近代物理實驗教學體系及教學模式的改革

郝世明 劉香茹 李新忠

河南科技大學 河南洛陽 471003

近代物理實驗教學體系及教學模式的改革

郝世明 劉香茹 李新忠

河南科技大學 河南洛陽 471003

介紹了河南科技大學物理與工程學院在深化近代物理實驗教學改革，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力人才的實踐情況。主要介紹了在教學體系和教學模式方面進行改革的設計思路和具體實踐。

近代物理實驗；教學改革；創(chuàng)新教育；教學體系；教學模式

近代物理實驗是繼普通物理實驗之后的一門重要的實驗課程，是為大學高年級學生開設的專業(yè)基礎課，本課程所涉及的物理知識面較廣，具有較強的綜合性和技術性。

高校實驗課程指導委員會指出：應加快實行開放式教學，在教學過程中真正體現(xiàn)“學生是主體、教師是主導”的原則，真正體現(xiàn)以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和素質(zhì)、能力為核心，應在課程設置、教學安排等方面給學生留有盡量大的自主空間。隨著現(xiàn)代高新技術的飛速發(fā)展，原有的實驗教學體系、方法和模式已不能適應當前的學生特點和社會需求。2005年開始，我們逐漸開始著手近代實驗的改革。2007年申報的近代物理實驗教學改革課題獲得立項，2010年通過鑒定。本文介紹我校在近代物理實驗教學體系及教學模式的改革方面的工作。

1 以學科建設為支撐,建設、優(yōu)化實驗項目

2005年起，采取引進(100萬的財政部貸款、近百萬的日元貸款)和自主開發(fā)相結(jié)合的方式，以凝聚態(tài)物理、材料物理和光電技術為學科支撐，以介電陶瓷制備，功能薄膜制備，光譜分析等研究方向為導向，由原來的14個實驗項目發(fā)展為28個種類齊全、層次分明的實驗項目。仿真實驗項目完全引進中國科技大學的大學物理仿真實驗，含有近代物理實驗項目26個。采取引進和自主開發(fā)相結(jié)合的方式建立了演示實驗室，其中引進項目96項，自制演示項目30余項。

2 構(gòu)建科學、先進的近代物理實驗教學體系

以“注重基礎、加強設計、綜合應用、提高創(chuàng)新”為指導思想，以逐步提高學生的科學實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標，為滿足不同層次人才培養(yǎng)的需要，大力加強綜合、設計、創(chuàng)新性實驗的比例，優(yōu)化了實驗項目，建立了“分層次、模塊化”的實驗教學內(nèi)容新體系。

2.1 “分層次”

將實驗分為專業(yè)基礎、綜合設計、研究創(chuàng)新型3個層次。

(1)專業(yè)基礎實驗：光電效應與普朗克常量測定,微波光學實驗,利用調(diào)制光波測光速,夫蘭克－赫茲實驗,氫原子光譜,密立根油滴實驗等8個實驗,為必做實驗項目。在大三的第一學期開設。實驗要求學生在教師的指導下,按照實驗講義在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容,驗證一些基本的物理規(guī)律。在實驗中,不僅要求學生學會一些儀器的使用,而且要求學生學會記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù),培養(yǎng)學生觀察和分析實驗現(xiàn)象的能力。

(2)綜合設計性實驗：組合式多功能光柵光譜儀的使用，微波段電子順磁共振實驗，全息照相實驗，聲光效應實驗，空間濾波，變溫霍耳效應實驗，光磁共振實驗，黑體輻射，脈沖核磁共振實驗，橢圓偏振法測膜厚等14個實驗，在大三第二學期開學初開設。了解這套儀器可以做哪些相關的實驗內(nèi)容,然后自己決定實驗內(nèi)容，自己設計實驗，自己完成實驗。并在實驗完成后，對實驗結(jié)果進行理論分析和討論。學生在整個實驗過程中要進行一系列完整的準備工作，具體的實驗環(huán)節(jié)可以表述為：了解儀器→查閱資料設計實驗→操作實驗→理論分析→拓展深化。在此基礎上，為了加深學生對實驗儀器的認識，促進基礎知識的融會貫通，了解新知識、新測量手段，培養(yǎng)學生自主學習和查閱搜索資料的能力，還要求學生寫出對實驗的感受或?qū)嶒瀮x器的認識及說明實驗方法、評價等小論文。這不僅加深了學生對實驗儀器的認識和了解，激發(fā)了學生實驗的興趣和積極性，更重要的是，為以后的研究性實驗打下了良好的基礎。

(3)研究創(chuàng)新性實驗：磁控濺射制備功能薄膜，金屬電子逸出功的測量，激光拉曼光譜研究及應用，介電陶瓷制備分析，計算機在實驗技術中的應用，激光原理及技術應用等6個課題型實驗，有一部分實驗是教師的科研課題。實驗的指導思想就是要逐漸培養(yǎng)學生獨立工作的能力和從事科研的能力。教師在整個實驗過程中，只是學生實驗的協(xié)助者。

2.2 “模塊化”

實驗教學分5個模塊進行。具體如下：

第一模塊—專業(yè)基礎實驗，8個實驗項目，在第一學期開設。

第二模塊—綜合設計性實驗，14個實驗項目，在第二學期開設，要求學生選修6個。

第三模塊—研究創(chuàng)新性實驗，6個實驗項目，在第二學期選修2個。

第四模塊—仿真實驗，學生自主通過輔導系統(tǒng)進行學習，以拓寬視野。

第五模塊—演示實驗，實驗室面對全校學生開放，學生根據(jù)自己的時間、興趣進行。

3 拓寬實驗開放的內(nèi)涵，教學模式上實行開放性實驗教學

這里所提的“開放性實驗教學”不同于“開放實驗室”，開放性實驗教學著重從2方面著手，首先在時間上實行開放，讓學生有足夠的時間“理解、消化、完成”實驗，原定在一次(6學時)做完的實驗分解為6階段模式：

第1階段：自學、預習。課外預習：閱讀講義及網(wǎng)絡輔助了解儀器等。課內(nèi)預習：熟悉儀器，加深理解，深化預習。

第2階段：教師提出思考題，書面回答，檢驗預習效果。

第3階段：講解思考題及實驗原理。

第4階段：根據(jù)實驗要求設計完整的實驗方案，并一起討論分析和實施。擇最優(yōu)方案實行。

第5階段：指導關鍵操作技巧，學生實驗操作。

第6階段：實驗結(jié)果與分析。

其次，在教學內(nèi)容實行開放，在20個實驗中選8個實驗進行研究。教師僅為學生提供實驗提綱，學生自己查閱相關文獻資料，自己獨立設計實驗方案。開放性實驗教學能使學生從“被動、封閉、受束縛的狀態(tài)”變成“主動、開放、較自由的狀態(tài)”，真正地成為實驗的主人。

4 結(jié)束語

本改革旨在改變傳統(tǒng)的教學體系及模式，探索全新的教學模式。結(jié)果表明：該體系可促使學生主動獨立地學習，積極參加問題的研究和交流，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新素質(zhì)和表達能力，教學質(zhì)量大幅提高。如劉利兵等同學制做出了多種巨介電陶瓷材料；楊凱同學參與研制的物理實驗用激光器一直應用在物理實驗教學中；趙偉同學開發(fā)出“彩虹全息圖的制作”實驗，并應用于實用與高新技術實驗教學中等。多項近代實驗研究的科技成果組隊參加?！疤魬?zhàn)杯”并多次獲獎。學生深入研究積極性高，成效顯著。3年來發(fā)表學術論文21篇。從我們與學生的交流和調(diào)查表問卷反饋的信息來看，改革得到了學生的認可與好評。但近代物理實驗改革是一項系統(tǒng)的、綜合性很強的工作，它需要我們花費更多的精力和時間在今后的具體實踐中不斷地改進和完善。

[1]劉海霞，苗洪利，蓋磊.近代物理實驗教學改革的研究與實踐[J].大學物理，2010，4：55～58

Abstract: In this paper, the practice condition of the deepening of the reform of the modern physics experiment teaching and foster new kind of personals with innovative are introduced. In this paper, we focus on the study of design idea and educational practice in the area of the teaching system and teaching mode.

Key words: modern physics experiment; teaching reform; creative education; teaching system; teaching mode

The educational reform on the modern physics experiment teaching system and teaching mode

Hao Shiming, Liu Xiangru, Li Xinzhong
Henan university of science and technology, Luoyang, 471003, China

2010-10-19

郝世明，碩士，講師。劉香茹，碩士，副教授。李新忠，博士，副教授。

河南科技大學教育教學改革項目(編號：2007Y-051)。