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指导物理类本科生毕业设计的一些尝试 郭立平刘传胜 (武汉大学物理科学与技术学院,湖北武汉430072) [摘要] 介绍了笔者在指导物理类大学本科生进行毕业设计工作中的一些思考和尝试。针对不同学生的毕业去向和个人兴趣,结合笔者的科研需要,提出毕业设计题目、研究目标和应当完成的基本任务。将毕业设计内容与毕业后继续攻读研究生学位相结合、与出国留学相结合、与参加工作的职业性质相结合,尽可能使学生获得基本的科研和技术训练,为毕业后尽快向所从事工作的顺利过渡打下基础。 [关键词] 毕业设计;学术研究;研究生学位;出国留学;职业发展 [中图分类号] [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634 (2012) 06-0049-03 0 引言 作为大学教学的最后一个综合性环节,毕业设计是学生极为重要的一个学习和训练过程。毕业设计的目的是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。对理工科学生而言,提高毕业设计的质量,是学生提高技术能力并获取初步科研能力的一个重要环节。不同的学生未来所面临的实际问题可能差别很大。据统计,近五年来,武汉大学物理科学与技术学院物理类专业的本科生毕业后约65%继续攻读研究生学位,20%的学生出国留学,其他学生参加工作。对这些毕业后不同去向的学生,在毕业设计阶段尽可能进行一些有针对性的科研和技术训练,对于学生毕业后尽快向工作过渡是很有意义的。笔者在2008年至2012年期间共指导了23名物理系本科毕业生作毕业设计,题目全部来自于所承担的科研项目,要求学生参加科研项目的某个部分或者环节。本文介绍了笔者在指导物理专业本科生进行毕业设计方面的一些思索、尝试和效果。 1 毕业设计内容与出国留学相结合 在笔者指导的本科生中,先后有多人被国外高校录取为研究生继续深造,如2009届学生徐水钢被香港科技大学录取,2012届学生周明亮被美国石溪大学录取。相对而言,国内高校的本科生在理论知识的学习上比较系统、深入,而动手能力的培养则比较薄弱;对传统知识的掌握比较牢固,而对学科前沿的最新动态则了解不多,专业知识面和学科视野不够宽广。对于这些即将出国深造的学生而言,国外的课程学习并不困难,比较困难的是研究能力的欠缺,因此尽快过渡并适应国外高校的研究工作显得比较迫切。在指导这些本科生毕业设计时,特别注意对文献调研能力和动手能力的锻炼。 在文献调研方面,要求学生做系统深入的国内外文献检索,完成对被国际权威数据库SCI和EI收录的英文论文的检索,特别是对本学科国际和国内主要专业期刊和国际顶级权威期刊的论文检索,获得所研究课题的最新文献和最权威文献,以及发展过程中的关键文献和早期的基础文献。在充分掌握文献的基础上,先阅读中文文献,后阅读英文文献,并在组内做文献阅读报告,进行文献讨论,帮助学生理解文献内容。在此基础上,撰写调研报告,并在组内做文献综述报告。通过完整的文献调研、大量的文献阅读、深入的文献讨论和系统的文献综述,学生不仅极大地开拓了视野,更重要的是大大提高了获取知识的能力,为日后快速适应国外研究生生活打下良好基础。 例如,2012届学生周明亮同学的毕业设计题目是《武汉大学离子枪一电镜联机装置》,所研究的装置是我国唯一的一台,目前国际上正在运行的类似装置总共只有不到十台。这种装置可以在离子辐照注入现场原位研究材料的微观结构变化过程,是研究离子束与物质相互的极富特色的稀有设备。该同学不仅对国际上现有装置进行了全面调研,而且调研了自1961年Pashley和Pre sland国际上首次报道利用80 kV透射电子显微镜原位观察Au的电子束辐照损伤以来至今50年来的全部类似装置。通过对该类装置发展历程的完整调研,对该类装置的技术特点、关键技术、技术难点、主要应用和未来发展趋势有了全面深入的了解,并提高了文献调研、阅读和综述能力。 对于动手能力的培养,往往有一个误区,就是培养学生仪器设备的操作能力。笔者认为,只会操作是不够的,而是更加强调对设备的结构、部件的加工、功能的改进、故障的排除等多方面的锻炼。例如,给周明亮同学的毕业设计任务是绘制工图、改进真空、调节离子光路、测量离子束流。首先要求该生对装置进行工程制图,这对一个从未接触过工程制图的学物理的学生来说有一定难度,但他去美国攻读研究生的研究方向会经常涉及制图问题。(毕业设计 )由于了解工程制图对其未来研究工作的重要性,该生积极自学,在1个月时间内就掌握了基本的电脑制图技术,并绘制了满足基本要求的图纸,包括该装置的主要部件:离子源、聚焦透镜、双偏转板、四刀狭缝、光阑、离子束与电镜接口和真空接口的图纸,以及按离子光路传输的实际几何布局进行组装的完整装置图纸。在绘制图纸过程中,利用装置出现故障的机会,拆开了装置并测量其中各部件的尺寸。通过这一过程,该生既培养了绘图能力,又对装置的原理有了更直观的理解,并为后面的装置改进和调试打下了基础。例如,加工并改进了聚焦器与偏转器之间的过渡板,提高了装置的真空度;用激光准直完成了离子传输光路的调整。在测束流时发现聚焦高压加不上去,出现打火现象,高压摇表测试发现聚焦透镜的中间圆筒与地之间电阻很低,于是判断中间圆筒出现故障,取下后发现果然是圆筒被击穿,处理后恢复正常。通过参与束流测试工作,获得满意的测量结果。通过这些绘图、加工、改进、反复拆装、多次测量、故障排除、反复调试等过程,在使学生能力得到锻炼的同时,也对实际科研中的物理实验研究所需要的'细致、坚持、创新等必备品质有了真切的体会。 2 毕业设计内容与攻读国内研究生学位相结合 在笔者所指导的本科毕业生中,有的学生考上或被保送到国内高校或研究单位攻读研究生学位,包括在笔者的指导下攻读博士学位和硕士学位。对于这样的学生,笔者将其毕业设计的研究内容与即将开始攻读研究生学位期间的研究内容紧密衔接起来,以利于学生尽快进入研究生阶段的学习。实际上,由于研究生一年级学位课程学习任务很重,很难有时间从事研究工作,大多数学生是在研究生二年级才开始真正有时间投入到科研中。因此,从大学四年级上学期修完本科学分到研究生二年级,留下了一年半的空档期。但是,如果在毕业设计期间能受到良好的科研训练,那么就有可能在读研究生一年级时在课程学习的同时就能进行一部分研究工作。按照这个思路对准备继续攻读研究生学位的本科毕业生进行比较深入的科研训练,取得了较好效果。例如,2008届本科毕业生李铁成考上了笔者的博士研究生,博士论文的研究方向是核技术在材料科学中的应用,包括同步辐射和离子注入技术。为此,布置给该生的本科毕业设计题目是《Si1-xMnx稀磁半导体的同步辐射研究》,任务是应用同步辐射X射线精细结构谱学(XAFS)对过渡金属Mn离子参杂硅所制备的磁性半导体进行局域结构分析。其学术背景是,稀磁半导体同时兼有铁磁性和半导体性质,是未来自旋电子学的关键材料,在材料如硅单晶中注入峰值浓度约1%的Mn即可产生铁磁性,因此掺入的少量Mn原子对磁性的产生起着决定性作用。与所有其他物理性质一样,此磁性的产生也起源于其结构的变化,因此,研究Mn原子周围的局域结构,对于了解铁磁性的产生机理可以提供关键的信息,而XAFS方法则是研究局域结构的独特技术。该生在本科专业课学习期间曾系统地学习过XAFS方法,但没有用该方法研究过实际问题。毕业设计期间,通过在磁性半导体中的实际应用,学习并熟练掌握了XAFS数据处理方法和软件,并通过对实际数据的处理和分析,不但获得了多个样品的掺杂原子局域结构结果,合理解释了其磁性的微观结构起源,而且加深了对这种特色实验方法的理解。进入研究生学习后,立即先后赴上海光源和北京同步辐射装置做XAFS实验测量,进一步熟悉了实验技术,并获取了新的实验数据。该生将本科论文和研究生期间补充的工作进行总结后,在国际专业期刊《Vacuum》上发表SCI论文一篇,顺利实现了本科毕业设计与研究生阶段研究工作的有机衔接。 3 毕业设计内容与参加工作相结合 笔者指导的毕业生中有一部分直接参加工作,他们毕业的主要去向是企业类用人单位,将主要从事与生产实际相结合的技术工作,而不是实验室里的基础研究。对这部分学生,如何使其尽快从大学课程学习过渡到实际工作,也是值得思考的问题。笔者在指导其进行毕业设计时,根据其毕业后实际的工作性质,有针对性地安排毕业设计内容和任务。同时,作为综合性大学的物理系学生,最基本的科研训练也是不可缺少的。例如,2008届毕业生周国芹同学毕业后将去华为公司从事软件开发,笔者给他的毕业设计题目是《低活化钢的穆斯堡尔谱学研究》,主要任务是应用专业软件MOSFUN和MBT对穆斯堡尔谱进行拟合分析。同时,要求完成厚度小于30微米的样品制备、穆斯堡尔谱测量和拟合结果的物理分析。该同学通过毕业设计掌握了穆斯堡尔谱的数据处理方法和专业软件的使用,对软件所采取的算法也有了比较深入的了解,这种训练对于其日后从事软件开发是有益的。 4 结束语 本文介绍了笔者在指导物理系本科生毕业论文方面的一些思考和尝试。主要是根据学生毕业后的去向有针对性地布置内容和任务,提高学生的文献调研能力、动手能力、数据处理能力、分析能力和科研论文写作能力,为尽快向毕业后工作的顺利过渡打下基础。通过毕业设计,有本科生作为第一作者在国际专业期刊上发表了SCI论文,有本科生作为第一作者获得了授权的实用新型专利,表明这些尝试获得了良好的效果。对于本科毕业生而言,虽然毕业设计只有短短的三个多月的时间,只占四年的大学学习时间的一小部分,然而却是大学学习的收官之作,是进行一些最基本的科研和技术训练的良机,值得不断地思考、探索和改进,为提高学生的科学和技术素质把好最后一关。
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我的就是《新技术在物理实验中的应用》
12月26日,学校教育实践活动领导小组办公室、校机关党委和校工会联合主办学校2013年八件实事群众问政会,邀请相关责任单位主要负责人报告工作,接受师生员工代表的质询和评议。房产管理处、基建管理处、总务长办公室
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物理学作为研究其他自然科学不可缺少的基础,其长期发展形成的科学研究 方法 已广泛应用到各学科当中。下面是我为大家整理的物理学博士论文,供大家参考。
《 物理学在科技创新中的效用 》
摘要:论述了X射线的发现,不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明,使微电子产业称雄20世纪,并促进信息技术的高速发展,物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出,使原子能逐步取代石化能源,给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明,使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明,将点亮整个21世纪.事实告诉我们,是物理学推动科技创新,由此得出结论:物理学是科技创新的源泉.昭示人们,高校作为培养人才的场所,理工科要重视大学物理课程.
关键词:X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理
1引言
物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3],其内容广博、精深,研究方法多样、巧妙,被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现:其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成,同时,其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此,大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照 教育 部颁发的相关文件要求[4-5],大学物理课程最低学时数为126学时,其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时,其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示,众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子,大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时,如今,大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时,远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学,有的要求只讲热学,有的则要求只讲电磁学,…面对这种情况,大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程 报告 论坛》上获悉,这不是个别学校的做法,在全国具有普遍性.殊不知,力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系,相互联系,缺一不可.这种以消减教学内容为代价,解决课时不足的做法,就如同削足适履,是对教育规律不尊重,是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课,只论及物理学是科技创新的源泉这一命题,以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.
2物理学是科技创新的源泉
且不说力学和热力学的发展,以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命,欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展,以电动机为标志引发了第二次工业革命,欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国,使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用,从而得出结论:物理学是科技创新的源泉.1895年,威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线,这种射线在电场、磁场中不发生偏转,穿透能力很强,由于当时不知道它是什么,故取名X射线.直到1912年,劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅,确定它是一种光波,波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖,他发现的X射线开创了医学影像技术,利用X光机探测骨骼的病变,胸腔X光片诊断肺部病变,腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像,CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像,它可以清楚地展示被检测部位的内部结构,可以准确确定病变位置.当今,各医院都设置放射科,X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年,威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6,P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数,α为入射光与晶面夹角,λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构,创立了X射线晶体结构分析这一学科,布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今,X射线衍射仪不仅在物理学研究,而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用,所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪,它是研究物质结构的必备仪器.1907年,威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子,电子质量me=×10-31kg,电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年,美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时,发现Ge晶体具有放大作用,发明了晶体三极管,很快取代电子管,随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年,美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年,英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上,制成世界上第一个微处理器.80年代末,芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活,微电子技术称雄20世纪,进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看,发现电子厂比比皆是,这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性,还具有荷磁性.
1925年,乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说,每个电子都具有自旋角动量S轧,它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值,Sz=±h2;电子具有荷磁性,每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪,直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中,材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变,其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合,不加磁场时电阻率大,当外加磁场时,相邻铁磁层的磁矩方向排列一致,对电子的散射弱,电阻率小.利用磁性控制电子的输运,提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR),磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率,ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注,1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理,研制出“新型读出磁头”,此前的磁头是用锰铁磁体,磁电阻MR只有1%-2%,而新型读出磁头的MR约50%,将磁盘记录密度提高了17倍,有利于器件小型化,利用新型读出磁头的MR才出现 笔记本 电脑、MP3等,GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年,Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%,称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR),钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻,在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景,引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而,CMR效应还没有得到实际应用,原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场,问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年,爱因斯坦提出[13]:“就一个粒子来说,如果由于自身内部的过程使它的能量减小了,它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小,△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径:“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论,1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争,1945年8月6日和9日,美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹,迫使日本接受《波茨坦公告》,于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用,1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年,美国有104座核电站,核电站发电量占本国发电总量的20%,法国有59台机组,占80%;日本有55座核电站,占30%.截至2015年4月,我国运行的核电站有23座,在建核电站有26座,产能为千兆瓦,核电站发电量占我国发电总量不足3%,所以我国提出大力发展核电,制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用,一方面减少了化石能源的消耗,从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放,另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量,受控核聚变正在研究中,若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时,能源危机彻底解除.
20世纪最杰出的成果是计算机,物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来,经历了第一至第五代,计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步,依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料,随着物理学的进步,磁性材料的性能越来越高,计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉,中科院强磁场中心、中科院物理所等,正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构,将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小,ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管,量子力学指导着研究电子器件大小的极限,光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.
1916年,爱因斯坦提出光受激辐射原理,时隔44年,哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好,相干性好,方向性好和亮度高等特点,在医疗、农业、通讯、金属微加工,军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述,只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等,激光加工技术具有突出特点:不接触加工工件,对工件无污染;光点小,能量集中;激光束容易聚焦、导向,便于自动化控制;安全可靠,不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小,割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年,仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币,其中激光加工设备销售额达215亿人民币.
2014年,诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家,是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED),帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于,在三基色红、绿、蓝中,红光LED和绿光LED早已发明,但制造蓝光LED长期以来是个难题,他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED,这样三基色LED全被找到了,制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低,耗能不到普通灯泡的1/20,全世界发的电40%用于照明,若把普通灯泡都换成LED灯,全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov),因发明石墨烯材料,获得诺贝尔物理学奖.目前,集成电路晶体管普遍采用硅材料制造,当硅材料尺寸小于10纳米时,用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外,石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好.因此,石墨烯被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业革命[14].2012年,法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(),在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法,使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].
2013年,由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年,我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作,提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系,薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,电子自旋向上的在一个跑道上,自旋向下的在另一个跑道上,犹如在高速公路上,它们在各自的跑道上“一往无前”地前进,不产生电子相互碰撞,不会产生热能损耗.通过密度集成,将来计算机的体积也将大大缩小,千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此,这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明,都会开辟一块新天地,带来产业革命,推动社会进步,创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史,可以看出物理学是科技创新的源泉.
3结语
论述了X射线,电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用,自然得出结论,物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看,美国的著名大学非常注重大学物理,加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540,英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨,以他们的数学与应用数学为例,大一开设:力学与热学80学时,大学物理—基础实验54学时;大二开设:电磁学80学时,光学与原子物理80学时,大学物理—综合实验54学时;大三开设:理论力学60学时,大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天,高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.
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《 应用物理学专业光伏技术培养方案研究 》
一、开设半导体材料及光伏技术方向的必要性
由于我校已经有材料与化学工程学院,开设了高分子、化工类材料、金属材料等专业,应用物理、物理学专业的方向就只有往半导体材料及光伏技术方向靠,而半导体材料及光伏技术与物理联系十分紧密。因此,我们物理系开设半导体材料及光伏技术有得天独厚的优势。首先,半导体材料的形成原理、制备、检测手段都与物理有关;其次,光伏技术中的光伏现象本身就是一种物理现象,所以只有懂物理的人,才能将物理知识与这些材料的产生、运行机制完美地联系起来,进而有利于新材料以及新的太阳能电池的研发。从半导体材料与光伏产业的产业链条来看,硅原料的生产、硅棒和硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏发电系统的运行等,这些过程都包含物理现象和知识。如果从事这个职业的人懂得这些现象,就能够清晰地把握这些知识,将对行业的发展起到很大的推动作用。综上所述,不仅可以在我校的应用物理学专业开设半导体材料及光伏技术方向,而且应该把它发展为我校应用物理专业的特色方向。
二、专业培养方案的改革与实施
(一)应用物理学专业培养方案改革过程
我校从2004年开始招收应用物理学专业学生,当时只是粗略地分为光电子方向和传感器方向,而课程的设置大都和一般高校应用物理学专业的设置一样,只是增设了一些光电子、传感器以及控制方面的课程,完全没有自己的特色。随着对学科的深入研究,周边高校的互访调研以及自贡和乐山相继成为国家级新材料基地,我们逐步意识到半导体材料及光伏技术应该是一个应用物理学专业的可持续发展的方向。结合我校的实际情况,我们从2008年开始修订专业培养方案,用半导体材料及光伏技术方向取代传感器方向,成为应用物理学专业方向之一。在此基础上不断修改,逐步形成了我校现有的应用物理专业的培养方案。我们的培养目标:学生具有较扎实的物理学基础和相关应用领域的专业知识;并得到相关领域应用研究和技术开发的初步训练;具备较强的知识更新能力和较广泛的科学技术适应能力,使其成为具有能在应用物理学科、交叉学科以及相关科学技术领域从事应用研究、教学、新技术开发及管理工作的能力,具有时代精神及实践能力、创新意识和适应能力的高素质复合型应用人才。为了实现这一培养目标,我们在通识教育平台、学科基础教育平台、专业教育平台都分别设有这方面的课程,另外还在实践教育平台也逐步安排这方面的课程。
(二)专业培养方案的实施
为了实施新的培养方案,我们从几个方面来入手。首先,在师资队伍建设上。一方面,我们引入学过材料或凝聚态物理的博士,他们在半导体材料及光伏技术方面都有自己独到的见解;另一方面,从已有的教师队伍中选出部分教师去高校或相关的工厂、公司进行短期的进修培训,使大家对半导体材料及光伏技术有较深的认识,为这方面的教学打下基础。其次,在教学改革方面。一方面,在课程设置上,我们准备把物理类的课程进行重新整合,将关系紧密的课程合成一门。另一方面,我们将应用物理学专业的两个方向有机地结合起来,在光电子技术方向的专业课程设置中,我们有意识地开设了一些课程,让半导体材料及光伏技术方向的学生能够去选修这些课程,让他们能够对光伏产业的生产、检测、装备有更全面的认识。最后,在实践方面。依据学校资源共享的原则,在材料与化学工程学院开设材料科学实验和材料专业实验课程,使学生对材料的生产、检测手段有比较全面的认识,并开设材料科学课程设计,让学生能够把理论知识与实践联系起来,为以后在工作岗位上更好地工作打下坚实的基础。
三、 总结
半导体材料及光伏行业是我国大力发展的新兴行业,受到国家和各省市的大力扶持,符合国家节能环保的主旋律,发展前景十分看好。由于我们国家缺乏这方面的高端人才和行业指挥人,在这个行业还没有话语权。我们的产品大都是初级产品或者是行业的上游产品,没有进行深加工。目前行业正处在发展的困难时期,但也正好为行业的后续发展提供调整。只要我们能够提高技术水平和产品质量,并积极拓展国内市场,这个行业一定会有美好的前景。要提高技术水平和产品质量,就需要有这方面的技术人才,而高校作为人才培养的主要基地,有责任肩负起这个重任。由于相关人才培养还没有形成系统模式,这就更需要高校和企业紧密联系,共同努力,为半导体材料及光伏产业的人才培养探索出一条可持续发展的光明大道,也为我国的新能源产业发展做出自己的贡献。
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为贯彻落实党的十九大精神,培养高素质教师队伍,按照国家教育事业发展“十三五”工作要求,推进教师教育质量保障体系建设,提高师范类专业人才培养质量,教育部开展普通高等学校师范类专业认定活动,颁发《普通高等学校师范类专业认证实施办法(暂行)》教育专业认证标准规定,“课程内容要注重基础性、科学性、实践性,将社会主义核心价值观、教师教育有机融入课堂教学。可以选择优秀的教材,吸收学科前沿知识,引进课程改革和教学研究的最新成果,优秀的中学教育教学案例,根据师生的学习情况及时更新和完善课程内容。”为了辅助高中师范专业认证,现为大家推出优秀的师范类物理教材。《中学物理教学概论(第四版)》作者:阎金铎郭玉英ISBN:978-7-04-050485-9定价: 元简介:本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,是在阎金铎、郭玉英主编《中学物理教学概论》 (第三版)的基础上,根据当前高等师范院校物理教育专业职前教师培养的需要,经过大幅删减、重组改编而成。本书在将原书理论结合实际特色的基础上,对内容和结构进行了重新设计。全书共分十二章,系统论述了中学物理教学的目标、物理教学的内容、过程与原则、物理教学的模式、方法与策略、物理教学资源的开发与利用、中学物理教学设计、中学物理的实验、概念、规则、练习、复习、实践活动教学、中学物理教学评价等内容本书既可作为高等师范院校教材,也可作为师范专科学校、教育学院、函授、自学教材,对中学物理教师等也有一定的参考价值。《中学物理教学法(第三版)》作者:许国梁原著,陶洪修订ISBN:978-7-04-049360-3定价: 元内容:本书根据许国梁主编《中学物理教学法(第二版)》修订。改编时借鉴了大量国内外相关新书,引入了近10年中学物理教学研究的新成果,基本反映了中学物理教学法的现状。另外,为了便于教学,在内容体系的配置上也进行了一些调整。本书从师范生毕业上岗工作要求出发,从“实战”出发,注重教育教学理论与实际技能的结合,力求通过提高师范生的综合素质,提高他们的教学实际能力。通过教育行为,体现先进的教育理念、较强的教育能力、扎实的基础和广博的知识面。本书既可作为高等师范院校教材,也可作为师范专科学校、教育学院、函授、自学教材,对中学物理教师等也有一定的参考价值。《物理教育学教程》作者:李来政何雄智等ISBN:978-7-04-044222-9定价: 元简介:为了贯彻《国家中长期教育改革与发展规划纲要》的精神,本书是在《现代基础物理教育学》出版的基础上编写的,试图建立物理学学科教育学新体系。首先,本书从教育本质——名育人出发,力求通过基础物理教育,培养德、智、体、美全面发展的具有创新意识的人才。其次,本书要贯彻基础物理教育从社会需要出发,服务社会,服务基础教育的精神。再次,本书从物理学科的特点出发,构建了物理学科教育学的新体系。本书运用物理专业知识和技能对学生进行教学,使学生了解物理世界的本质是物质的,物理规律是运动、发展、变化的,物理研究方法是实验的、实证的、严格辩证的,物理研究的态度是求真务实的。这样才能使学生接受科学发展观、科学价值观、科学思想品质教育和科学技能培训、美育与健康教育,实现铸造者灵魂工程的目标。本书既可作为高等师范院校教材,也可作为师范专科学校、教育学院、函授、自学教材,对中学物理教师等也有一定的参考价值。《中学物理教材分析》作者:魏华王运淼杨清源ISBN:978-7-04-045965-4定价: 元内容提要:本书从教学实践出发,以提高中学物理教学质量为主旨,以提高中学生物理学科核心素养为目的,主要说明如何分析中学物理教材,其内容有理论层面的解读和详细的具体案例分析。本书的主要内容包括如何进行教材体系和逻辑结构的分析,如何进行教材重、难点的分析,如何通过分析确定教学目的和教学要求等,其中涉及的案例以高中物理教学为主。本书是为首都师范大学物理系师范特色班本科生编写的选修课教材。对于新入职的中学物理教师、中青年物理教师来说,本书是一本非常有益的参考书。《中学物理听课评课》作者:王运淼杨清源魏华ISBN:978-7-04-048830-2定价: 元内容提要:本书从教学实践出发,以提高中学物理教学质量为主旨,以发展中学生物理学科核心素养为目的,主要讲解如何听课评估,有理论层面的解读和详细的具体案例分析。本书主要内容包括“中学物理教师专业发展”“课堂与评估课以促进教师专业发展为目的”“新进中学物理教师如何上课堂与评估课”,概念课、规则课、实验课、应用课、复习课、习题课等10门物理课的实录本书是为首都师范大学物理系师范特色班本科生编写的选修课教材。对于新入职的中学物理教师、中青年物理教师来说,本书是一本非常有益的参考书。《中学物理教学设计》作者:杨清源王运淼魏华ISBN:978-7-04-046320-0定价: 元内容提要:作者从教学实践出发,以提高中学物理教学质量为主旨,以提高中学生物理学科核心素养为目的,主要讲解如何进行中学物理教学设计,有理论层面的解读和详细的具体案例分析。本书的主要内容包括如何搞好初中物理中最常见的概念课、规则课、探究课、复习课等重要课型的教学设计,以及如何讲好课程,其中涉及的案例以高中物理教学内容为主。本书是为首都师范大学物理系师范特色班本科生编写的选修课教材。对于新入职的中学物理教师、中青年物理教师来说,本书是一本非常有益的参考书。《中学物理课堂教学》作者:王运淼魏华杨清源ISBN:978-7-04-045966-1定价: 元简介:本书从教学实践出发,以提高中学物理教学质量为主旨,以提高中学生物理学科核心素养为目的,主要说明如何展现物理课堂教学的魅力,其内容有理论层面的解读和详细的具体案例分析。本书的主要内容包括:高中物理目标、高中物理课的科学性和艺术性、在物理课中培养学生的自主学习能力。本书是为首都师范大学物理系师范特色班本科生编写的选修课教材。对于新入职的中学物理教师、中青年物理教师来说,本书是一本非常有益的参考书。《中学物理实验研究》作者:彭梦华ISBN:978-7-04-044967-9定价: 元内容提要:本书是师范院校物理系教材教法课系列教材之一。作者总结了多年来中学物理教学中实验教学的内容,对实验涉及的实验器材、实验内容、实验与教学的结合以及物理实验中的创新问题进行了较为深入的研究。本书有许多实验设计实例和在物理教学中应用演示实验的实例,为学生学习物理实验教学的方法提供参考。本书既可作为师范院校物理系学生的教材,也可作为中学物理教师物理教学的参考资料。教师将书中介绍的实验方法应用于教学实践中,可以更好地完成教学工作。自考/成考有疑问、不知道自考/成考考点内容、不清楚当地自考/成考政策,点击底部咨询官网老师,免费领取复习资料:
物理教学 毕业 论文题目有哪些?物理教学论文主要是写作一些教学 经验 和教学研究成果,再以论文的形式写作出来。下面我给大家带来物理教学类毕业论文题目选题推荐,希望能帮助到大家!
物理教学毕业论文题目
1、 初中物理“思维型”课堂教学及其对学生创新素质的影响研究
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19、 微课在初中物理教学中的应用研究
20、 高中物理走班制分层教学实践探索
21、 “主体活动探究式”物理课堂教学模式的理论与实践初探
22、 现代信息技术和大学物理教学的整合
23、 大学物理实验探究教学设计研究
24、 新课程背景下物理教学有效性研究
25、 中学“物理情景与提出问题”教学模式研究
26、 物理自主探究教学模式的理论与实践研究
27、 信息技术与高中物理教学的整合
28、 初中物理教学中培养学生提出问题能力的研究
29、 中学物理教学中问题情境创设的研究
30、 高中物理网络教学模式的探索与实践
31、 高中物理实验探究式教学的实验研究
32、 基于交互式Flash技术的网络虚拟大学物理实验的探索与实践
33、 物理教学中渗透物理学史 教育 的模式研究
34、 在物理教学中实现有效教学的策略研究
35、 工科大学物理实验开放性教学的探索与实践
36、 多媒体计算机辅助中学物理课堂教学研究与探索
37、 课堂教学中培养学生的物理创造性思维能力探讨
38、 初中物理课堂教学生活化的研究
39、 物理教学中运用问题教学法 提高学生的 创新思维 能力
40、 在中学物理教学中开展科学方法教育
41、 初中物理探究性教学模式研究
42、 中学物理模型教学的理论与实践研究
43、 对话物理教学及物理教师的角色定位
44、 论中学物理概念教学
45、 论建构主义视野中的物理教学过程
46、 在中学物理教学中加强科学素养培养的研究
47、 中职物理教学中渗透STS教育的研究
48、 中学物理探究式教学的实践研究
49、 “历史探究模式”下的物理概念教学研究
50、 中学物理教学中加强学生创新能力培养的探究
51、 高中物理网络教学中的教学要素及其作用分析
52、 如何运用多媒体优化初中物理概念教学
53、 中等专业学校物理教学现状及其对策研究
54、 成长档案袋评价方式在物理教学中的应用
中学物理论文题目
1、 中学物理教材的重难点内容表达方式的研究
2、 关于中学物理学习中学生素质培养之设想
3、 中学物理学习中互动作用的深入研究
4、 通过力学教学实现中学物理到大学物理的良好过渡
5、 一类变分问题在中学物理课外教学中的尝试
6、 在中学物理知识结构化中锻造学生核心素养
7、 浅谈中学物理探究教学的策略
8、 物理模型在中学物理教学中的作用研究
9、 浅谈中学物理学习中创造性思维的障碍与对策
10、 中学物理知识在甜樱桃保鲜中的应用
11、 浅谈中学物理教学中的“骆驼教学法”
12、 中学物理良性学习习惯的现状调查及分析
13、 函数图像法在中学物理中的应用
14、 中学物理异课同构教研活动设计研究
15、 中学物理教学中缄默知识的应用研究
16、 中学物理教学对大学物理教学的影响——以安阳师范学院为例
17、 物理实验在中学物理教学中的地位和作用
18、 中学物理活动教学的设计研究
19、 中学物理课堂环境评价量表的实证检测
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21、 几何画板在中学物理教学中的应用
22、 引导式 反思 :将HPS教育融入中学物理教学的方式
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24、 我国中学物理教育研究的进展与趋势——基于中国知网的文献计量学研究
25、 国际科学教育坐标中的我国中学物理教育研究:基于文献计量学的国际比较研究
26、 中学物理实验技能的评价研究
27、 中学物理教学中激发学生学习动机的策略研究
28、 突破中学物理教学难点的策略
29、 探究中学物理课堂的实际案例中如何引入新的教学模式
30、 中学物理“微实验”创设的价值思考
31、 中学物理实验教学的新思考
32、 提高中学物理教师信息技术应用技能的策略
33、 高师本科物理专业中学物理教学能力培养目标体系的研究
34、 刍议中学物理教科书中的举例说明题
35、 中学物理教学的问题情境创设
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37、 以藏族 文化 生活为例,开发藏区中学物理课程实验资源
38、 贯通大中学物理综合能力培养的物理学术竞赛教学模式
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44、 浅谈提高中学物理低成本实验教学的有效性
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物理教学类论文最新题目
1、初中物理教学中分层教学的实践与探索
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22、基于原始物理问题的初中物理教学初探
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27、新课改下初中物理教学中的合作探究模式探析
28、浅谈高中物理教学中学生自主学习意识的培养
29、高中物理教学中问题情境的创设
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35、微课在中学物理教学中的应用
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37、初中物理教学中合作 学习方法 的有效应用
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43、互联网时代微课在初中物理教学中的应用研究
44、浅析探究性学习模式在高中物理教学中的应用
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46、实验室在高中物理教学中的实践与思考
47、浅谈初中物理教学与信息技术的整合
48、浅谈"项目学习"法优化初中物理教学的策略
49、新课程改革下初中物理教学方式的转变探讨
50、在高中物理教学中落实情感态度与价值观的策略
51、浅谈高中物理教学与数学知识的融合
52、试论物理教学中的"创新教育"
53、运用现代信息技术促进中职物理教学改革研究
54、普通高中差异化物理教学的理论与实践
55、高中物理教学中如何提升教学有效性的几点思考
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首先,题目不能太大。其实,题目太大以后,往往会因力不从心,容易失败。这里的"太大"是指:研究的问题"外延"太大,几乎是无所不在其中--不是概论、就是原理、不是数学、就是物理!这种文章表面上看起来很大气,可往往给人言之无物、华而不实之感。同样地,如果选择的题目太小了,则显得轻而易举,不费力气,也不利提高。当然 ,题目的大小,当然也不是绝对的,大题可以小作,小题可以大作。关键还在于如何确定具体的论证角度。一般来说,大题目写起来容易空泛,这往往是由于学力不足,无法深入,写少了象蜻蜒点水,如浮光掠影;写多了则显得又臭又长。相反,如果抓住一个重要的小题,能够深入本质,切中要害,从各个方面把它说深说透,有独到的新见解,那论文就一定有份量。在选题时一般要注意:它的实用性、互异性、准确性、突破性等等三、 材料要充分选材是否合理是文章成败的关键。写论文从整体构思,到题目确定,到论证过程等等,都不能离开选材--客观的资料。选材的目的,是采众家之长,成一已之见。因而,必须注意以下几个方面问题:如何确立论点 即通过资料的收集、汇总、整理,把与自己的想法吻合的论点、论据、论证方法等挑选出来,并且从新的视角,予以新的观察。如何独树一帜同类资料中,不同作者自有其不同的阐述与见解,我们可以把其中富有个性的典型论据、体现各自特点的合理论证,摘录出来,从而为自己独树一帜提供保证。如何表现自我不少文章大同小异,因而,有关资料内容的交叉争议之点,往往也是文章的价值所在,关键之处。如果我们注意把这方面的资料整理出来,对于形成自己的主见,确定文章的论证角度和发展方向,则大有裨益。如何精耕细作不少文章由于种种原因,原作者只是提出了问题。并未作详细而中肯回答。如将文中略写部分归拢在一起,加以扩充分析,我们会从中受到启发,从而修正原有的选题方向,对问题作出定向、定度的思考和研究。总而言之,选材时,一定要注意不去作大而无当的联系和比较。必须有选择、有重点地找一些与我们的论点有关的东西来作对比研究,以便从中提炼出自己的见解。四、 思路要清晰在写论文之前,我们不妨先拟好一个写作提纲,如有可能最好是来一个初稿,然后再动手。提纲可以帮助我们树立全局观,从整体出发,去检验每一个细节所占的地位,所起的作用,展现相互间的逻辑联系是否得当,各个部分之间的比例是否和谐,每一个部分、每一环节是否都是为全局所需要,是否丝丝入扣,配合默契,是否都能为主题服务……初稿提纲只是论文的大致轮廓,不可能对每一细节都考虑周密完善,因而可以先写一个初稿。有了它,很可能发现原来提纲中某些设想有不恰当之处,这时就应加以调整或修改;对于有错误的论点、论据,或发现新的论点、论据,还应及时抽掉与增补,使之逐步完善。初稿的写作通常有两种写法:(一)、按提纲的顺序分段进行,它可以便文章的格调、风格前后保持一致,前后衔接紧凑、自然,避免旁逸斜出,防止语言、文字上的重复;(二)、按内容的熟悉程度分段进行,这种写法有利于作者积极思考,便于捕捉创作的灵感。五、 表达要准确修改--论文的后期制作。反复推敲出佳句,精心修改得华章。只有反复推敲和字斟句酌,文章才会显得具体、准确、生动,才能恰如其分地表述自己的教育、教研成果。修改的范围可大可小,既可以来一个"亡羊补牢"--是发现什么问题,修改什么问题,通过材料的增删,使文章血肉丰满,使观点立之牢固,并与材料达到和统一;又可以"彻头彻尾"--发现问题,该舍就舍、该去则去,决不估息。在内容上包括修改观点,修改材料,在形式上包括修改结构,修改语言等。修改观点在初稿形成后,要再看一看全文的基本观点是否正确,说明它的若干个从属论点,是否有失偏颇、带有片面性或表述得欠准确;同时还要关注一下自己的观点是否与别人类似或雷同,有无创意与新意等等。修改结构从结构上来看,不仅要求论点、论据、论证三者关系处置得当、层次分明、脉络清楚,能使主题内容得到顺畅合理的表达,还要求文章的开头、结尾、段落、层次、过渡、照应、主次、详细等各个环节合理紧凑。修改语言 要在语言的准确性、学术性、可读性等方面下功夫,文字力求准确、精炼、简洁、专业,努力做到字字珠玑、句句充实。文章的最后衷心祝愿:每一位读者都成为锦绣文章的主人! ——发表吧
直接去参考下这类的期刊文献,像应用物理,现代物理、生物物理学等这些吧