,为物理竞赛教学和理论力学课程提供了兼具理论基础与探索价值的振动分析案例。
2026年01期 v.36;No.231 150-154+162页 [查看摘要][在线阅读][下载 1579K] [下载次数：56 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 张泽林;樊晓宇;李勇;郭明磊;刘念;徐兵;
本文从拓扑学视角探讨电磁学中高斯定理与安培环路定理的统一性,为揭示电磁现象的整体性提供了优雅框架。静电场的高斯定理描述了电荷分布与电通量的关系,可看作曲率积分对电荷拓扑性质的表征;稳恒磁场安培环路定理描述了电流与磁场的关系,则对应环路间的连接数约束。二者可统一表述为第一陈数这一拓扑不变量,其取值仅依赖于流形的整体拓扑结构或链环的缠绕方式,与局部场强的细节无关。这种整体性描述突破了传统微分方程局部性描述的局限,彰显了电与磁的对称美。研究指出,拓扑学视角能为物理工作者理解电磁学定律提供新的理论框架。
2026年01期 v.36;No.231 155-162页 [查看摘要][在线阅读][下载 1762K] [下载次数：61 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]
- 钱笑寒;方爱平;王煦璋;叶鹏程;蒋臣威;张修兴;王小力;
针对工程应用对气体热物性预测日益精确的要求,本文对比研究了范德瓦尔斯方程、Redlich-Kwong方程以及Peng-Robinson方程等三种物态方程在氮气等常见气体热物性计算中的应用表现,探讨了不同物态方程在不同气体热物性计算中存在的优缺点。此外,本文提出了一种针对Redlich-Kwong方程参数b的修正优化方法,通过调整b值使修正后的Redlich-Kwong方程的计算结果与参考数据的符合度有了显著提升,为理论研究及工业应用提供了新的思路和方法。
2026年01期 v.36;No.231 190-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 2203K] [下载次数：50 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 胡晗;王鸿;何雪云;施政;
在新工科背景下,教育部门对工科课程的教学提出了新的要求。本研究以电子信息类核心课程“通信原理”为切入点,分析当前教学实践中存在的问题,并结合学生的学习特点,从教学理念、教学手段、评估方法等方面进行了全面探索,创新性地构建了知识图谱-大语言模型双引擎驱动的教学模式。具体来说,知识图谱系统梳理通信原理知识体系,构建学科知识网络;大语言模型通过智能问答系统、个性化学习路径推荐和虚拟仿真对话,实现教学资源的动态适配。研究坚持以学生为中心,通过“理论-实践-思政”三维一体的教学改革路径,旨在提升课程的教学质量以及学生的综合素养和创新能力。通过实际教学实践表明,这种双驱动教学模式有效实现了知识建构的体系化、能力培养的个性化和价值塑造的潜移默化,为新时代工科课程改革提供了可推广的范式。
2026年01期 v.36;No.231 197-205页 [查看摘要][在线阅读][下载 1991K] [下载次数：250 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 仝博;张振华;
“舰船振动学”作为船海专业本科生的必修课,课程理论性强、难度大,如何提高课程教学效果是困扰教学团队的重要现实问题。本文基于Mathematica数学软件,探索开发了多个振动知识点教学演示案例,可视化程度高,既能用于课堂演示,又能供学生课后自学。将振动学重难点知识逐一进行可视化编程后,学生可直观地感受振动现象,理解振动问题的本质,这在激发学生兴趣的同时也丰富了教学资源,同时克服了传统实验教学离开实验室不能开展振动实验的弊端。
2026年01期 v.36;No.231 206-211页 [查看摘要][在线阅读][下载 1572K] [下载次数：48 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 沈超;周磊;
康普顿散射是自然界中普遍存在的一种基本物理现象,在物质能量转换与传递过程中扮演着重要角色,并对天体演化进程具有关键影响。在自由电子与光子的康普顿散射过程中,散射光子波长增大,能量由光子转移至电子;而在高速电子与光子发生逆康普顿散射时,电子减速,辐射能量则显著增强。然而,现有教材通常缺乏对逆康普顿散射过程的完整推导,也未能清晰呈现其散射公式。本文考虑粒子具有任意初始速度的普遍情形,基于动量-能量守恒定律,严格推导出散射光子频率与初始光子频率及粒子初始速度矢量之间的普适关系式。本文采用两种方法推导康普顿散射公式:其一基于分立形式的守恒方程与能量-动量关系;其二则利用四维协变守恒方程,结合四动量性质,推导过程更为简洁。在电子初始静止的特殊情况下,该普适关系式可回归为常见的康普顿散射公式。针对高能电子与低能光子发生逆康普顿散射的情形,散射光子频率与能量均得到提升,其最大值可达入射光子能量的4γ_u~2倍(γ_u为洛伦兹因子)。此外,本文进一步从惯性参照系变换与多普勒效应的角度,对逆康普顿散射中散射光子能量增强的物理机制作出了解释。本研究结果可为大学物理及狭义相对论相关教学内容提供有益参考。
2026年01期 v.36;No.231 212-219页 [查看摘要][在线阅读][下载 1425K] [下载次数：62 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 谭震;
电路结构通常复杂多样,不少电路网络问题充满了挑战性。文章分析探索了一类多参数2×n阶K形电阻网络模型,采用创造性思维与严密的计算导出了一个等效电阻解析式。文章所采用的研究方法包括三种:一是建立电路网络的三个等效模型,二是建立递推差分方程,三是采用变量代换技术求解差分方程。文章讨论了等效电阻的一些特殊情形,并且将特殊情形的结论与其他相关结果进行了比较与验证。本文的研究工作对促进教学与科研协同发展具有积极意义,对培养大学生的科学探究能力与创造性思维能力具有较好的指导意义。
2026年01期 v.36;No.231 220-224页 [查看摘要][在线阅读][下载 1392K] [下载次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 谢子昂;AHMED Tanvir;陈森;张师平;闫松涛;王玉荣;裴艺丽;李莉;YEN Sros;吴平;
本文聚焦于硅基太阳能电池I-V曲线测量中常见的S形异常现象,选取晶体硅(c-Si)、多晶硅(mc-Si)与非晶硅(a-Si:H)三种典型材料体系为研究对象,系统分析其在不同结构与界面条件下出现I-V曲线S形异常的微观物理机制。通过引入界面能带工程、界面态诱导势垒、电荷积聚与载流子复合行为等理论模型,揭示了界面能带未对齐、Fermi能级钉扎及高密度缺陷态所导致的电荷输运障碍是该异常的本质成因。我们进一步结合温度依赖性分析,明确了低温条件下热发射能力减弱对S形异常增强的关键影响。教学实践方面,本文提出将S形异常引入大学物理实验课程,构建融合实验测量、理论建模与数值仿真的探究式教学模式,培养学生从现象出发反溯基础物理知识,深入研究其微观物理机制,并利用仿真工具进行性能优化的科研能力。通过多种材料体系和实验条件的比较分析,学生能够形成从器件结构出发,集合材料特性、界面物理方面的知识研究宏观输出响应。该项教学措施不仅深化了对光伏器件非理想特性的物理认知,也为大学物理实验教学改革提供了可操作性强的理论框架与实践范式。
2026年01期 v.36;No.231 225-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 1595K] [下载次数：64 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ]