中国大学生物理学术竞赛实践

1. 中国大学生物理学术竞赛实践#

1.1. 背景介绍#

班级群

1.1.1. 科学和物理学#

  • 科学是人类认识世界的众多方式的一种，除此之外，还有宗教、哲学、神话等等。

  • 科学有一个标准叫可解释、可重复、可预测。(AI?)

  • 科学是一种方法:

    • 一些事物是如何被了解的，不了解的还有些什么，对于了解的，现在又了解到什么程度（因为任何事情都没有被绝对了解）

    • 如何对待疑问和不确定性，依据的法则是什么

    • 如何思考问题并作出判断，如何区别真理与欺骗、真理与虚饰

    • 在对科学的学习中，你学会通过试验和误差来处理问题，养成一种独创精神和自由探索精神，这比科学本身的价值更巨大。还要学会问自己：‘有没有更好的办法来做？

1.1.2. 科学和物理学#

物理学——是研究自然界中物质基本组成，物质间相互作用及其基本运动规律的学科。

  • 基本

  • 尺度: 时空尺度、微观、介观、宏观、宇观

  • 相互作用: 万有引力、库伦相互作用等

  • 运动规律: 经典物理、量子力学

  • 新的认识范式: 从单体到多体，从简单到复杂，从还原到涌现(AI)

1.1.3. 物理学的重要性#

  • 一切科学和工程技术的源头

  • 法则和规范

  • 新思维和新方法

2024年诺贝尔物理学奖授予了两位科学家：

  • 约翰·J·霍普菲尔德（John J. Hopfield）

  • 杰弗里·E·辛顿（Geoffrey E. Hinton），

  • 表彰他们在“人工神经网络机器学习的奠基性发现和发明”方面做出的贡献

1.1.3.1. 约翰·J·霍普菲尔德（John J. Hopfield）#

  • 1958年在康奈尔大学（Cornell University）获得物理学博士学位。

  • 现任普林斯顿大学（Princeton University）生命科学与分子生物学荣誉教授。

  • 曾担任美国物理学会（American Physical Society）主席（2006年）。

  • 霍普菲尔德网络（Hopfield Network）：1982年，他提出了霍普菲尔德网络，这是一种基于统计力学原理的联想记忆模型。这种网络的工作原理类似于物理系统中原子之间的相互作用，展示了如何用物理学方法解决计算问题。

1.1.3.2. 霍普菲尔德网络#

  • 现任多伦多大学（University of Toronto）计算机科学系教授（名誉教授）。

  • 曾长期在谷歌（Google）工作，担任谷歌大脑（Google Brain）团队的核心成员，2023年从谷歌离职。

  • 被广泛称为“人工智能之父”之一，因其在AI领域的开创性贡献而闻名。

  • 玻尔兹曼机（Boltzmann Machine）：辛顿在霍普菲尔德网络的基础上进一步发展了玻尔兹曼机，这是一种无监督生成式深度学习网络。玻尔兹曼机能够通过训练识别数据中的特征模式，例如分类图像或生成新的模式样本。这一模型使用了统计物理学的概念（如玻尔兹曼分布）来训练网络。

1.1.3.3. 霍普菲尔德网络#

1.1.3.4. Ising#

1.1.4. 新趋势和新范式#

  • 打破还原论

  • 复杂性

  • 交叉学科

  • 深入量子世界

1.2. CUPT竞赛简介#

1.2.1. 起源#

IYPT（International Young Physicists’ Tournament，国际青年物理学家锦标赛）起源于前苏联，最初是作为一项国内物理竞赛。1988年，第一届国际青年物理学家锦标赛在莫斯科举行，标志着 IYPT 正式成为国际性赛事。 发展

  • 1988年，第一届 IYPT 在莫斯科举办，吸引了多个国家的参与。

  • 1994年，IYPT 成为年度赛事，每年在不同国家举办。

  • 2000年后，IYPT 的参与国家迅速增加，逐渐成为全球范围内的重要物理竞赛。

  • 2010年，IYPT 的参赛队伍已覆盖欧洲、亚洲、美洲等多个地区。

1.2.2. 国内发展#

  • 2010 第一届 南开大学 17

  • 2011 第二届 南京大学 24

  • 2012 第三届 北京师范大学 36

  • 2013 第四届 兰州大学 39

  • 2014 第五届 华中科技大学 39

  • 2015 第六届 国防科技大学 49

  • 2016 第七届 西安交通大学 65

  • 2017 第八届 哈尔滨工业大学 74

  • 2018 第九届 山西大学 64

  • 2019 第十届 青岛大学 64

  • 2020 第十一届 浙江大学 64

  • 2021 第十二届 哈尔滨师范大学 64

  • 2022 第十三届 新疆大学 64

  • 2023 第十四届 西南交通大学 64

  • 2024 第十五届 陕西师范大学 64

1.2.3. 目前的状况#

  • 2025 内蒙古大学

  • 竞赛得到了教育部领导的关注与支持，并被列入中国物理学会物理教学指导委员会的工作计划。

1.3. CUPT竞赛特点#

1.3.1. 比赛规则和特点#

1.3.2. 奖项设置#

1.3.3. 比赛规则和特点#

1.3.4. 奖项设置#

  • 比赛分为校赛、省赛、地区赛、国赛

  • 增加作品赛

1.4. 题目特点#

1.4.1. 开放性#

攀爬磁铁

1.4.2. 学术性#

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1.4.3. 趣味性#

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1.4.4. 学科交叉性#

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1.5. 长安大学往届CUPT回顾#

1.5.1. 2018#

1.5.2. 2019#

1.5.3. 2020#

1.5.4. 2023#

1.5.5. 2024#

1.5.6. 成绩和荣誉#

1.6. 本课程的教学内容和要求#

1.6.1. 教学内容#

  • 前半段，每个老师讲自己负责的题目和相关知识

  • 后半段，学生在课堂上演练

  • 比赛对人的要求是全方位的

1.6.2. 要求#

  • 课程成绩由期末考试成绩、线上课程成绩与平时成绩按照一定比例生成

  • 每人提交电子版结课报告1篇（包含研究背景，原理，实验结果与讨论，……）

  • 线上课程： 超星平台（视频50%，章节检测20%，讨论25%，学习次数5%）

  • 平时：课堂表现30%（缺勤5次记为0分），学生互评30%，教师评价40%

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