“物理学与人类文明”简介和教学大纲

“物理学与人类文明”简介和教学大纲课程代码：061K0120课程名称：物理学与人类文明(Physics and human civilization)学分：2 周学时： 2面向对象：全校本科生预修课程要求：无一、课程介绍（一）中文简介本课程着重介绍物理学的重大进展及其与人类文明的关系。

内容包括经典物理学、量子力学、相对论、物质结构、现代宇宙学、非线性物理学等，以及由此而产生的现代高科技的重大突破；同时还结合当代大学生实际，对科学发展的规律、哲学观念、思维方式及研究方法等进行较为开放但又不失其严谨性的阐述，培养学生的科学精神。

（二）英文简介The course is designed for 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 scientific research. This is a physics course without complex mathematics.二、教学目标(一)学习目标本课程用尽可能少的数学语言（限于初等数学）和尽可能多的实际例子，着重介绍几百年来，特别是二十世纪物理学的重大进展及其与人类文明的关系；力求将物理学中奥妙无穷的现象和规律与其深层的哲学意义结合起来，以缩小自然科学与社会科学之间的鸿沟。

通过本课程的学习，使学生对现代科学的基础（包括经典物理学、量子物理学、相对论、非线性物理学、现代宇宙学等）有初步的了解；通过具体实例和小班研讨，使学生了解科学发展规律、思维方式及研究方法；培养学生严谨的逻辑和推演等理性思维能力，应用科学知识和科学思维方式解决实际问题的能力；介绍在人类长期科学实践活动中所逐渐形成的一种文化----科学精神；培养学生的科学精神。

（二）可测量目标1) 对现代科学的基础（包括经典物理学、量子物理学、相对论、非线性物理学、现代宇宙学等）有初步的了解。

2）了解科学发展规律、思维方式及研究方法。

3）了解人类在长期科学实践活动中所逐渐形成的一种文化----科学精神4）严谨的逻辑和推演等理性思维能力有所提高。

5）对诸如“创新与模仿”、“严谨踏实学风”、“聪明、机遇与勤奋”、“条件好坏与成就大小”、“思想是第一位的”、“真理与美的关系”、“科学有无国界”、“个人奋斗与祖国未来”等问题有自己的思考。

注：以上结果可以通过课堂讨论、课堂提问（包括口头提问和书面提问）、课程作业以及笔试等环节测量。

三、课程要求（一）授课方式与要求本课程以多媒体授课为主，鼓励课内外师生之间和学生之间互动与交流，每次课后都安排答疑以及网上交流，并安排一些讲座及小型研讨，每位学生要求提交5-8个书面提问和一份课程报告。

（二）考试评分与建议课程评分规则如下：期末书面闭卷考试50%，平时讨论和提问20% ，课程报告30%。

课程报告选题不限，格式按照正式的学术论文格式，要有题目，作者，单位，摘要，正文，致谢，参考文献．正文内容要有明确的论点，充分的论据，论据应符合逻辑关系．课程报告的成绩不依赖于观点，但选题是否有新意、是否有独特的视角、是否有真情实感，论据是否充分，是否符合逻辑是考察的重点。

若课程报告成绩低于期末书面闭卷考试成绩，则按考试成绩算，但若发现课程报告有抄袭现象，成绩为零分，总评不及格。

鼓励课堂提问，可以口头提问，也可以书面提问。

书面提问，教师会打分，并作为平时成绩的一部分；分数的高低取决于：（1）是否围绕课堂内容来提问，(2) 是否有创意（知识性的提问网上自行可以找到，因此尽量避免）, (3) 是否符合逻辑。

四、教学安排第一讲: 天地运动，伽利略的科学方法论讨论主题: 伽利略的科学方法论讲授经典力学及天体运动的基本知识；系统讲授严谨的科学方法论。

阅读伽利略“关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话”有关章节，网上查阅伽利略生平介绍、主要学术成就、科学方法等内容。

第二讲: 波动光学，科学创新与否定讨论主题：科学的否定观讲授波动光学的基本原理、现象及应用、科学创新与否定阅读牛顿的《自然哲学之数学原理》有关章节，并预先了解牛顿和惠更斯的生平介绍,主要学术成就等内容。

第三讲：经典电磁场理论，热现象与分子运动，真理与美的关系讨论主题：真理与美讲授电磁场理论的发展过程，麦克斯韦的成就，麦克斯韦和法拉第在电磁场理论建立过程中的研究方法异同点；了解简洁、对称、统一等哲学观念在建立科学理论中的作用；进一步理解“精确定量、客观可重复”科学方法的重大意义。

网上查阅杨振宁、李政道等科学家关于真理与美的哲学观念。

第四讲：奇妙的量子世界，扎实基础与重大突破讨论主题：统计因果律、守恒律的极限、扎实基础引领重大突破讲授原子模型、波粒二象性、物质波、不确定原理、微观粒子不可分辨等微观世界奇妙规律，了解从实验结果得出理论模型思维方法。

网上查阅爱因斯坦、玻尔和海森堡的生平介绍和学术成就，了解他们的思维方式和哲学观念。

第五讲：激光原理，超导现象及原理，条件好坏与成就大小讨论主题：创新思维方法、条件好坏与成就大小之辩证关系讲授激光的主要特性、原理及应用；超导电性的主要特性、原理及应用结合所在专业实际，思考“条件”与“成功”的辩证关系。

第六讲：晶体管原理，纳米物理基本思想，科学探索的魅力----不确定性讨论主题：模仿与被模仿；宇宙的奥秘是不可穷尽的？讲授晶体管的主要特性、原理及应用；讲授纳米介观物理的基本原理、主要特性及原理。

从哲学角度思考“宇宙奥秘有限性和无限性的辩证关系”。

第七讲：科学精神综述讨论主题：科学精神是一种文化；科学发展与环境讲述科学精神的基本内涵，包括严谨、创新、遵循客观规律、追求完美。

网上查阅国内外学术腐败的重大事件，思考倡导“创新、严谨”学风的重大意义。

第八讲：科学与人类文明讨论主题：科学有无国界？科学素养与大学生综合素质提高根据主讲者以前在国外的工作经历，介绍科学发展与人类文明、科学精神与个人素养、祖国未来与个人奋斗等话题。

思考提高现代大学生综合素养的重大意义。

第九讲：狭义相对论的基本原理及主要结论讨论主题：相对论时空观讲授相对论的基本原理及主要结论，相对论的时空观了解爱因斯坦的主要学术成就，比较相对论时空观与牛顿时空观的区别。

第十讲：广义相对论的基本原理、主要结论及预言讨论主题；科学与非科学的界线讲授广义相对论的基本原理、主要结论及预言，科学理论的构建模式了解狭义相对论成立的条件，建立广义相对论的必要性，科学理论的构建模式，理论与实验的关系等。

第十一讲：相对论的应用，爱因斯坦在建立相对论过程中的思维方式讨论主题：爱因斯坦的科学方法讲授孪生子效应，全球定位系统，爱因斯坦在建立相对论过程中的思维方式了解爱因斯坦在建立相对论过程中演绎法的作用和地位，以及与传统演绎法的区别第十二讲：物质结构--宇宙之砖讨论主题：有限与无限讲授原子的有核结构、夸克（Quark）模型、基本相互作用，中国科学家的贡献探讨如何将复杂的物理问题简单化，抓住主要因数，忽略次要因数，通过恰当地近似，找到不同体系中共同物理本质的方法。

第十三讲：基本相互作用的统一，原子能的利用讨论主题：能源与环境讲授相互作用的统一，对称性在构建理论中的作用，标准模型，中国相关实验的介绍，原子能及其应用了解能源和环境对于人类可持续发展的重要性，比较各种新能源或清洁能源的优势和不足第十四讲：宇宙及其演化讨论主题：科学理论的构建范式讲授传统的宇宙观及其不足，哈勃的发现，宇宙的起源，大爆炸模型的观察证明，宇宙的命运，宇宙学面临的问题阅读霍金著作《时间简史》或《果壳中的宇宙》；了解现代科学理论构建的不同范式，以及共同特点第十五讲：非线性物理，科学的认识论讨论主题：可知论与不可知论，混沌因果律讲授非线性系统及其普遍性，混沌，分形和可积系统，还原论 (Reductionism)和呈展论（Emergence)阅读相关文献，了解非线性的普遍性，理解人类对世界认识的局限性第十六讲物理学的未来，及其与社会的关系讨论主题：科学与社会了解科学对社会的多角度的影响，以及社会对科学研究的影响和制约附：时间表周次授课主题备注1 课程引言、天地运动、伽利略的科学方法论2课时2 波动光学，科学创新与否定2课时3 经典电磁场理论，热现象与分子运动，真理与美的关系2课时4 奇妙的量子世界，扎实基础与重大突破2课时5 激光原理，超导现象及原理，条件好坏与成就大小2课时6 晶体管原理，纳米物理基本思想，科学探索的魅力---不确2课时定性7 科学精神综述2课时8 科学与人类文明2课时9 狭义相对论的基本原理及主要结论，相对论的时空观2课时10 广义相对论的基本原理、主要结论及预言，科学理论的构2课时建11 相对论的应用，爱因斯坦在建立相对论过程中的思维方式2课时12 物质结构--宇宙之砖，有限与无限2课时13 基本相互作用的统一，原子能的利用，能源与环境2课时14 宇宙及其演化，科学理论的构建范式2课时15 非线性物理，科学的认识论，可知论与不可知论，混沌因2课时果律16 物理学的未来，及其与社会的关系2课时注：以上内容和时间安排将会根据学生的实际情况，课堂反馈以及当年度科技和社会热点问题的出现作适当调整。

五、参考教材及相关资料（1）盛正卯、叶高翔（著），《物理学与人类文明》，第二版，浙江大学出版社，2006年2月。

（2）伽利略(著），周煦良译，《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，北京大学出版社，2006年6月。

（3）牛顿（著），王克迪(译)，《自然哲学之数学原理》，北京大学出版社，2006年1月。

（4）赵凯华，罗蔚茵，《新概念物理教程. 力学》，高等教育出版社，2005年第2版。

（5）赵凯华，罗蔚茵，《新概念物理教程. 热学》，高等教育出版社，2005年第2版。

（6）赵凯华、陈熙谋，《新概念物理教程. 电磁学》，高等教育出版社，2006年第2版。

（7）赵凯华，《新概念物理教程. 光学》，高等教育出版社，2004年。

（8）赵凯华，罗蔚茵，《新概念物理教程. 量子物理》，高等教育出版社，2004年。

（9）倪光烔(著)，《改变世界的物理学》(第三版) ,复旦大学出版社, 2007年8月。

（10）罗杰.S.琼斯(著）,明然、黄海元译，《普通人的物理世界》，江苏人民出版社，1998年。