“物理學與人類文明”簡介和教學大綱

1、物理學與人類文明”簡介和教學大綱課程代碼：061K0120課程名稱： 物理學與人類文明（Physics and human civilization）學分：2周學時：2面向對象：全校本科生 預修課程要求：無 一、課程介紹（一）中文簡介本課程著重介紹物理學的重大進展及其與人類文明的關系。內容包括經典物理學、量子力學、相對論、物質結構、現(xiàn)代宇宙學、非線性物理學等，以及由此 而產生的現(xiàn)代高科技的重大突破；同時還結合當代大學生實際，對科學發(fā)展的規(guī) 律、哲學觀念、思維方式及研究方法等進行較為開放但又不失其嚴謹性的闡述， 培養(yǎng)學生的科學精神。（二）英文簡介The course is designed fo

2、r all undergraduates in Zhejiang University. The basic concepts and main achievements of physics will be introduced. The contents include classical physics, quantum physics, relativity, particle physics, cosmology, nonlinear physics, philosophical view, scientific thinking and the methods used in sc

3、ientific research. This is a physics course without complex mathematics.二、教學目標（一）學習目標本課程用盡可能少的數學語言（限于初等數學）和盡可能多的實際例子，著重介紹幾百 年來，特別是二十世紀物理學的重大進展及其與人類文明的關系；力求將物理學中奧妙無窮的現(xiàn)象和規(guī)律與其深層的哲學意義結合起來，以縮小自然科學與社會科學之間的鴻溝。通過本課程的學習，使學生對現(xiàn)代科學的基礎（包括經典物理學、量子物理學、相對論、非線性 物理學、現(xiàn)代宇宙學等）有初步的了解；通過具體實例和小班研討，使學生了解科學發(fā)展規(guī)律、思維方式及研究方法；培養(yǎng)學

4、生嚴謹的邏輯和推演等理性思維能力，應用科學知識和科學思維方式解決實際問題的能力；介紹在人類長期科學實踐活動中所逐漸形成的一種文化 -科學精神；培養(yǎng)學生的科學精神。（二）可測量目標1）對現(xiàn)代科學的基礎（包括經典物理學、量子物理學、相對論、非線性物理學、現(xiàn)代 宇宙學等）有初步的了解。2） 了解科學發(fā)展規(guī)律、思維方式及研究方法。3） 了解人類在長期科學實踐活動中所逐漸形成的一種文化-科學精神4）嚴謹的邏輯和推演等理性思維能力有所提高。5）對諸如“創(chuàng)新與模仿”、“嚴謹踏實學風”、“聰明、機遇與勤奮”、“條件好壞與成就 大小”、“思想是第一位的"、“真理與美的關系”、“科學有無國界”、“個人奮

5、斗與祖 國未來”等問題有自己的思考。注：以上結果可以通過課堂討論、課堂提問（包括口頭提問和書面提問）、課程作業(yè)以及筆試等環(huán)節(jié)測量。三、課程要求（一）授課方式與要求本課程以多媒體授課為主，鼓勵課內外師生之間和學生之間互動與交流，每次課后都安 排答疑以及網上交流，并安排一些講座及小型研討，每位學生要求提交 5-8個書面提問和一 份課程報告。（二）考試評分與建議課程評分規(guī)則如下：期末書面閉卷考試 50%,平時討論和提問20% ,課程 報告30%。課程報告選題不限，格式按照正式的學術論文格式，要有題目，作者, 單位，摘要，正文，致謝，參考文獻.正文內容要有明確的論點，充分的論據， 論據應符合邏輯關系.

6、課程報告的成績不依賴于觀點，但選題是否有新意、是否 有獨特的視角、是否有真情實感，論據是否充分，是否符合邏輯是考察的重點。若課程報告成績低于期末書面閉卷考試成績，則按考試成績算，但若發(fā)現(xiàn)課程報告有抄襲現(xiàn)象，成績?yōu)榱惴?，總評不及格。鼓勵課堂提問，可以口頭提問，也可以書面提問。書面提問，教師會打分， 并作為平時成績的一部分；分數的高低取決于：（1）是否圍繞課堂內容來提問， （2）是否有創(chuàng)意（知識性的提問網上自行可以找到，因此盡量避免）,（3）是否符合邏輯。四、教學安排第一講：天地運動，伽利略的科學方法論討論主題：伽利略的科學方法論講授經典力學及天體運動的基本知識；系統(tǒng)講授嚴謹的科學方法論。閱讀伽利

7、略“關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話”有關章節(jié)，網上查閱伽利 略生平介紹、主要學術成就、科學方法等內容。第二講：波動光學，科學創(chuàng)新與否定討論主題：科學的否定觀講授波動光學的基本原理、現(xiàn)象及應用、科學創(chuàng)新與否定閱讀牛頓的自然哲學之數學原理 有關章節(jié)，并預先了解牛頓和惠更斯 的生平介 紹，主要學術成就等內容。第三講：經典電磁場理論，熱現(xiàn)象與分子運動，真理與美的關系討論主題：真理與美講授電磁場理論的發(fā)展過程，麥克斯韋的成就，麥克斯韋和法拉第在電磁場理論建立過程中的研究方法異同點；了解簡潔、對稱、統(tǒng)一等哲學觀念在建立科學理 論中的作用；進一步理解“精確定量、客觀可重復”科學方法的重大意義。網上查閱

8、楊振寧、李政道等科學家關于真理與美的哲學觀念。第四講：奇妙的量子世界，扎實基礎與重大突破討論主題：統(tǒng)計因果律、守恒律的極限、扎實基礎引領重大突破講授原子模型、波粒二象性、物質波、不確定原理、微觀粒子不可分辨等微觀世界奇妙規(guī)律，了解從實驗結果得出理論模型思維方法。網上查閱愛因斯坦、玻爾和海森堡的生平介紹和學術成就，了解他們的思維方式和 哲學觀念。第五講：激光原理，超導現(xiàn)象及原理，條件好壞與成就大小討論主題：創(chuàng)新思維方法、條件好壞與成就大小之辯證關系講授激光的主要特性、原理及應用；超導電性的主要特性、原理及應用 結合所在專業(yè)實際，思考“條件”與“成功”的辯證關系。第六講：晶體管原理，納米物理基本思

9、想，科學探索的魅力-不確定性討論主題：模仿與被模仿；宇宙的奧秘是不可窮盡的？講授晶體管的主要特性、原理及應用；講授納米介觀物理的基本原理、主要特性及原理。從哲學角度思考“宇宙奧秘有限性和無限性的辯證關系”。第七講：科學精神綜述討論主題：科學精神是一種文化；科學發(fā)展與環(huán)境講述科學精神的基本內涵，包括嚴謹、創(chuàng)新、遵循客觀規(guī)律、追求完美。網上查閱國內外學術腐敗的重大事件，思考倡導“創(chuàng)新、嚴謹”學風的重大意義。第八講：科學與人類文明討論主題：科學有無國界？科學素養(yǎng)與大學生綜合素質提高根據主講者以前在國外的工作經歷，介紹科學發(fā)展與人類文明、 科學精神與個人素養(yǎng)、祖國未來與個人奮斗等話題。思考提高現(xiàn)代大學

10、生綜合素養(yǎng)的重大意義。第九講：狹義相對論的基本原理及主要結論討論主題：相對論時空觀講授相對論的基本原理及主要結論，相對論的時空觀了解愛因斯坦的主要學術成就，比較相對論時空觀與牛頓時空觀的區(qū)別。第十講：廣義相對論的基本原理、主要結論及預言討論主題；科學與非科學的界線講授廣義相對論的基本原理、主要結論及預言，科學理論的構建模式了解狹義相對論成立的條件，建立廣義相對論的必要性， 科學理論的構建模式， 理論與實驗的關系等 。第十一講：相對論的應用，愛因斯坦在建立相對論過程中的思維方式討論主題：愛因斯坦的科學方法講授攣生子效應，全球定位系統(tǒng)，愛因斯坦在建立相對論過程中的思維方式了解愛因斯坦在建立相對論過

11、程中演繹法的作用和地位，以及與傳統(tǒng)演繹法的區(qū)別第十二講：物質結構-宇宙之科討論主題：有限與無限講授原子的有核Z勾、夸克( Quark)模型、基本相互作用，中國科學家的貢獻 探討如何將復雜的物理問題簡單化，抓住主要因數，忽略次要因數，通過恰當地 近似，找到不同體系中共同物理本質的方法。第十三講：基本相互作用的統(tǒng)一，原子能的利用討論主題：能源與環(huán)境講授相互作用的統(tǒng)一，對稱性在構建理論中的作用，標準模型，中國相關實驗的介紹，原子能及其應用了解能源和環(huán)境對于人類可持續(xù)發(fā)展的重要性，比較各種新能源或清潔能源的優(yōu)勢和不足第十四講：宇宙及其演化討論主題：科學理論的構建范式講授傳統(tǒng)的宇宙觀及其不足，哈勃的發(fā)現(xiàn)

12、，宇宙的起源，大爆炸模型的觀察證明，宇宙的命運，宇宙學面臨的問題閱讀霍金著作時間簡史或果殼中的宇宙；了解現(xiàn)代科學理論構建的不同范式，以及共同特點第十五講：非線性物理，科學的認識論討論主題：可知論與不可知論，混沌因果律講授非線性系統(tǒng)及其普遍性，混沌，分形和可積系統(tǒng)，還原論 (Reductionism)和呈展論(Emergence)閱讀相關文獻，了解非線性的普遍性，理解人類對世界認識的局限性第十六講物理學的未來，及其與社會的關系討論主題：科學與社會了解科學對社會的多角度的影響，以及社會對科學研究的影響和制約附：時間表周次授課主題備注1課程引言、天地運動、伽利略的科學方法論r 2課時2波動光學，科學

13、創(chuàng)新與否定1 2課時3經典電磁場理論，熱現(xiàn)象與分子運動，真理與美的關系2課時4奇妙的量子世界，扎實基礎與重大突破r 2課時5激光原理，超導現(xiàn)象及原理，條件好壞與成就大小2課時6晶體管原理，納米物理基本思想，科學探索的魅力-不確定性2課時7科學精神綜述r 2課時8科學與人類文明2課時9狹義相對論的基本原理及主要結論，相對論的時空觀r 2課時10廣義相對論的基本原理、主要結論及預言，科學理論的構 建2課時11相對論的應用，愛因斯坦在建立相對論過程中的思維方式r 2課時12物質結構-宇宙之磚，有限與無限2課時13基本相互作用的統(tǒng)一，原子能的利用，能源與環(huán)境r 2課時14宇宙及其演化，科學理論的構建范

14、式2課時15非線性物理，科學的認識論，可知論與不可知論，混沌因 果律2課時16物理學的未來，及其與社會的關系r 2課時注：以上內容和時間安排將會根據學生的實際情況，課堂反饋以及當年度科技和社會熱點問題的出現(xiàn)作適當調整。五、參考教材及相關資料(1)(2)浙江大學出版社,盛正卯、葉高翔（著），物理學與人類文明，第二版, 2006年2月。伽利略（著），周煦良譯，關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話，北京大學出版社，2006年6月。(3)牛頓（著）,王克迪（譯），自然哲學之數學原理，北京大學出版社,2006年1月。趙凱華,羅蔚茵,新概念物理教程.力學，高等教育出版社,2005年第2版。(5)趙凱華,羅

15、蔚茵,新概念物理教程.熱學，高等教育出版社,2005年第2版。(6)趙凱華、陳熙謀,新概念物理教程.電磁學，高等教育出版社,2006年第2版。趙凱華,新概念物理教程.光學，高等教育出版社,2004 年。(8)趙凱華,羅蔚茵，新概念物理教程.量子物理，高等教育出版社,2004 年。(9)倪光炯（著），改變世界的物理學（第三版），復旦大學出版社，2007年8月。(10)羅杰.S.瓊斯（著），明然、黃海元譯,普通人的物理世界，江蘇人民出版社，1998年。(11)史蒂芬霍金（著），許明賢 吳忠超（譯），時間簡史，湖南科學技術出版社,2006 年。(12)史蒂芬 霍金(著)，吳忠超(譯)，果殼中的宇宙，

16、湖南科學技術出版社，2004年。(13) Steven Weinberg著，向守平譯，宇宙學，中國科技大學出版社，2013年(14)戴維.費而津著，趙復恒譯，霍金的宇宙，海南出版社， 2000年(15) Andrew Liddle, An Introduction to Modern Cosmology, Wiley,2003, Second Edition.(16) Brian Greene, The Elegant Universe, W. W. Norton & Company Published: Feb. 2000(17) Michael M. Woolfson ,Time,

17、 Space, Stars & Man » , Imperial College Press, 2013, 2 nd Edition.(18) Jacques Vanier, “The Universe, A Challenge to the Mind ” , Imperial College Press, 2011(19) Norman K. Glendenning,'Our Place In The Universe ”, Imperial CollegePress, 2007(20)費曼著，吳程遠譯，別鬧了 費曼先生，生活 讀書 新知三聯(lián)書店，1997。(21)詹姆斯.格萊克，張淑譽譯，混沌開創(chuàng)新科學