本科阶段开设《等离子体物理基础》课程的重要性

摘 要：本文从等离子体物理在学生、师资队伍和物理学发展的需要出发，论述了在本科阶段开设《等离子体物理基础》课程的重要性。对等离子体物理的内容和性质等作了简单介绍，并结合新疆大学物理学院等离子体物理课程的开设情况，对开设《等离子体物理基础》课程进行了积极的思考与探索。

关键词：等离子体物理；物理类专业学生；物理学

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）06-0088-01

等离子体物理是介绍等离子体基本概念和研究等离子体相关领域的交叉学科。等离子体其存在的参量空间非常宽广，它占了整个宇宙的99%[1]。与等离子体宽广的参数空间相对应，等离子体物理学有宽广的研究领域和广阔的应用前景。目前，等离子体主要的研究和应用领域有：受控热核聚变、天体等离子体物理、航空国防、低温等离子体物理、高能高密度物理、粒子加速等[2]。然而，在大学的物理类专业的教材中却难以找到等离子体相关的内容，国内大多是高等院校内等离子体物理是一门新学科，只有在《电磁学》和《电动力学》教材中有与等离子体相关内容，所涉及的等离子体概念也是比较模糊，其中等离子体基本物理性质的介绍很少，而且是选读内容。即使是针对物理类的本科专业，开设《等离子体物理基础》课程的院校也非常少见，非物理类专业的学生更没有机会接触等离子体相关的知识。这样，对绝大部分本科生来说等离子体是一个新概念，他们对等离子体物理的了解是非常少甚至无所了解。这导致本科生在校时对等离子物理和相关领域了解的缺乏，对毕业以后的就业、考研究生过程的选专业以及对等离子体物理和整个物理学未来的发展都带来一定的负面影响。这种局面的形成和等离子体物理本身发展有关，也和高等院校对等离子体物理的重视程度有关。本文根据新疆大学对物理类本科生开设的《等离子体物理基础》课程为例，从以下这方面讨论本科阶段开设《等离子体物理基础》课程的重要性。

1. 提高学生物理学综合知识方面的作用

等离子体物理是一门建立在多门基础物理学科之上的交叉学科，其理论的学习一般要求学生必须具备相当深度和广度的物理基础。例如，等离子体物理的内容与力学、电磁学、光学，热力学、电动力学和磁流体力学等课程有密切关系。在大学本科阶段通过开设《等离子体物理基础》课程，使将学生有机会更深入地掌握、理解和应用已学过的物理专业基础课的内容，进一步提高学生的专业基础水平。实际上，物理学有关的很多基础专业课程的内容都能够在等离子体物理中找到自己的应用领域，而等离子体物理本身较强的应用性和创新性，为抽象的物理理论课生动化、实用化，给学生提供一个很好扩大知识面的机会[3]。

另外，等离子体物理是，核聚变物理、空间物理、天体物理、新型加速器技术和电子器件技术等很多前沿学科和高端科技技术的基础。在本科阶段学生通过学习《等离子体物理基础》课程，有机会接触上述学科和技术发展动态的机会，有助于激发学生对物理学的兴趣和提高学生的物理学综合知识。因此，本科阶段开设《等离子体物理基础》课程具有非常重要的意义。

2. 高等院校师资队伍发展的作用

在本科物理教育中开设和普及《等离子体物理基础》课程面临的最大困难是师资力量的相对缺乏。国内具有等离子体物理专业背景的人员大都是在科学研究机构工作，而在高等院校里缺乏这一类的物理老师。又因为目前在高校中计算教学工作量只算上课课时，不算备课课时，很少有物理教师愿意承担这种缺少成熟教材，需要花大力气去搞清理论细节的一门新的课程。这种现状的改变需要高等院校的引进具有等离子体物理专业背景的人才和尝试一些比较科学的做法来逐渐让更多的人认识等离子体，了解等离子体技术的重要性，这对于师资队伍建设和发展有一定的帮助。

3. 物理学和科学技术进一步发展的需要

等离子体物理的应用非常广泛，其研究和应用领域主要包含以下几个方面： 受控核聚变物理、空间物理和天体物理、低温等离子体物理与应用和等离子体加速物理等[1]。受控核聚变为解决目前全球日益严重的能源问题和国防研究提供了重要的发展方向，因此各国对这方面投入是相当大，这有助于物理学和科学技术的进一步发展。空间和天体等离子体物理是人类认识地球空间环境，进而走向太空，实现通讯，研究宇宙的必要条件。近年来人们日益关注的通讯等技术，太阳风暴等都属于空间等离子体物理的研究范畴。低温等离子体物理与应用则与人们日常生产生活密切相关，例如等离子体对材料表面的改性，低温等离子体灭菌，等离子体显示屏等等。等离子体加速物理主要研究激光等离子体相互作用中的带电粒子加速方面的内容。这方面的研究有助于降低加速器造价和实现小型化的加速器。所以，物理学在国防、能源、技术方向上的继续发展，未来也离不开等离子体物理发展。

总的来说，等离子体体系作为一种复杂体系，等离子体物理是一门建立在多门基础物理学科之上的交叉学科。物理类专业的学生如果能够尽早地接触等离子体物理，对于在现今主流物理学和技术的学习产生积极影响。因此，在大学物理教育中普及等离子体物理的基本知识已经显得非常必要。

（作者单位：新疆大学物理科学与技术学院）

基金项目： 国家自然科学基金项目 （No：11574121） 资助。

参考文献：

[1]李定，陈银华，马锦绣，杨维纮.等离子体物理学[M].北京： 高等教育出版社， 2006.

[2]胡希伟.等离子体理论基础[M].北京：北京大学出版社，2006.

[3]李忠宇， 王庆宇， 颜强.核聚变与等离子体物理课程教学改革与应用[J].黑龙江科学， 2015（6）：48-49.

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