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物理学:析万物之理

     阳光高考原创稿件 作者:刘京艳

今年是爱因斯坦逝世60周年和广义相对论发表100周年。为什么说物理学是当今最精密、最基础的自然科学?艰深的公式定律和现实生活有什么联系?我们特别邀请了北京大学物理学院杜红林老师来谈一谈物理学专业。

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一、专业解析

物理学是揭示和阐述物质世界基本属性、基本构成、相互作用和运动规律的自然科学。更广义地说,物理学是探索、研究大自然现象及其规律的学问。它是当今最精密、最基础的自然科学之一,也是众多技术学科的支柱。

物理研究的是什么?

在两千年前,物理学与哲学、化学等等经常被混淆在一起称为“自然哲学”,直到十六世纪才单独成为一门现代科学,至今经历了自然哲学时代、经典力学时代和现代相对论、量子力学三个阶段。

科学界流传着一个段子:19世纪末,由于牛顿力学和麦克斯韦电磁理论趋于完善,一些物理学家认为,“物理学的发展实际上已经结束,物理学已经走到尽头,后人能做的只是进行一些越来越精确的测量。”然而,这句话说了不到30年,量子力学和爱因斯坦的相对论就颠覆了物理学领域。相对论彻底改变了人们对时间、空间、重力以及宏观宇宙的理解;而量子力学则揭示出一个奇异的微观宇宙。时空是扭曲的,物质是由大量微观粒子构成的。这两大发现使我们对这个世界的认识,发生了深刻的变革,由此而发展的各种科学技术改变了整个世界的面貌。直至现在,这种变革仍然没有结束,无数物理学家仍然在努力拓展人类对自然界的认知。

据杜老师介绍,物理学的研究大致可以分为两类:第一类是研究物质的状态、变化及应用,形形色色的物理理论与精妙的物理器件,关系着人类能否享受更加便捷、智能的生活;第二类则是看上去更加形而上的领域,纯粹是满足人类的好奇心,这些研究可能在很长一段时间内都不能直接应用,却能使我们更好地认识这个世界。很少有哪个学科的研究领域,在时间和空间的尺度上像物理学科这样宽广,小到原子、夸克、中微子,大到星系和宇宙,短至阿秒,长至百万亿年。因此,物理学及相关学科是探究物质结构和运动的基本规律的前沿学科,是科学发现与技术创新的基础和源泉。

本科阶段主要课程

说到物理基础学科的地位,从大学的课程设置可见一斑。在高校里除物理类专业外,理、工、农、医、林等各类非物理专业的基础课中普遍设有《大学物理》。与大学其他非物理类专业相比,物理专业所学的知识更加体系化。

物理学本科阶段的课程主要是以数学和物理为主,数学主要包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计等;物理最主要的是五门普通物理学(力学、热学、电磁学、光学和原子物理)和四大力学(理论力学、电动力学、热力学与统计物理、量子力学)。还有一些如固体物理学、数学物理方法和工具课程(如计算机程序设计、语言编程等)。

杜老师认为,物理学最大的魅力在于朴实。朴实有两方面的含义,一是简单的原理蕴含着丰富的推论,二是忠于事实的严谨态度。一般而言,能学好物理的人都是纯粹的人,踏实严谨、睿智勤奋,有一颗充满好奇的心。从学习的角度来说,要学好物理离不开数学手段的支持,因为物理学研究强调精确定量和数学建模,这就需要数学方法和物理思维的紧密结合,所以数学基础显得尤为重要。当然,具有一定的实验技能对学习也大有裨益。

二、专业与就业

对口就业率并不高

阳光高考平台统计数据显示:物理学毕业生规模为18000-20000人,应用物理学毕业生规模在7000-8000人;两个专业的就业率连续两年都在80%-85%之间。物理学男女比例为1.7:1;应用物理学为4.5:1。

物理学就业与大多基础性专业相同,主要在高校、国防部门、科研机构等从事教学研究及相关科研管理工作。中国有很多与物理相关的研究所,如中国科学院高能物理研究所、理论物理研究所、近代物理研究所、等离子体物理研究所、国家空间科学中心等,这都是物理学毕业生深造和就业的好去处。

有报道显示,物理学专业对口就业率并不高,毕业生半年后的工作与专业相关度仅为37%。这恐怕和大多数基础学科的就业特点有关。因为并不是每个学物理的人都能成为物理学家或搞科研工作。虽然表面上看,直接与物理对口的行业很少,但是事实上物理学的毕业生就业范围很广。许多以物理为基础的学科领域都闪烁着该专业毕业生的身影,如信息、能源、航天、军工、材料、交通、经济、生命科学,等等。

基础学科适用领域广

物理学专业既是活跃的物质世界基础研究前沿,又是现代高新技术的基础和源泉。物理学史上每一次巨大的发现都带来人类对世界的全新认识以及社会的巨大发展,最新研究很容易会引起其它学术领域的共鸣。

2014年10月丁肇中在上海某学院大师课堂上说:“100年前,最尖端的科学是光学、力学,现在被用在电视、无线电、航空航天工程;20世纪30年代,最尖端的科学是量子力学和原子物理,当时所有人都不理解它的用处,现在被用在IT上;20世纪40年代最尖端的科学是原子核物理,现在被用在核聚变。物理是一座由基础研究转变为应用技术的金字塔,金字塔不断的增高,因为研究不断扩大它的底部。”

虽然物理学专业对口就业率并不高,但俗话说的好“学好数理化,走遍天下都不怕”。深厚的知识功底让物理学毕业生无论在哪个行业工作都能很快上手。北大物理学院对上世纪八、九十年代物理学专业的本科毕业生进行的问卷调查,得到他们的就业领域分布百分比为:科研、教育32%;IT业28% ;金融、贸易、商务、咨询13%;半导体14%;生物产业2%;传统工业类6%;文体、卫生2%;律师1%;新闻媒体1%……他们都认为物理学习为他们后来的发展打下了终生受用的牢固基础。

深造转专业有优势

物理学专业毕业生具有较扎实的理论基础,很多同学会选择考研或出国深造,深造的专业大部分为物理学相关专业。国内考研,物理有许多课程是其他专业的主干学科或考试科目,考研率很高,这也是物理学专业的优势所在。

出国深造,重点大学的申请国外奖学金的比例较高,每年也有一定比例的同学选择非物理学专业进行学习。如到国外读工科、生命科学甚至金融、商科等专业。如南开大学每年有超过40%的物理学基地班学生被推荐免试攻读硕士研究生,近75%的学生到国内外高校或研究所进行研究生学习,其中30%到国外学习。北京大学物理学专业最近几年的本科毕业生50%在国内攻读硕士或博士学位,30%以上获得美国、欧洲的著名大学的奖学金出国深造,本科毕业时直接参加工作的学生约有10%。

三、报考指南

近300所院校开设物理专业

物理专业是传统的基础专业之一,很多院校都开设了这个专业,如北京大学、清华大学、复旦大学、南京大学、中国科学技术大学、北京师范大学等院校的物理学专业都是国家级重点学科。阳光高考平台数据显示,目前全国开设物理学专业的院校295所,招生大多分布在综合类院校、理工类院校、师范类院校的一批招生专业中。

按照教育部《普通高等学校本科专业目录》(2012年)的划分,理学门类下设有物理学类,其中包含了4个专业:物理学、应用物理学、核物理、声学。各高校又根据自身情况和发展需要设置了不同的专业和方向,如理论物理、凝聚态物理、生物物理、光学、粒子物理与原子核物理、信息技术与仪器物理等。

看清招生形式找准专业方向

具体到招生方式和招生专业,考生家长可以查看当年下发的《招生专业目录》,从近几年的《招生专业目录》中我们可以看到,物理学专业的招生方式主要有两种:一是按物理学专业招生,二是按物理大类招生。近年来,越来越多的院校开始以物理大类招生,入学后经过一到两年的培养,再根据学生的兴趣和学习情况,分流到具体的专业,如北京大学、南京大学、北京航空航天大学等。

北大的物理学科拥有全国最多的国家级精品课程,分支齐全,名师荟萃。学生按物理学大类入学后第一、二年级不分专业,从三年级起以物理学类入校的同学在物理学科、大气与海洋学科中再分别选课、研修。

南京大学物理学类含3个(物理学、应用物理学、声学)专业分8个培养方向:“理论物理与计算物理”、“基本粒子、核物理与宇宙学”、“超导、量子调控与量子计算”、“晶体、光学与光电子学”、“磁学与磁电子学”、“声学、声信息技术与工程”、“生物物理与软物质科学”、“新能源物理与纳米科学”。招生时不分专业,本科二年级下学期到三年级上学期进行专业分流。

北京航空航天大学的物理学类包括应用物理、核物理两个本科专业。从2013年开始增设“爱因斯坦”实验班,新生入学后优选20名左右学生重点培养。其中凝聚态物理为北京市和原国防科工委重点学科,理论物理和光学为工信部重点支撑基础学科,核能科学与工程为国防紧缺学科。

另外,还有一种大类招生是以实验班的形式,但其中所包含的专业不全是物理学的专业方向。如北京师范大学的理科试验班可自主选择数学、物理、化学、生物学;复旦大学的“自然科学实验班”包括物理学、理论与应用力学、化学、高分子材料与工程等15个专业。考生在报考时,一定要根据自己的兴趣爱好、分数情况,结合院校的专业方向综合考虑。

了解院校章程及报考条件

虽然在《普通高等学校招生体检工作指导意见》中对报考物理学专业的考生没有提出身体限制,但有的高校对报考该专业的考生有单科成绩的要求,如首都师范大学在《招生章程》中规定:“数学单科成绩要求:数学科学学院、物理系和信息工程学院的各专业以及国际经济与贸易专业,在录取时对数学单科成绩有一定要求,具体分数视当年考生总体水平而定。”有意报考物理专业的考生还需留意相关高校当年的招生章程。

专业推荐

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四、录取数据

2014年部分高校物理学专业的录取分数

(下图以天津市2014年部分高校录取数据为例。考生可自行修改查询条件。点击图片进入阳光高考“参考分数选志愿”系统。专业平均分需进入系统后,再点击查看。)

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