前言
本專業(yè)中學(xué)生主要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)學(xué)的基本理論和基本知識(shí),深受進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及教育理論與實(shí)踐的基本訓(xùn)練,初步具備進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)基本理論及其應(yīng)用研究的能力、從事數(shù)學(xué)教學(xué)和教學(xué)研究的基本能力。
我系規(guī)定數(shù)學(xué)學(xué)專業(yè)概論課程第一學(xué)年開辦教學(xué)總時(shí)間定為10課時(shí),全部為理論。中學(xué)生應(yīng)該通過(guò)聽課,熟悉我院的該專業(yè)的設(shè)置情況,了解和把握數(shù)學(xué)學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),專業(yè)的主要課程及互相關(guān)系,把握學(xué)習(xí)該專業(yè)的主要方式,為之后學(xué)習(xí)各門課程做好打算。
按照上述教學(xué)內(nèi)容,我們制定了數(shù)學(xué)學(xué)專業(yè)總論的教學(xué)大綱,供四年制數(shù)學(xué)學(xué)專業(yè)中學(xué)生教學(xué)使用。
第一章數(shù)學(xué)學(xué)概述
第一節(jié)哪些是數(shù)學(xué)學(xué)
目的:重點(diǎn)介紹數(shù)學(xué)學(xué)的概念、研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
一、什么是數(shù)學(xué)學(xué)
二、物理學(xué)研究對(duì)象
三、物理學(xué)研究?jī)?nèi)容
第二節(jié)數(shù)學(xué)學(xué)發(fā)展的歷史回顧
目的:重點(diǎn)介紹數(shù)學(xué)學(xué)的發(fā)展歷史,了解化學(xué)學(xué)的狀況。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
一、物理學(xué)的萌芽時(shí)期。
二、經(jīng)典數(shù)學(xué)學(xué)時(shí)期
三、現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)時(shí)期
第二章專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程介紹
第一節(jié)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)
目的:通過(guò)介紹我校的人才培養(yǎng)定位,專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),讓中學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)該專業(yè)的重要性。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
一、我校概況介紹
二、我校的人才培養(yǎng)定位。
三、物理系的歷史和現(xiàn)況介紹
四、物理學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)
本專業(yè)中學(xué)生主要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)學(xué)的基本理論和基本知識(shí),深受進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及教育理論與實(shí)踐的基本訓(xùn)練,初步具備進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)基本理論及其應(yīng)用研究的能力、從事數(shù)學(xué)教學(xué)和教學(xué)研究的基本能力。
結(jié)業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力:
1.具有化學(xué)學(xué)科的基本理論、基本知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)研究的初步能力;
2.把握物理的基本理論和基本技巧,具有較高的物理修養(yǎng);
3.把握和運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù),非常是多媒體、網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)的能力;
4.熟悉教育法規(guī),把握并才能初步運(yùn)用教育學(xué)、心理學(xué)基礎(chǔ)理論,具有良好的班主任職業(yè)道德素質(zhì)和從事化學(xué)學(xué)教學(xué)的基本能力;
5.了解化學(xué)學(xué)的前沿理論、應(yīng)用前景及發(fā)展動(dòng)態(tài),以及化學(xué)學(xué)教學(xué)的新成果原子物理學(xué)楊福家第五版,具有一定的創(chuàng)造能力和自學(xué)能力;
6.把握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本技巧,具有初步的科學(xué)研究和實(shí)際工作能力
第二節(jié)專業(yè)課程介紹
目的:通過(guò)對(duì)本專業(yè)各門課程及其之間的互相關(guān)系的介紹,使中學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解各門課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容和方式。
學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
主要課程:高等物理、數(shù)學(xué)化學(xué)方式、力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子化學(xué)學(xué)、理論熱學(xué)、熱力學(xué).統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)、量子熱學(xué)、電動(dòng)熱學(xué)、固體化學(xué)學(xué)、物理教學(xué)論,學(xué)?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)技能基本訓(xùn)練。其中高等物理、數(shù)學(xué)化學(xué)方式兩門課程為我們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)學(xué)提供物理工具,熱學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子化學(xué)學(xué)是普通數(shù)學(xué)學(xué)的五個(gè)分支,而熱力學(xué).統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)、量子熱學(xué)、電動(dòng)熱學(xué)就是我們的四大熱學(xué),數(shù)學(xué)教學(xué)論,學(xué)?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)技能基本訓(xùn)練兩門課程為我們的中學(xué)生之后從事高中教育事業(yè)做打算。
(一)普通化學(xué)學(xué)的五大分支
1、《力學(xué)》是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科。在精典熱學(xué)中,通常把熱學(xué)分為運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)三部份。運(yùn)動(dòng)學(xué)研究物體位置隨時(shí)間變化的各類情況,動(dòng)力學(xué)研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體的互相斥力之間的關(guān)系,靜力學(xué)研究在力的作用下物體獲得平衡的問(wèn)題。《力學(xué)》是學(xué)習(xí)普通數(shù)學(xué)學(xué)的起始課程,對(duì)后繼數(shù)學(xué)學(xué)諸學(xué)科課程具有奠基作用。
2、《熱學(xué)》是普通數(shù)學(xué)學(xué)重要的一門基礎(chǔ)課。力學(xué)是研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科,它是數(shù)學(xué)學(xué)的一個(gè)重要組成部份;是以物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)與其他運(yùn)動(dòng)方式之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律為其研究對(duì)象的一門科學(xué)。力學(xué)理論在熱機(jī)制造、化學(xué)、冶金、氣象學(xué)的研究,以及原子反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)上,都有重要的應(yīng)用。對(duì)熱現(xiàn)象的研究有兩種理論和技巧:即熱力學(xué)技巧和統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)技巧。一為宏觀方式和宏觀理論,一為微觀方式和微觀理論。兩者相輔相成。
3、《電磁學(xué)》是普通數(shù)學(xué)學(xué)又重要的一門基礎(chǔ)課。它主要研究由電荷、電流形成電場(chǎng)、磁場(chǎng)的規(guī)律,電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系;電磁場(chǎng)對(duì)電壓、電荷的作用,以及電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的各類效應(yīng)等。
4、《光學(xué)》是數(shù)學(xué)學(xué)的一個(gè)重要學(xué)科分支,它研究的內(nèi)容非常廣泛:包括光的發(fā)射、傳播和接收的規(guī)律,光與其他物質(zhì)的互相作用,光的本質(zhì)及光在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。主要包括:(1)幾何光學(xué):在光的傳播的幾個(gè)基本實(shí)驗(yàn)定理的基礎(chǔ)上,用幾何學(xué)方式研究光線方向的變化;(2)數(shù)學(xué)光學(xué):研究光的本質(zhì),即討論光的波粒二象性?;瘜W(xué)光學(xué)可分為波動(dòng)光學(xué)(研究光的波動(dòng)本性,包括光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象),量子光學(xué)(研究光在與其他物質(zhì)互相作用時(shí)表現(xiàn)出的粒子性),現(xiàn)代光學(xué)(是20世紀(jì)中葉新興的光學(xué)分支)。
5、《原子化學(xué)學(xué)》是關(guān)于研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的一門科學(xué),它包括原子化學(xué)學(xué)、原子核化學(xué)學(xué)和粒子化學(xué)學(xué)三部份。原子化學(xué)學(xué)就是研究原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及有關(guān)問(wèn)題,它主要研究:原子的電子結(jié)構(gòu);原子波譜;原子之間或與其他物質(zhì)的碰撞過(guò)程和互相作用。原子化學(xué)學(xué)的發(fā)展對(duì)激光技術(shù)的形成和發(fā)展,做出過(guò)很大的貢獻(xiàn)。激光出現(xiàn)之后,用激光技術(shù)來(lái)研究原子化學(xué)學(xué)問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)精度有了很大提升,因而又發(fā)覺了好多新現(xiàn)象和新問(wèn)題;原子核化學(xué)學(xué)一方面是對(duì)原子核的結(jié)構(gòu)、核力、核反應(yīng)等問(wèn)題的研究,另一個(gè)方面是原子能和放射性的應(yīng)用;粒子化學(xué)學(xué),又稱高能化學(xué)學(xué),它是研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì),和在很高能量下這種物質(zhì)互相轉(zhuǎn)化及其形成緣由和規(guī)律的數(shù)學(xué)學(xué)分支。
(二)理論化學(xué)四大熱學(xué)
理論化學(xué)四大熱學(xué)由傳統(tǒng)的《理論熱學(xué)》、《電動(dòng)熱學(xué)》、《量子熱學(xué)》和《熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)》組成,它是大專生在普通數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步把感性認(rèn)識(shí)提升到理智認(rèn)識(shí)而必須學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論課程,在數(shù)學(xué)系專科生的基礎(chǔ)課教學(xué)中占有核心的地位。理論化學(xué)學(xué)本身具有概念具象、數(shù)學(xué)工具覆蓋范圍廣的特性,其中理論熱學(xué)以剖析熱學(xué)為核心,以完美的理論體系描述了粒子的機(jī)械運(yùn)動(dòng),同時(shí)也為學(xué)習(xí)其它理論課程鋪路。熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)是匯聚態(tài)理論的基礎(chǔ)理論,熱力學(xué)總結(jié)了物質(zhì)的宏觀熱現(xiàn)象(如浮力、溫度、體積的變化,物體間的能量轉(zhuǎn)換等),而統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)則從微觀的觀點(diǎn)(即覺得物質(zhì)由原子、分子組成,這種粒子間存在著互相作用)對(duì)宏觀熱現(xiàn)象做出了解釋。電動(dòng)熱學(xué)以麥克斯韋多項(xiàng)式為核心,以簡(jiǎn)約的理論方式,高度概括了與電和磁相關(guān)的化學(xué)現(xiàn)象(包括電磁波的傳播)。而量子熱學(xué)述說(shuō)支配微觀世界的規(guī)律,因?yàn)樵?1世紀(jì)人類對(duì)自然界的探求(如對(duì)生物過(guò)程的研究)將更多、更深入地在微觀的層次進(jìn)行,量子熱學(xué)的重要性是不言而喻的。
1、理論熱學(xué)
討論精典熱學(xué)問(wèn)題。用剖析熱學(xué)(即拉格朗日熱學(xué)和烏魯木齊頓熱學(xué))的觀點(diǎn)處理牛頓熱學(xué)問(wèn)題,并加入混沌等較新的內(nèi)容。本課程的內(nèi)容概要為:質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué);兩體運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)參考系;拉格朗日多項(xiàng)式構(gòu)建及解;伊寧頓正則多項(xiàng)式構(gòu)建及解;變分原理:哈密頓原理構(gòu)建及解;微震動(dòng),正則變換,泊松括弧及泊松定律等。
2、電動(dòng)熱學(xué)
電動(dòng)熱學(xué)的研究對(duì)象是電磁場(chǎng)的基本屬性,它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的互相作用,是在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的論述電磁場(chǎng)的基本理論。
本課程主要探討宏觀電磁場(chǎng)理論。分為五個(gè)模塊:第一模塊是電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律。通過(guò)剖析各個(gè)實(shí)驗(yàn)定理,借助物理工具從其中總結(jié)出電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律。構(gòu)建麥克斯韋多項(xiàng)式組和洛倫茲力公式。第二模塊是靜態(tài)場(chǎng)。討論恒定電磁場(chǎng)問(wèn)題,注重說(shuō)明恒定場(chǎng)的基本性質(zhì)和求解電場(chǎng)和磁場(chǎng)問(wèn)題的一些基本技巧.第三模塊是變化場(chǎng),包含電磁波的傳播和幅射。討論電磁波的傳播,包括無(wú)界空間中的電磁波的性質(zhì)、界面上的反射折射以及有界空間中的電磁波問(wèn)題;電磁波的幅射問(wèn)題,介紹通常情況下勢(shì)的概念和幅射電磁場(chǎng)的估算方式。第四模塊是狹義相對(duì)論。從電動(dòng)熱學(xué)的參考系問(wèn)題引入相對(duì)論時(shí)空觀,由化學(xué)規(guī)律對(duì)慣性參考系協(xié)變的要求把電動(dòng)熱學(xué)基本多項(xiàng)式表為四維方式,導(dǎo)入電磁場(chǎng)量在不同參考系間的變換,并說(shuō)明相對(duì)論理學(xué)的基本概念,第五模塊討論帶電粒子和電磁場(chǎng)的互相作用,并由此看出把宏觀電動(dòng)熱學(xué)應(yīng)用到微觀領(lǐng)域的局限性。
3、量子熱學(xué)
量子熱學(xué)是研究微觀粒子(分子、原子、原子核、基本粒子等)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論,它有助于人們對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),并具有跨學(xué)科的性質(zhì)(例如量子物理、材料科學(xué)、量子電子學(xué)和量子生物學(xué)等),其內(nèi)容包括波函數(shù)和薛定諤多項(xiàng)式、量子熱學(xué)中的熱學(xué)量、態(tài)和熱學(xué)量的假象、定態(tài)微擾理論和載流子與全同粒子等。量子熱學(xué)與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的理論基礎(chǔ)。
4、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)
該部份是研究熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和熱運(yùn)動(dòng)對(duì)物質(zhì)宏觀性質(zhì)的影響。熱力學(xué)是熱運(yùn)動(dòng)的宏觀理論,用“唯象”的方式,回避了宏觀物體的微觀結(jié)構(gòu)原子物理學(xué)楊福家第五版,使用有限的宏觀量(如氣溫、能量、體積、熵、比熱等)來(lái)描述,這些描述的基礎(chǔ)是能量守恒等幾個(gè)來(lái)自實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的宏觀基本規(guī)律(熱力學(xué)第零~~第三定理)。統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)是熱運(yùn)動(dòng)的微觀理論,它用統(tǒng)計(jì)的方式去處理復(fù)雜的微觀運(yùn)動(dòng),覺得物質(zhì)的宏觀性質(zhì)可看成是大量粒子運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn),宏觀量是微觀量的某種統(tǒng)計(jì)平均值。熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)是針對(duì)宏觀和微觀這兩個(gè)極端情形發(fā)展上去的,是相輔相成的。
主要內(nèi)容熱力學(xué)的基本定理、熱力學(xué)函數(shù)及應(yīng)用、相平衡、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)基本概念、玻爾茲曼分布率、量子統(tǒng)計(jì)學(xué)、系統(tǒng)理論、漲落理論等內(nèi)容,使中學(xué)生把握與熱現(xiàn)象有關(guān)的物質(zhì)性質(zhì)及有關(guān)規(guī)律性并完善微觀與宏觀的聯(lián)系。
第三章班主任介紹和學(xué)習(xí)方式介紹
第一節(jié)班主任介紹
目的:通過(guò)介紹數(shù)學(xué)系任課班主任,介紹她們的研究方向,使中學(xué)生了解和熟悉諸位任課班主任,重視學(xué)習(xí)她們的專長(zhǎng)。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
一、物理學(xué)專業(yè)主要任課班主任情況介紹
熱學(xué):田野王延峰
力學(xué):王增波楊洋
電磁學(xué):王增波孟旭東
光學(xué):李建民
原子化學(xué):牛振風(fēng)
理論熱學(xué):王增波田野
電動(dòng)熱學(xué):宋元軍
量子熱學(xué):牛振風(fēng)王星
熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué):楊洋
二、其它任課班主任介紹
楊富南景宇鄭偉韓冰馮浩
三、分別說(shuō)明她們的學(xué)歷學(xué)位、研究方向和教學(xué)科研成果。
第二節(jié)學(xué)習(xí)方式介紹
目的:主要介紹學(xué)習(xí)本專業(yè)各門課程的學(xué)習(xí)方式,使中學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中還能熟練應(yīng)用。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
一、課堂學(xué)習(xí):
二、課下學(xué)習(xí):
三、閱讀參考書
四、討論交流
五、參加和專業(yè)有關(guān)的各類活動(dòng)
第四章本專業(yè)的前沿成果和參考書目
第一節(jié)本專業(yè)的前沿成果
目的:通過(guò)介紹本專業(yè)的前沿成果,使中學(xué)生了解學(xué)習(xí)本專業(yè)的意義及重要性,并能明晰學(xué)習(xí)的方向。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
主要介紹我系諸位班主任的研究方向、研究?jī)?nèi)容及取得的那就成果。
第二節(jié)參考書目
目的:所選的參考書目,包括了必讀書目和選讀書目,供中學(xué)生學(xué)習(xí)使用。
學(xué)時(shí):1學(xué)時(shí)
教學(xué)內(nèi)容:
一、教材書目:
1、《力學(xué)基礎(chǔ)》漆安慎主編高等教育出版社
2、《熱學(xué)》李椿等主編高等教育出版社1978年
3、《電磁學(xué)》趙凱華主編高等教育出版社第二版2013
4、《光學(xué)教程》姚啟鈞主編高等教育出版社1989年
5、《原子化學(xué)學(xué)》褚圣麟編高等教育出版社
6、《理論熱學(xué)》周衍伯(第二版)高等教育出版社1986年
7、《電動(dòng)熱學(xué)》郭碩鴻主編高等教育出版社第二版
8、《量子熱學(xué)》周世勛主編高等教育出版社1987年
9、《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)》汪志誠(chéng)主編第二版高等教育出版社1993年
二、參考書目:
1、《力學(xué)》鄭永令等主編高等教育出版社第二版
2、《熱學(xué)》李洪芳主編第二版高等教育出版社1994
3、《電磁學(xué)》梁燦彬主編高等教育出版社
4、母國(guó)光《光學(xué)》人民教育出版社1979年
5、楊福家《原子化學(xué)學(xué)》高等教育出版社2008年4月
6、金尚年、馬永利《理論熱學(xué)》(第二版)高等教育出版社2002年
7、梁紹榮《電動(dòng)熱學(xué)》北京師范學(xué)院出版社1986年
8、曾謹(jǐn)言著《量子熱學(xué)簡(jiǎn)史》北京學(xué)院出版社1998年
9、蘇汝鏗《統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)》復(fù)旦學(xué)院出版社1990年
化學(xué)學(xué)專業(yè)總論教學(xué)時(shí)數(shù)表
學(xué)時(shí):理論課10
章節(jié)講課內(nèi)容
理論課學(xué)時(shí)
一數(shù)學(xué)學(xué)概述
二專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程介紹
三班主任介紹和學(xué)習(xí)方式介紹
四本專業(yè)的前沿成果和參考書目