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專業指導 物理學

首先聲明

因為筆者只有一個普通的大一物理系學生的水平和見識,所以可能有很多地方解釋的不夠正確或不夠專業,還請見諒。

物理學課程體系分析

很多人都以為只有物理學屬於物理學類專業,其實這是不對的。物理學類是一個專業大類,有很多下設的分支專業與旁系專業。一般認為,物理學大類包括物理學、應用物理學、物理學(師範)、核物理、天文學等。這些專業的基礎課程都是一樣的,即

數學

微積分、線性代數、數學物理方法

物理

普通物理(高中物理競賽內容):

力學、電磁學、熱學、光學、原子物理學

四大力學(聞風喪膽):

理論力學、電動力學、熱力學與統計力學、量子力學

基礎物理實驗和近代物理實驗

不同的是除此之外的課程:

物理學系的同學還可能會學習固體物理、計算物理、群論、高等量子力學、量子場論、廣義相對論等專業課程;

應用物理學根據不同大學的專長會學習不同的內容,比如數字與模擬電路、半導體物理、激光原理等;

師範類會學各種教育學、各種心理學以及中學物理教學等;

核物理會學核電子學、輻射防護等;天文學會學天體力學、天體物理學和觀測天文學等。

主要說一下基礎課程。普通物理學的五門是高中物理競賽的內容,高中學過競賽的同學學起來會感到非常輕鬆(不過筆者沒有學過競賽→_→)。簡單的說,普物=高中物理+微積分。舉一個例子,大學中物理的運動學不再是高中的勻速直線運動v=v0+at,而是推廣到更加普遍的運動。只要知道質點的位置矢量、速度、加速度中的任何一個量隨時間的變化關係,輔以運動的初始條件,就可以通過微分和積分確定其他量隨時間的變化關係,從而可以處理質點任何運動形式的運動學問題。

普物在大一和大二學習,四大力學在大二和大三學習。四大力學是被廣泛接受的本科物理的核心課程,世界各地絕大部分學校的物理系都將其作為必修;其名稱來源於這四門課的名字均以「力學」結尾,可以說這四門課研究的問題構成了近代物理的理論基礎。四大力學與普物內容緊密相連又更加深化,是更接近「真實」的物理。四大力學的學習是非常刷新三觀的,本科的程度上,理論力學扔掉了力的概念代之以最小作用量,從能量的角度推出整個力學體系;電動力學扔掉了絕對時間絕對空間並引入場的概念;統計力學從概率的觀點看世界;量子力學直接表示世界是用代數而不是分析描寫的(據說量子力學是四大力學中最刷新三觀的)。四大力學中的每一門都有龐多的公式,長長的推導,因此成為了很多物理系同學的噩夢。

另外,對物理系的學生來說,計算機編程和英語都是重要的工具。各種程序語言(C++,python等)都熟悉一下為好,以後如果對物理失去了興趣,想要脫坑,計算機專業是個不錯的選擇。物理領域中文資料太少了,不學英語,英文文獻看不懂,還有很多教材是英文的。有時間多背單詞,英語學好了沒壞處,那些立志出國的同學更要學好英語了。

物理系學術研究(考研)方向分析

大多數物理系的同學讀完本科四年之後都會繼續讀研深造,可以選擇考研(或保研)到國內頂尖的物理強校或者中科院,或者選擇出國留學。物理學是研究萬物的科學,研究範圍自然非常廣。因此,學生在本科的時候,應該廣泛涉獵物理學的各方面,發掘自己的興趣所在,建立起自己對物理學的好惡,提前開始在學術道路上的探索。這會比別人先走一步,搶佔先機。

總體來說,物理學的學術研究(考研)方向主要有以下幾類:凝聚態物理(人數最多)、粒子物理、天體物理、核物理、生物物理、光電方向、材料科學、引力和廣相方向、量子信息等等。

不管以後的研究方向是什麼,都要求學生在本科階段學好上述的基礎課程,打下堅實的數理基礎。

物理系畢業生能力優劣及就業方向分析

正如上一點所說,物理系的畢業生大多會繼續深造,所以就業率比較低(總體來說數學物理化學生物等基礎學科的就業率都非常低,物理還算好的)。

總體來說,物理這種基礎學科需要高學歷才好就業,如果不考慮中途脫坑,就一直讀吧:本,碩,博,會比較辛苦,但是夢想正是因為難以實現才愈發襯托出它的可貴(大霧)。物理系四年本科的洗禮,能夠培養出學生各種方面的能力,比如紮實的數學功底,嚴謹的思考方式,計算機編程的能力,查找和閱讀英文文獻的能力,還能對這個世界的認識更加深刻。

所以,物理系的學生出來可以乾的工作有:

1

科研和大學教學。對於有當物理學家(物理學工作者)夢想的同學來說,這是最好的選擇,但是這條路也很漫長。這要求有博士學歷,甚至還要做一至兩期的博士後,然後回國找到教職。另外提一點,博士如果出國讀更有利於將來在學術界立足。大學老師的收入並不是很高,但是社會地位很高。

2

高新技術企業。在企業的待遇可能會很好,但是對研究方向有要求,也會比較忙,比較累。

3

碼農。這個對計算機編程能力要求很高,也比較辛苦,但是薪酬還不錯。

4

做一個活躍的科普(科幻)作家。如果你有好的文筆,靈活的頭腦和豐富的想像力,你會賺到金錢、名聲和實實在在的成就感。

5

中學教師。回到母校給學弟學妹們教高中物理也是很好的選擇呀~

6

其他。隨各人興趣和機會而定,各行各業都有可能。

筆者的高中班主任曾對筆者說,學物理要吃苦,不過物理是僅次於數學的萬金油專業,轉行比較方便。正如老話所說:「學好數理化,走遍天下都不怕。」這句話是不無道理的。對於不喜歡物理而被調劑到物理系的同學,建議儘快轉專業。對於原本喜歡物理後來本科讀到一半不喜歡物理的,以及本來就打算讀個物理本科玩玩研究生去讀別的專業的同學,在學好本科基礎課(數理方法四大力學)的基礎上(如果需要用到的話),可以保研或考研到國內的工科、金融等專業,自己去準備相關專業的學習。不要等快考研才慌慌張張地準備。

物理系學生專業學習情況分析

關於學習,大家都要做的那些事:

課程作業

最重要的當然是數學和物理啦。對物理系的同學來說,數學非常重要,如果以後想做理論物理,還需要學習非常高深的數學知識。不過,不像高中階段為了高考應試要刷很多題目,在大學中寫物理題的目的是更好地理解物理概念。此外,物理實驗也是不能輕視的,畢竟物理是一門實驗科學,實踐出真知。

關於考試

不同於高中的模式,就筆者看來,雖然大學的物理課學起來難度大,但是考試和高中相比變得非常簡單(可能是老師仁慈的緣故),都是課堂上說的基礎內容。不過就算如此,掛科率還是相當之高

關於學習,不一定每個人都會做的事:

做科研,發表論文

有條件的學校會讓同學們儘早跟老師做初級的科研,滿足同學們當「物理學家」的夢想。本科生的科研水平一般都較低,如果大學期間能夠發表論文在重要期刊(比如PRL,即物理評論快報)上,證明你的學術研究水平是超越同齡人的,但這也需要你在課外花大量的時間進行學術訓練和研究。

參加比賽

據筆者所知,物理系的學生主要有兩個比較重要的比賽:全國大學生物理學術競賽(CUPT)和全國大學生物理實驗競賽。後者不太了解,簡單介紹一下前者。CUPT是一項以團隊對抗為主要形式的物理競賽。每年會給出指定的17道新穎開放的物理題目,同學需要就這些實際的物理問題的基本知識、理論分析、實驗研究、結果討論等進行辯論性比賽。如果入圍全國比賽,將有機會同國內各頂尖高校的優秀學子討論交流、同台競技。

物理系知名高校與學術重鎮分析

教育部發布排名:校友會2017中國大學物理專業排行榜

2.教育部的排名主要是依據教授、論文一些硬數據,但是這跟人們所認可的排名存在一些差異,以下是筆者根據自身了解總結出的排名

第一梯隊:中國科學技術大學、北京大學、南京大學、清華大學、中國科學院大學

第二梯隊:復旦大學、浙江大學、上海交通大學、北京師範大學、中山大學、武漢大學、南開大學、山東大學、南方科技大學、蘭州大學

學長建議

為什麼要讀物理系?

興趣是一部分原因。最主要的原因是受到一位在UCSB讀理論物理博士的學長的影響。我在高二下學期時在合一官網上讀到了一篇他寫的文章《大道,大學,大師》,後來聯繫到他,在交談中逐漸下定決心選擇了物理專業。

我覺得目前來看,當初的選擇還是很正確的。我在大學學得蠻開心的,因為自己還是比較崇尚學術的,喜歡學習新事物的感覺,但並不喜歡高中那樣重複枯燥的刷題。以後想要去天文台實習,從事天文和天體物理方向的研究。

物理科研和考試的區別?

考試(比如高中的各種考試,競賽,高考等)是在較短時間裡,解決一個定義好的問題;科研是在較長的時間裡,定義一個問題(從實際中抽象、簡化出物理概念、並建立數學模型),而解決一個定義好的問題在可科研中只是最後、且是最容易的一步。這兩者是有本質區別的。所以,如果你熱愛科學,無論你目前的理科考試成績如何,你都應該對自己的熱愛有足夠的信心。

決定學物理專業前有沒有動搖呢?

當時就是很中二地選擇了,沒有動搖,不過現在有的(笑哭)。我怕物理太難我學不會,我也擔心過如果以後做科研當自己做不出成果而鬱悶,無法給家人穩定的生活,而學計算機、金融的同齡人走上人生巔峰,拿著比我多幾倍的薪酬時,自己能否堅持這條學術之路,繼續走下去。不過這些都太遠了,我只是知道我本科不學物理的話可能會後悔,現在還是只問耕耘,不問收穫啦~

選擇像物理這樣的基礎學科前請謹慎,和父母仔細權衡一下。高中最好可以搞一搞物理競賽(不搞也沒關係),在知乎上了解一下關於物理專業的話題,或者向老師,前輩學長充分了解一下,以免後悔。

對於有學術夢想而不知道自己是否適合科研的同學,光想是不行的,就像小馬過河一樣,只有親自試試才知道水深水淺,即自己適不適合科研生活,能否從中得到正反饋,感到幸福快樂。而且需要注意的是,高中的考試成績和科研能力並沒有太大的關係,不需要因為不太好的現狀而妄自菲薄。

想做物理科研的同學要一直努力,這肯定會很累也可能很艱辛,學到最後也就是興趣、理想和熱情在支撐著你了。筆者也不知道自己能走到哪一步,只能走一步看一步了。

靡不有初,鮮克有終。做出選擇前一定要慎重,認真地權衡一下;做出選擇後就請不要後悔,儘力去試一下。加油吧!

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