核工程類專業(yè)引導(dǎo)課中的大學(xué)物理圖解

鄧建杰 游 泳

(東華理工大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 江西 南昌 330013)

劉義保

(北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 廣東 珠海 519085)

高校核專業(yè)是20世紀(jì)50年代為適應(yīng)我國核武器事業(yè)和核科技工業(yè)的發(fā)展而創(chuàng)建起來的工程技術(shù)專業(yè).創(chuàng)建初期參照前蘇聯(lián)模式，專業(yè)劃分較細(xì)，主要包括核反應(yīng)堆工程、核動力裝置、同位素分離、核材料、核物理(包括實驗核物理、理論核物理、加速器物理)、核電子學(xué)、輻射防護(hù)、放射化學(xué)化工、放射性地質(zhì)勘查、鈾礦冶等.進(jìn)入21世紀(jì)，由于國家能源政策的調(diào)整和國家安全的需求，核科學(xué)與技術(shù)在工業(yè)、國防等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用大大加強并顯示出遠(yuǎn)大的前景，為了盡快為國家培養(yǎng)核科技人才以滿足國家的迫切需要，在配合國家相關(guān)部委對本科的專業(yè)設(shè)置和教學(xué)需要進(jìn)行深入研討和反復(fù)論證的基礎(chǔ)上，經(jīng)教育部批準(zhǔn)，2006年增設(shè)了“核技術(shù)”“輻射防護(hù)與環(huán)境工程”“核化工與核燃料工程”“核反應(yīng)堆工程”和“核物理”5個“國控專業(yè)”.2012年，為了適應(yīng)當(dāng)今世界經(jīng)濟發(fā)展、科技發(fā)展、文化發(fā)展的新趨勢，適應(yīng)創(chuàng)新型國家和人才資源強國建設(shè)需要，滿足社會多層次、多類型、多規(guī)格的復(fù)合型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才需求，按照科學(xué)規(guī)范、主動適應(yīng)、繼承發(fā)展的原則，重新修訂了高校本科專業(yè)設(shè)置目錄，核專業(yè)歸類“核工程類”，包含“核工程與核技術(shù)”“輻射防護(hù)與核安全”“工程物理”“核化工與核燃料工程”；另外“核物理”專業(yè)歸并到“物理學(xué)類”.

核工程類專業(yè)是理工結(jié)合性強的工程技術(shù)專業(yè)，從核專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)來看，核專業(yè)的多元化特點涉及多個學(xué)科交叉滲透，其基礎(chǔ)學(xué)科是物理學(xué)和化學(xué)，應(yīng)用學(xué)科涉及電子科學(xué)與技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)、材料科學(xué)與工程、自動化、計算機科學(xué)與技術(shù)等.應(yīng)對核科技工業(yè)的變化，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才，實現(xiàn)中國創(chuàng)造，核工程類專業(yè)教育建立一個面向社會、面向行業(yè)企業(yè)、面向未來的開放的專業(yè)教育體系，實現(xiàn)從以教學(xué)為中心到以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，從知識體系傳授為中心到學(xué)生能力達(dá)成為目標(biāo)的新工科建設(shè).為此，在核工程類專業(yè)引導(dǎo)課上，開展基于物理學(xué)的核科學(xué)與技術(shù)的溯源、建立與發(fā)展的專業(yè)引導(dǎo)，可以幫助大學(xué)生建立大學(xué)物理的知識框架，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，科學(xué)合理規(guī)劃學(xué)習(xí)安排.本文的大學(xué)物理圖解，也可以幫助大學(xué)物理教師結(jié)合核專業(yè)建立和發(fā)展設(shè)計和開展大學(xué)物理課程教學(xué).

1 核科學(xué)與技術(shù)起源于物理學(xué)

核科學(xué)與技術(shù)的起源圖解如圖1和圖2所示.

圖1 19/20世紀(jì)之交的物理學(xué)革命

圖2 核科學(xué)與技術(shù)的起源和初步建立

核科學(xué)與技術(shù)起源于19世紀(jì)20世紀(jì)初的物理學(xué)革命，導(dǎo)火索是陰極射線的研究，陰極射線管的研究又是為了解決電氣工業(yè)中高壓輸電及低壓放電中的問題.由工業(yè)生產(chǎn)中提煉出來的科學(xué)問題，是促進(jìn)新科學(xué)建立與發(fā)展的源泉和動力，陰極射線的實驗研究，導(dǎo)致了X射線的發(fā)現(xiàn)，X射線機理的研究，又引發(fā)了放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和放射性規(guī)律的揭示，陰極射線深入廣泛的實驗探究，最終挖出了物質(zhì)最基本的單元之一——電子.在放射性、放射性核素、放射粒子、電子、質(zhì)子和中子等基本粒子的發(fā)現(xiàn)和研究的基礎(chǔ)上，量子理論的建立幫助人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識深入到10-10m以內(nèi)微觀世界，原子物理和原子核物理誕生了.愛因斯坦相對論質(zhì)量關(guān)系的建立，打開了核能利用的大門，核能和核技術(shù)被敏銳的政治家和工業(yè)家所利用，不斷改變科學(xué)技術(shù)、武器裝備、工業(yè)經(jīng)濟和人類文明的進(jìn)程.

2 核工程類專業(yè)引導(dǎo)課中大學(xué)物理的圖解

物理學(xué)是研究物質(zhì)性質(zhì)、運動規(guī)律及其相互作用的學(xué)科，是一項激動人心的智力探險活動，并為人類文明做出巨大貢獻(xiàn).物理學(xué)拓展我們認(rèn)識自然的疆界，擴展和提高人類對核科學(xué)與技術(shù)的理解和應(yīng)用，是核能與核技術(shù)進(jìn)步最重要的基礎(chǔ).物理教育為核科學(xué)和技術(shù)培養(yǎng)訓(xùn)練有素的人才.因此，在制定核工程類專業(yè)人才培養(yǎng)方案時，在自然科學(xué)基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課模塊都設(shè)置大量的物理課程.本文結(jié)合核工程類專業(yè)的特點和要求，對大學(xué)物理的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)進(jìn)行溯源和知識進(jìn)程的圖解(圖3～圖6)，通過核工程類專業(yè)引導(dǎo)教育，幫助學(xué)生了解大學(xué)物理及后續(xù)課程中設(shè)計的物理知識，提高物理學(xué)習(xí)興趣和熱情，合理規(guī)劃專業(yè)學(xué)習(xí).

圖3 大學(xué)物理力學(xué)建立與發(fā)展圖解

圖4 大學(xué)物理熱學(xué)建立與發(fā)展圖解

圖5 大學(xué)物理光學(xué)建立與發(fā)展圖解

圖6 大學(xué)物理電磁學(xué)的建立與發(fā)展

3 結(jié)論

核工程類專業(yè)是理工結(jié)合性很強的專業(yè)，專業(yè)學(xué)習(xí)既要強調(diào)數(shù)理基礎(chǔ)，又要強化工程技術(shù)實踐教育，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)相對比較重，也比較難.因此，很有必要在低年級(最好在一年級)開設(shè)專業(yè)引導(dǎo)和專業(yè)學(xué)習(xí)討論課，幫助學(xué)生認(rèn)識和了解專業(yè)概況、專業(yè)課程體系，規(guī)劃好專業(yè)學(xué)習(xí).物理學(xué)是核工程類專業(yè)的基礎(chǔ)課，在專業(yè)引導(dǎo)課上開展大學(xué)生即將開始的大學(xué)物理溯源、建立和發(fā)展的圖解介紹，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、熱情和科學(xué)思維，也能幫助大學(xué)物理基礎(chǔ)課教師結(jié)合核工程類專業(yè)的特點，開展大學(xué)物理的教學(xué).

(正文中引用了如下主要參考文獻(xiàn)，由于圖解形式，不好一一對應(yīng)列舉，特此說明.)