高校本科生导师制的探索——以同济大学物理科学与工程学院为例

本科生导师制是高校近年来普遍实行的由导师对本科生的学业、品德、生活等各方面进行个性化指导的教育制度。同济大学物理科学与工程学院试行本科生导师制已三年时间,尝试以此为基础对本科生导师制进行探索及改进。

非厄米物理启发的高效无线电能传输

无线电能传输技术是指不需要线缆或者波导结构,利用电磁波直接将电能从电源传输到负载的技术。作为能量传输的一种全新方式,无线电能传输技术可以极大地提高供电设备的安全性、可靠性和便捷性,其在消费电子行业、自动化工业车间以及人工智能平台等需要高自由度供能的场景中具有重要的应用价值。目前无线电能传输技术仍存在一定的局限性,特别是对于广为关注的磁共振耦合无线电能传输技术,面临着高效率和稳定性难以兼顾的巨大挑战。文章以近场无线电能传输技术为研究框架,深入介绍非厄米新物理在无线电能传输系统中的调控机理,及其在高效、稳定、待机功率损耗、电磁环境兼容等方面的突出优势,最后对无线电能传输未来的研究方向进行了展望。

过程性评价对工科物理教学质量的影响研究

本研究以课堂测验的形式探索过程性评价对学习效果的影响。学生层面上,通过使用学习投入问卷对工科学生的大学物理学习投入进行测量,发现过程性评价除了检查课堂学习效果,还是提升学生情感投入的一个有效途径。教师层面,通过使用Rasch模型对大学物理课堂测试数据进行分析,发现过程性评价有助于出题教师优化测试题库,任课教师根据测试反馈也可以不断建构和修正教学内容,提高教学质量。

单层SnS的光电效应及应变工程的第一性原理研究

光电探测器在工业制造和军事国防等各领域用途广泛。近年来,研究者在寻找一种兼具极化灵敏度高与光响应强的特点的光电探测器。在可见光范围内,SnS是一种制作具有各向异性光电探测器的半导体材料。本文基于第一性原理,采用非平衡态格林函数(NEGF)与密度泛函理论(DFT)结合的方法对单层SnS两个器件方向(Armchair和Zigzag)的光电性质进行理论计算。研究发现,在零偏压下,两个方向的光电流数值均较小,通过加偏压的方法可以获得稳定的光电流。计算了小偏压0.1~1.0 V(间隔0.1 V)、线性偏振光照射下最大光响应随光子能量的变化,发现单层SnS在光子能量为2.4与3.2 V时最大光响应数值较大且十分稳定,并结合能带图和态密度图分析了光响应产生的微观机制。本文通过计算消光比,发现单层SnS具有极强的偏振灵敏度。最后,通过施加双轴应变的方法,器件的不对称性显著增加,极大增强器件在零偏压下的光电流,其中压缩应力数值为-6%时对光电流的提升十分明显。希望以上结果能为单层SnS设计用于光电探测器提供理论参考。

基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价研究——以美国科罗拉多州立大学虚拟设计性物理实验为例

科学探究能力是体现科学素养水平的重要指标,科学探究能力的培养已成为当前国际科学教育改革的核心理念。物理课程标准对科学探究及大学物理实验能力作出了明确的要求。但是,目前在“设计性物理实验”中表现出的科学探究能力的评价体系并不完整。为此,本研究构建了基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价量表及结构方程模型,该模型在有效性和合理性等方面均达到标准。同时本研究根据模型拟合结果对科学探究能力各维度设置了相应权重。基于此模型进行实证研究,结果表明,不同性别的学生在科学探究能力方面存在显著差异,而不同年级的学生则没有显著差异。此外,学生已有的知识水平对科学探究能力下“分析与论证”维度起到了较为显著的调节作用。

固体物理学中的贝里曲率

固体中周期性势场和布洛赫定理赋予贝里曲率新的内涵,对于布里渊区k点处第n个能带,其布洛赫函数的调幅因子为u_(nk)(r),则相应贝里曲率Ω_(nk)=▽×A_(nk),其中贝里联络A_(nk)=〈u_(nk)|i▽_(k)|u_(nk)〉.如果晶体同时存在中心反演和时间反演对称性,贝里曲率在倒空间处处为零.若上述对称性被打破,或者存在自旋轨道耦合,或者存在能带交叉,则存在非零的贝里曲率.贝里曲率的存在使布洛赫电子产生与外电场垂直方向的反常速度,由此产生本征反常霍尔效应和自旋霍尔效应以及非线性霍尔效应.本文有助于加深对布洛赫波函数以及玻尔兹曼输运方程的理解.

巴黎高等物理化学学院的精英人才培养模式与物理类课程设计

巴黎高等物理化学学院是法国培养物理、化学和生物学专业研究型精英人才的高等学府,并因居里夫妇等多位获得诺贝尔奖的著名科学家曾工作于此而闻名于世。本文介绍了巴黎高等物理化学学院的发展历程与科学文化的传承,理工结合的课程设计与精英人才培养模式,及其理论与实验并重、跨学科、小规模和高质量的办学特色。在新工科建设人才培养模式的探索与改革中,高校要突破原来的学科界限与产业划分,培养跨学科的创新型人才。巴黎高等物理化学学院的优质教育资源、先进的工程教育理念、特色的课程体系和教学方法,对培养创新工程人才具有启示意义。

大学物理实验教学系统中预警模型构建与应用

随着混合式学习模式和在线学习系统的广泛应用,在线学习系统中产生大量学习数据和记录,为学习预警的研究提供了数据来源和有力支撑。针对混合式学习的大学物理实验课程情境,对建构组学生的在线学习数据进行探索性的因子分析,设计了学习预警模型指标,并利用层次分析法确定模型指标权重,以精准率和召回率的加权调和均值为依据确定预警阈值。教学应用发现,验证组学生数据验证模型具有良好的可用性,可据此设计开发学习预警功能。基于学生在线学习数据构建的学习预警模型,有助于甄别学习困难的学生,进行有效预警,实现个性化教学。

常态化防疫下大学物理课程在线教学的思考

在新冠疫情反复和常态化防疫的情况下,在线教学成为高校主要的教学方式。本文根据大学物理课程在线教学的优、缺点,从大学生心理健康、教学内容与形式以及课后评估三方面进行深入思考,进一步提高大学物理课程在线教学的教学质量。

基于统计的语音传输指数预测方法实验对比

良好的言语可懂度是语言声厅堂声环境设计的重要目标,语音传输指数(STI)是言语可懂度的客观评价参量。在设计阶段就能对STI做出准确预测,对语言声厅堂的声环境控制具有重要意义。基于统计的STI预测方法是IEC 60268-16标准推荐的主要预测方法,但对于使用该方法时的影响因素以及预测精度,当前仍缺少系统性的实验对比研究。该文使用4个房间中13个测点共52种听音条件下的STI实测结果,分析了基于统计的STI预测方法的精度以及影响因素,结果表明:考虑和不考虑直达声的两种预测方法,都存在着系统偏差,预测结果普遍小于实测值;在距离声源较近测点的预测都产生了较大误差,在距离声源较远测点的预测误差相对较小;基于单指数衰变声场不考虑直达声的预测方法操作简单,但误差较大,52种听音条件的平均误差达到了-0.032,最大误差达到了-0.131;考虑直达声的预测方法误差相对较小,52种听音条件的STI平均误差为-0.018,最大误差为-0.080;预测精度主要受所使用的信噪比、扬声器的指向性、房间的声场条件等因素影响,并对这些因素的影响进行了对比分析。结果可为STI预测方法的使用者提供参考。

太阳成像仪镜筒舱内压力控制技术研究

文章阐述了太阳成像仪镜筒舱内压力控制技术研究,主要包括限流小孔机械尺寸理论分析、慢速泄压阀设计、镜筒压力控制模拟测试等内容。目前,所研制的慢速泄压阀已顺利交付使用,并随46.5 nm极紫外太阳成像仪在中科院空间新技术试验卫星上进行了搭载,实现了在轨顺利开机,验证了太阳成像仪镜筒舱内压力控制手段的正确性。

基于MFCC和GMM的瓷砖空鼓率识别系统及方法

针对瓷砖因内部空鼓而引起的松动、脱落等质量问题或其他安全隐患问题,研制了一套用于瓷砖空鼓率识别的试验系统。该系统采用梅尔倒谱系数(MFCC)法提取瓷砖敲击声的特征参数,再用高斯混合模型(GMM)法对MFCC特征参数进行分类和识别。试验结果表明,采用MFCC和GMM相结合的方法,可以对瓷砖空鼓情况进行有效识别,该方法具有良好的应用前景。

基于X射线双光谱的物质识别方法研究

针对工业生产、材料科学和安检等领域对于物质的检测需求,开展了基于X射线双光谱的物质识别方法研究。提出了针对不同物质的双光谱识别算法模型,模型引入边界物质界定与伪彩色算法,实现了对物质种类的识别。搭建X射线双光谱透射实验系统,实测了复杂背景、多种物体的X射线双光谱图像,研究了物质界定算法与伪彩色算法对于物质种类识别的影响。基于此优化了算法模型,实现了灵活、快速地对物质种类的识别,对于工业生产物质分类和安检快速筛查具有重要意义。

磁控溅射制备碳化硼薄膜的结构与成分分析

近年来国际上^(3)He资源的短缺造成了基于^(3)He的中子探测器高昂的成本,而以碳化硼薄膜作为中子转换层的硼基中子探测器逐渐成为了最有前景的替代方案。通过直流磁控溅射制备了Ti/B_(4)C多层膜,并使用透射电子显微镜(TEM)、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对薄膜的结构与成分进行表征。结果表明:Ti层存在结晶情况;H、O、N元素为薄膜内部的主要杂质,且多分布于Ti层与B_(4)C-on-Ti过渡层中;更高的本底真空度能够降低碳化硼薄膜内的杂质含量,提高B含量占比;中子探测效率测试结果证明本底真空度的提高能够有效提高碳化硼中子转换层的效率。

基于双能X射线透射成像与能量色散衍射的物质分类与识别虚拟仿真实验

X射线相关技术发展至今已逾百年。针对安检领域快速、准确应用要求,以双能X射线透射成像与能量色散X射线衍射技术相结合的复合式违禁品快速检测的前沿课题研究为基础,通过模拟实验场景和实验过程,设计基于X射线技术的物质分类与识别虚拟仿真实验。内容包含参观虚拟实验室与实验预习、系统搭建、实验操作与数据处理和实验拓展等多个模块,构建全过程、多环节在线教学环境,实现分层次教学。学生通过X射线技术分类识别物质的原理、方法和安全规范,加深对X射线与物质相互作用原理的理解,培养学生的实验能力、科学观察和创新思维能力。

从OC到MOOC大学物理课程建设再思考

本文结合同济大学前期大学物理精品资源共享课的建设,通过对比分析从OC到MOOC教学模式的差异,以及在"翻转课堂"教学中的一些实际效果,提出本校大学物理课程建设的新思路。

“互联网+”环境下大学物理教学改革历程与趋势

基于2013年以来全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会大会报告以及会议论文,本文对"互联网+"环境下大学物理教学改革发展情况进行了归纳与分析,并探讨了大学物理教学改革的趋势。

40~90 nm波段极紫外多层膜研究进展

极紫外多层膜反射镜在许多科学与技术领域,如极紫外光刻、天体物理学、等离子体诊断、阿秒物理和自由电子激光等方面有重要应用。多层膜使极紫外波段反射镜在正入射条件下具有高反射率和窄带宽成为可能。多层膜反射镜是极紫外成像和光谱应用的重要器件,多层膜构成的极紫外成像系统已成功完成多个太阳单一谱线的成像观测。本文综述了40~90 nm波段最有前景的多层膜的研究进展。首先简要介绍了多层膜的基本原理,叙述了40~90 nm波段材料光学常数的测量,总结了Mg基、Sc基和镧系材料以及其他材料组成多层膜的进展,给出了目前达到的最佳反射率和带宽,阐明了多层膜的时间稳定性,从而为40~90 nm波段多层膜制备提供了技术指导。

信息技术支撑下的大学物理精品资源共享课建设

本文通过探讨精品资源课程建设需要的教育技术,明确了我们建设精品资源课程的指导思想和理念;并结合建设大学物理课程的实际工作,简述了对原国家精品课程进行转型升级的具体做法及展望。

基于SPOC的大学物理课程实践效果研究——以同济大学的物理课程为例

继MOOC风潮之后,SPOC应运而生。若称MOOC是对传统教育模式的冲击,那么SPOC就是对课堂内外学习价值的深度重构,两者所产生的教育影响均不容小觑。文章以SPOC教学模式在同济大学"普通物理"课程中的教学实践为例,对其进行了实践效果的分析,并结合该教学实践从教师、学生和环境三个方面分析了影响教学效果的关键因素,旨在为进一步改善教学环节提供参考。