針對(duì)本校物理專業(yè)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的改革與探索

丁星星　王秀杰　戚輝

【摘要】文章以本校物理專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，分析了物理專業(yè)學(xué)生課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及近代物理實(shí)驗(yàn)的開設(shè)情況，以此從教學(xué)方式、考核方式、儀器管理等方面提出了幾點(diǎn)建議，更好地推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】課內(nèi)實(shí)驗(yàn) 近代物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)方式 考核方式 儀器管理

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）11-0193-02

中原工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心從1955年建校開始一直為工科學(xué)生服務(wù)，在2004年建立數(shù)理系時(shí)才接收了第一屆物理專業(yè)學(xué)生，2005年開設(shè)了近代物理實(shí)驗(yàn)，從第一屆物理專業(yè)學(xué)生到如今，物理實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展取得了快速的成就，其中也存在許多可改進(jìn)之處。

物理實(shí)驗(yàn)中心在承擔(dān)普通理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一并承擔(dān)了物理專業(yè)學(xué)生的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是隨著大學(xué)物理課的進(jìn)度及內(nèi)容開設(shè)的與理論知識(shí)相配套的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，是對(duì)理論知識(shí)的再現(xiàn)；近代物理實(shí)驗(yàn)則是學(xué)生在修完大學(xué)物理后開設(shè)的和專業(yè)知識(shí)、專業(yè)思想相聯(lián)系的理論起點(diǎn)更高，綜合性、科研性、技術(shù)性及前沿性更強(qiáng)的一門實(shí)驗(yàn)[1]，兩者在對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃中性質(zhì)不同，但地位同等重要，怎樣在有限的課時(shí)里更好的利用實(shí)驗(yàn)室資源，調(diào)動(dòng)老師和學(xué)生的激情，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，我們做了以下的教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)探索，并獲得了一定的成效。

1.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

物理專業(yè)學(xué)生做的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為分力、熱、光、電四個(gè)方面的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在學(xué)完相關(guān)理論知識(shí)后到實(shí)驗(yàn)室所做的驗(yàn)證、綜合性實(shí)驗(yàn)。其中實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境都是和工科學(xué)生一樣的，但怎樣開設(shè)更貼近專業(yè)，更好的開發(fā)學(xué)生們的潛能呢？思索如下：

1.1 教學(xué)方式

（1）項(xiàng)目式教學(xué)

物理學(xué)生在上完理論課后，他們應(yīng)該對(duì)理論知識(shí)有個(gè)連貫的認(rèn)識(shí)，而不能僅僅局限于這章這節(jié)的某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，但大多數(shù)學(xué)生都是這種碎片式學(xué)習(xí)，如果專業(yè)知識(shí)掌握不成體系，則培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新思維基本上就是空談。為了強(qiáng)迫學(xué)生去學(xué)習(xí)或者說給他們一個(gè)思維發(fā)展的空間，在實(shí)驗(yàn)課上我們則采取打包教學(xué)模式，把主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生來講解實(shí)驗(yàn)的相關(guān)原理，并互動(dòng)提問、補(bǔ)充，老師則只需講解儀器的設(shè)計(jì)原理，用到的相關(guān)技術(shù)、思想，并在學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)以后，回去要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告中寫出自己的心得和對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)的建議。

（2）演示性實(shí)驗(yàn)

教具在教學(xué)過程中起到了直觀、生動(dòng)、形象、易于理解的教學(xué)效果，在中學(xué)的物理教學(xué)中被物理老師所青睞，但到了大學(xué)里，由于課時(shí)有限，課堂內(nèi)容多且抽象難懂，公式推導(dǎo)計(jì)算多，教學(xué)課堂不固定等特點(diǎn)，基本上教學(xué)過程中不再出現(xiàn)教具，但教具所達(dá)到的直觀效果和對(duì)教學(xué)氣氛的調(diào)節(jié)作用確是多媒體教學(xué)不可替代的。

在2005年本校教學(xué)評(píng)估期間，物理實(shí)驗(yàn)中心投資購買了一批演示實(shí)驗(yàn)儀，構(gòu)建了演示實(shí)驗(yàn)室。演示實(shí)驗(yàn)室是開放實(shí)驗(yàn)室，有專門老師負(fù)責(zé)看管，但由于不是強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)，學(xué)生去的次數(shù)不多，而且大都是走馬觀花，看個(gè)表面，這在一定程度上就浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)室的人力和物力。針對(duì)這種現(xiàn)象，建議將部分演示實(shí)驗(yàn)儀搬移到內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的必做實(shí)驗(yàn)室，以此起到更好的補(bǔ)充利用作用。通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)的演示和應(yīng)用來豐富學(xué)生的眼界，打開學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣及實(shí)踐動(dòng)手能力。

（3）自己當(dāng)老師

物理學(xué)生在上完實(shí)驗(yàn)課以后，只是完成了實(shí)驗(yàn)的一半，我們要求每個(gè)物理學(xué)生要在做的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中選一個(gè)來給工科學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)。不僅要講清實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還要講實(shí)驗(yàn)操作，解決實(shí)驗(yàn)過程中工科學(xué)生出現(xiàn)的各種問題，并批改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

會(huì)做不一定會(huì)說，好多同學(xué)第一次上講臺(tái)講課，緊張的說不出話，該說的關(guān)鍵內(nèi)容也都忘掉了。為了能上好課，有的同學(xué)會(huì)來聽兩三回，有的則做了精美，內(nèi)容豐富的PPT。整個(gè)流程下來，鍛煉了學(xué)生的思維能力，自我學(xué)習(xí)能力，語言表達(dá)能力，解決問題的能力，動(dòng)手操作能力以及和同學(xué)們的交流互動(dòng)能力，多角度體現(xiàn)了素質(zhì)教育。

1.2 考核方式

對(duì)每一個(gè)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的考核分為四部分：（1）預(yù)習(xí)部分（包括預(yù)習(xí)思考題、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)表格的繪制、課堂講述、隨機(jī)提問）；（2）課堂操作（操作過程、數(shù)據(jù)記錄）；（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告（實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、思考題、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)）；（4）給工科學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課，因此針對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的最后得分為這四部分按一定系數(shù)的加權(quán)。

2.近代物理實(shí)驗(yàn)

近代物理實(shí)驗(yàn)是物理專業(yè)學(xué)生在大二下學(xué)期開設(shè)的，所需專業(yè)知識(shí)更深層的實(shí)驗(yàn)。此時(shí)學(xué)生在經(jīng)過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，已對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、實(shí)驗(yàn)操作程序、基本儀器使用方法都已很熟悉。

2.1 教學(xué)隊(duì)伍的重建

近代物理實(shí)驗(yàn)相對(duì)普通物理實(shí)驗(yàn)理論性更強(qiáng)，但現(xiàn)在主要是由物理實(shí)驗(yàn)中心的專職老師任講，其中存在的問題有：（1）老師對(duì)專業(yè)學(xué)生不熟悉，很難課后追蹤，補(bǔ)差補(bǔ)短，或是發(fā)揮學(xué)生的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高；（2）實(shí)驗(yàn)老師精力有限，還要面對(duì)全校工科生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，很難有時(shí)間把近代物理方面的理論知識(shí)吃透，并隨時(shí)把握科技的前沿，做到知識(shí)與儀器的及時(shí)更新。針對(duì)上面師資方面的問題，迫切需要成立近代物理實(shí)驗(yàn)教研室，成建一支穩(wěn)定的、高水平的近代物理課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，也可以像其它專業(yè)實(shí)驗(yàn)一樣由專業(yè)老師代課，物理實(shí)驗(yàn)中心的老師做些輔助教學(xué)工作，要打破長期以來基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)課程實(shí)驗(yàn)由物理實(shí)驗(yàn)中心承包的制度。

2.2 儀器的優(yōu)化整合

響應(yīng)國家號(hào)召，重視實(shí)踐能力，創(chuàng)新能力，隨著資金的投入，近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也越來越多，舊的儀器也慢慢淘汰，但是有些項(xiàng)目內(nèi)容是類似的，儀器也只是在技術(shù)上做部分改造，如果舊的儀器淘汰太可惜，如實(shí)驗(yàn)中電子荷質(zhì)比測(cè)量儀、測(cè)定螺線管磁場(chǎng)裝置、電子束實(shí)驗(yàn)儀，這三種實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理基本相同，我們可以這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做系統(tǒng)的歸類、整理，讓學(xué)生有更多的選擇余地，對(duì)新舊儀器及實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)上進(jìn)行對(duì)比，寫出更好的設(shè)計(jì)思路。

2.3 研究性教學(xué)方式

近代物理實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其范圍包括核物理、原子物理、粒子物理、現(xiàn)代光學(xué)等，這些實(shí)驗(yàn)大都是獲得諾貝爾獎(jiǎng)的經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)，通過這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使得物理專業(yè)學(xué)生無論從實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)理論、思想起源、設(shè)備的選取、實(shí)驗(yàn)結(jié)論各方面都得到一定的啟發(fā)，豐富了學(xué)生的物理思想，端正了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，縮短了基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究之間的距離[2]。

在近代物理實(shí)驗(yàn)中，一些教師又根據(jù)自己的科研項(xiàng)目、工作經(jīng)歷、專業(yè)特長發(fā)展了研究實(shí)驗(yàn)。其中比較有特色的研究性實(shí)驗(yàn)為：赫爾槽實(shí)驗(yàn)、金屬-固體微粒復(fù)合膜電鑄工藝研究、顆粒材料外部雜質(zhì)的檢測(cè)。這些實(shí)驗(yàn)由于可操作性強(qiáng)、與工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系緊密、實(shí)用技術(shù)檢測(cè)手段等特點(diǎn)被融入到了近代物理實(shí)驗(yàn)中，為專業(yè)物理學(xué)生和一些相關(guān)專業(yè)的學(xué)生如應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、高分子專業(yè)所開設(shè)。赫爾槽實(shí)驗(yàn)和復(fù)合膜電鑄工藝研究同屬于化學(xué)電鑄實(shí)驗(yàn)，其中第一個(gè)是第二個(gè)的預(yù)備實(shí)驗(yàn)。在赫爾槽實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生先熟悉儀器，準(zhǔn)備材料，在銅陰極上鍍鎳，確定出合適的鍍液電流密度，在復(fù)合膜電鑄實(shí)驗(yàn)中再根據(jù)上個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果給銅板鍍鎳和金剛石微粉的復(fù)合膜。由于第一次接觸偏于材料化學(xué)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生都很感興趣，在實(shí)驗(yàn)過程中，教師不給學(xué)生任何說明，把涉及到的儀器、操作說明書全部復(fù)印給學(xué)生，學(xué)生嚴(yán)格按照儀器操作說明，根據(jù)要測(cè)數(shù)據(jù)，同組人商量更好的測(cè)量方式。每組學(xué)生測(cè)得的數(shù)據(jù)，鍍膜狀況各不相同，最后把電子顯微鏡觀察的圖片存到電腦桌面，并拷回去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

研究性實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、科學(xué)的探究能力，強(qiáng)化了科學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)、生活的密切聯(lián)系，起到了普通實(shí)驗(yàn)所達(dá)不到的效果。

在理論課老師和實(shí)驗(yàn)課老師的共同合作努力下，物理專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)資源越來越優(yōu)越，同時(shí)也加強(qiáng)了老師和學(xué)生間的交流，推動(dòng)了個(gè)人的發(fā)展和專業(yè)質(zhì)量的提高。物理學(xué)是一門不斷發(fā)展的科學(xué)，不斷開拓新領(lǐng)域，它向著物質(zhì)世界的深度和廣度進(jìn)軍，探索著物質(zhì)世界及其運(yùn)動(dòng)的規(guī)律[3]，滲透生產(chǎn)、生活各個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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[2]祖小濤，方麗梅，霍中生.加強(qiáng)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006，23（1）：13-14.+

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993.1-492.

作者簡(jiǎn)介：

丁星星（1982-），女，河南省鄭州市人，中原工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)師，主要從事理工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室的管理研究。