近代物理實驗教學改革方向的探討

李金星，朱國良，張 瓏，高 瑜，劉 飛

(湖北師范大學物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

近代物理實驗教學改革方向的探討

李金星，朱國良，張 瓏，高 瑜，劉 飛

(湖北師范大學物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

近代物理實驗有利于培養(yǎng)學生專業(yè)技能、綜合實驗和科研創(chuàng)新等能力。結合湖北師范大學近代物理實驗教學實踐中存在的具體問題，對近代物理實驗教學提出了幾點建議，希望能夠提高近代物理實驗教學的質量效果和學生的興趣，使全體學生都有所收獲。

近代物理實驗；教學改革；實驗教學

近代物理實驗是物理學及相關專業(yè)的一門重要專業(yè)實踐課程，而且主要針對高年級學生開放，其主要目標是培養(yǎng)學生的實驗思維方式、獨立分析和解決問題的能力，以及科技創(chuàng)新能力，在對學生的培養(yǎng)過程中起著很重要的作用。因此，近代物理實驗教學的質量和效果直接影響到我們的培養(yǎng)目標，我們必須加以重視。本文以湖北師范大學近代物理實驗教學現狀為例分析實驗教學存在的問題，并提出幾點改進措施。

1 近代物理實驗教學現狀

近年來，由于物理學專業(yè)的學生人數在總體上有所減少，已有的實驗儀器慢慢變得陳舊落后，更新換代過慢，甚至有些損壞嚴重，而近年來新開發(fā)研究的實驗儀器價格相對來說比較昂貴，學院在物理實驗經費的投入上相對不足；從學生的角度看，隨著社會信息化程度越來越高，學生對原有的實驗越來越缺乏興趣，整體動手能力也有所下降，上課不認真，存在敷衍現象，對于實驗數據的處理也是草草了事，甚至存在抄襲現象，從而使近代物理實驗的教學質量受到了很大的影響，與我們的培養(yǎng)目標相差甚遠。本文以湖北師范大學近代物理實驗教學實踐現狀為例，對近代物理實驗教學提出了幾點改革方向，希望能夠提高近代物理實驗教學的質量和教學效果。

2 近代物理實驗改革方向探討

2.1 教學、科研相結合

近年來，由于物理學專業(yè)學生人數有限，科教儀器價格較高，導致學校對于物理學專業(yè)實驗室的經費投入不足，相反在科研經費的投入上相對較大，為了提高實驗教學質量，我們可以采用教學科研相結合的方法。在材料物理科研中，要制備和測試材料的性能，常常會用到磁力攪拌器，水浴鍋，干燥箱，箱式爐，真空鍍膜儀和電子衍射儀等。利用這些科研儀器設備，可以引導學生參與科研，在提高學習興趣的同時完成一序列的近代物理實驗。比如真空的獲得與測量， 真空鍍膜， 射頻濺射法制備薄膜，電子衍射，晶體缺陷的研究，x射線衍射技術，鐵電材料的基礎知識和電滯回線的測量等等。這樣就可以將近代物理實驗中和材料相關的實驗完全放到材料科研實驗中完成。而激光全息照相，全息干涉計量，彩虹全息，晶體的電光效應及電光調制，數字編碼解碼實驗，光柵的制作等則可以放到光學科研實驗平臺上進行。這樣即解決了教學儀器相對不足的問題，還提高了科研儀器設備的利用率，相關的學科知識也得到了系統(tǒng)化。在學生能力較強的情況下，教師還可以對學生進行細心指導，申請大學生科研、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。對于所做的優(yōu)秀成果，鼓勵學生公開發(fā)表，有利于提高學生的學習興趣、動手能力和科研能力，為部分準備繼續(xù)深造的學生打下良好的基礎。

2.2 與企業(yè)合作研發(fā)產品

最近幾年，高等院校和企業(yè)的合作日益緊密，在培養(yǎng)學生動手能力的時候往往會考慮到學生以后的出路，如果在實驗教學的過程中，能夠讓學生提前參與到和企業(yè)的合作當中的話，相信是一種不錯選擇。在教學經費相對缺乏的情況下，如果有企業(yè)合作投資，學校教師和學生提供技術支持，無疑是一種雙贏局面。如果學生有能力將自己所學的知識應用到現實生活當中，最后能夠變成產品出現的話，對他們的學習是一種最大的肯定和鼓勵，也必然能夠借此提高他們的學習興趣和動手能力。研發(fā)產品的過程，也是對學生知識系統(tǒng)化的過程。例如，我們在研究材料居里溫度的時候，只要弄清楚了測量居里溫度的必要條件，掌握了電子技術的部分知識，我們完全有能力研發(fā)居里溫度測試儀。有材料性質和居里溫度的定義可知，測定裝置必須具備四個功能：

1)提供使樣品磁化的磁場；

2)改變鐵磁物質溫度的溫控裝置；

3)判斷鐵磁物質磁性是否消失的判斷裝置；

4)測量鐵磁物質磁性消失時所對應溫度的測溫裝置。

因此，在開發(fā)居里溫度測試儀器的時候必須要有磁場，加熱爐或加熱燈絲，測量磁場和磁感應強度的裝置(可以采用特斯拉計)以及溫度傳感器。有了這些知識，自己制作居里溫度測試儀就不是很難了。一旦學生自己獨立完成了這一任務，必然會很有成就感，這樣就比采用現成的儀器測定居里溫度的效果好得多。在電磁學實驗部分，如果我們對微波、波導和半導體知識有一定基礎的話，也可以自己制作一些實驗儀器，比如硅片少子壽命實驗儀，少子壽命是表征半導體材料性能的重要指標，它對晶體的完整性異常敏感，直接反映了材料的質量，目前國內有不少課題小組在對這方面進行研究。如果我們的學生有興趣，也有能力完成類似工作的話，必定能夠提高他們的創(chuàng)新能力和就業(yè)競爭力。

2.3 開設專項綜合實驗

在近代物理實驗中，不少實驗原理基礎是類似的。例如，核磁共振，鐵磁共振和順磁共振，主要是觀測電子或質子的自旋，測定朗德因子。有學生反映實驗原理比較難，很難在短時間弄懂。在這種情況下可以將這幾個實驗綜合為磁共振實驗，將其中某一個實驗原理詳細講解，學生弄懂后就可以舉一反三，弄懂另外的實驗，而不是跟原先一樣，每個實驗的原理都略講后做實驗，每次學生都沒有完全弄懂，事倍功半。而且在學習磁共振實驗以前，還可以加入基礎性的實驗，比如材料居里點的測試，磁化率及磁性物質的分類，弱磁性物質磁化率的測定等。而在光學模塊，低頻光柵的制作，全息攝影，數字編碼解碼實驗，光柵光譜儀實驗，氫原子光譜實驗，塞曼效應和普朗克常量的測定也可以合在一起。其中低頻光柵的制作需要學生掌握激光的干涉知識，而全息攝影是在干涉的基礎上加以擴展的，光源相同，光路類似，是一種更為復雜的干涉現象；數字編碼需要用到三維光柵，同時涉及到攝影，數字解碼要用到白光光源等知識點；光柵光譜儀和普朗克常量的測定則都可以用到白光光源和單色儀；通過光柵光譜儀又可以測定光譜在磁場中的分裂情況，也就可以完成塞曼效應實驗，采用鈉燈、汞燈和氘燈又可以完成原子光譜實驗?？傊?，通過專項綜合實驗，學生可以將這些知識點串起來，加深對光學知識及其應用的理解，有效的提高學生的學習興趣，從而提高實驗教學效果，不失為一種實驗教學改革的方向。

2.4 因材施教

近代物理實驗主要針對物理學專業(yè)學生開放，其中部分學生在將來會從事教育工作，部分學生通過考研繼續(xù)深造后會從事材料、光學、理論物理等方面的科研工作。針對不同的學生，我們應因材施教。為了實驗教學和培養(yǎng)學生的講課能力，我們可以讓對教學感興趣的學生選取近代物理實驗種比較經典、實驗原理相對簡單的實驗內容自己講解，老師和其他同學聽課、評課。這樣對講課學生來講有一定的壓力，要想將實驗講清楚，自己對實驗原理的理解必須要有一定的深度，學生必然會自主查找資料加深對該實驗的理解，學到相應的知識。老師和同學的點評也會讓學生了解自己講課的情況，不斷提高自己的講課水平。對于準備考研繼續(xù)深造的同學，開設選做實驗，可以讓學生根據自己的興趣愛好和將來準備從事的方向，自己選定某一專項綜合實驗，加深某一方向專業(yè)知識的理解，同樣能夠提高教學質量和教學效果。這種有針對性的教學方式有利于學生以后的成才與發(fā)展，也有利于本專業(yè)的發(fā)展。

3 總結

針對近代物理實驗教學中存在的問題，提出了幾點建議?？蒲薪虒W相結合可以提高科研儀器設備的利用率，解決教學實驗儀器陳舊、不足的問題，使現有的資源發(fā)揮出更多的作用。通過開設選做實驗和專題綜合實驗，可以發(fā)揮學生的個性特長和興趣；與企業(yè)合作研發(fā)產品，則可以給學生提供一個探索的空間和實踐平臺。通過這些措施我們可以調動學生學習的積極性和主動性，從而提高近代物理實驗教學質量和效果，達到我們預期的培養(yǎng)目標。當然，教學改革不能一蹴而就，它是一個循序漸進的過程，需要經過大家不斷地探索研究，不斷的實踐和完善，最終才能夠有所成效。

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[8]林根金．近代物理實驗教改研究[J]．科教研究，2008，31：107～108．

Exploration of teaching reform direction of modernphysics experiments

LI Jin-xing, ZHU Guo-liang, ZHANG Long,GAO Yu,LIU Fei

(College of Physics and Electronics Science,Hubei Normal University,Huangshi 435002,China)

Modern physics experiment was benefit for the students to improve ability of comprehensive experiment, research and professional skills, etc. Combined with the specific problems of modern physics experiment teaching of Hubei Normal University, some advices provided. We hope that these suggestions will have an effort on improving the modern physics experiment quality of teaching and improving the student's interest. The reform of teaching is beneficial to all the students and enable each student to learn more.

modem physics experiment; teaching reform; experiment teaching

2016—12—07

湖北省教育廳項目(B2015131)

李金星(1980— )，男，湖北大冶人，碩士，高級實驗師，研究方向為量子、熱傳導，物理實驗.

G622.0

A

2096-3149(2017)02- 0101-03

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.02.022