近代物理實驗教學改革的探索與研究

魏學剛 馬俊 周永杰 李斐

【摘要】近代物理實驗是一門理論性、綜合性較強的實驗課程，對培養(yǎng)師范院校學生的實踐能力和創(chuàng)新能力有著重要的地位。從改革實驗教學內(nèi)容、實驗教學方法等方面提出了對近代物理實驗進行教學改革，采用開放式教學模式，構(gòu)建以物理專業(yè)人才的基礎知識、實驗創(chuàng)新能力和綜合實驗能力培養(yǎng)為目標的模塊化近代物理實驗課程新體系。

【關鍵詞】近代物理實驗 教學模式 教學改革 模塊化 課程新體系

【基金項目】2017年青海師范大學教學研究項目（項目編號：qhnujy2017121）；青海師范大學中青年科研基金項目。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）04-0181-02

1.引言

近代物理實驗是一門集近代物理思想、理論和實驗技術于一體的物理專業(yè)高年級學生必修的專業(yè)基礎課程，它以物理學發(fā)展歷史上最有代表性、并對物理學發(fā)展起重要作用的著名實驗，以及在實驗技術和實驗方法上具有顯著時代性的實驗為教學內(nèi)容，具有很強的綜合性、技術性、時代性和前瞻性[1，2]。開設這門課程的目的是通過全面、系統(tǒng)的實驗訓練來豐富和發(fā)展學生的物理思想，提高學生科學地觀察、分析、研究和解決問題的能力，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度與工作作風，為以后的學習和工作打下堅實的基礎[3]。對于師范院校來說，近代物理實驗對于物理學專業(yè)本科生研究探索能力和動手實踐能力的培養(yǎng)更具有關鍵意義，結(jié)合我校近代物理教研室近幾年來的教學實踐，提出對于師范院校如何提高近代物理實驗教學效果，進一步培養(yǎng)學生獨立思考能力，動手實踐能力以及解決復雜問題的能力。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容，構(gòu)建近代物理新教學體系

師范院校近代物理實驗新教學體側(cè)重于培養(yǎng)學生的獨立思考能力、實驗動手實踐能力、解決問題能力及物理思維能力，同時應該熟練掌握相關實驗的研究背景、實驗所涉及的內(nèi)容和發(fā)展過程。學生通過對近代物理實驗的學習，首先要根據(jù)近代物理實驗教學大綱的基本要求，精選有代表性的近代物理實驗，其中包括物理學發(fā)展史中里程碑式的經(jīng)典實驗，這些實驗大部分曾獲得諾貝爾獎，如拉曼散射、塞曼效應、掃描隧道顯微鏡等[4]。通過對這些經(jīng)典實驗的重復來完成對物理量的測量及物理規(guī)律的驗證，在此過程中訓練學生基本的科研素養(yǎng)、分析問題和解決實際問題的能力，使學生掌握這些重要實驗方法和研究手段，同時培養(yǎng)學生獨立思考問題的能力。其次，設置一些專題研究型實驗，可以作為基本實驗的深入和補充，學生在做完近代物理經(jīng)典實驗的基礎上開展專題研究型實驗。近代物理實驗室充分利用現(xiàn)有的大型儀器，除了基礎型實驗開出的題目外，提供儀器和場地讓學生進行專題研究型實驗的訓練。專題研究型實驗課程由帶課老師給出，例如，真空鍍膜相關的納米材料的制備及測量實驗、物質(zhì)光譜特性及光學性質(zhì)測定、物相結(jié)構(gòu)的測試和研究等相關專題研究型實驗內(nèi)容，由學生制定實驗方案，包括實驗方法、步驟、所用設備和預期結(jié)果，在此過程中提高學生的實驗能力和解決實際問題的能力，經(jīng)過深入的專題研究型實驗增加學生的實驗知識并提高獨立工作能力。最后，可以設置一些綜合創(chuàng)新型實驗，學生通過查閱相關資料，結(jié)合教師的科研項目提出一些具有探索價值的問題，經(jīng)過教師的篩選和同意，并在教師的指導下，學生自行組織和進行實驗，由學生自行設計實驗。這類實驗將充分利用學生的興趣，發(fā)揮學生的積極性和主觀性，在其自主實驗的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力，組織專業(yè)基礎選修課和文獻閱讀。指導學生做本科畢業(yè)論文，主要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高科學研究能力，由教師提出論文題目，與選定題目的學生討論論文計劃，實驗方案由學生獨立完成，充分發(fā)揮實驗設備作用，改進實驗進而建立新的實驗裝置。

3.開設近代物理實驗先導性專題講座

近代物理實驗是建立在普通物理實驗基礎之上，所需邏輯思維嚴密、涵蓋學科領域知識廣、實驗原理比較抽象的一門課程。大部分學生在完成近代物理實驗的過程中，實驗原理含糊不清，實驗目的不明確，操作過程按照說明書照抄照搬，甚至在一些實驗室上通過模仿演示實驗或者其他組實驗來完成實驗操作，導致學生在完成近代物理實驗過程中沒有任何收獲感。這樣久而久之，同學們感到近代物理實驗難，不僅實驗原理難以理解，實驗方法和操作步驟也較為繁瑣復雜，逐步失去對實驗的研究意義，更談不上去開展創(chuàng)新實驗。結(jié)合物理學的實際學習內(nèi)容和師范專業(yè)的教育方針，以保證學生的知識學以致用，為以后更好的學習專業(yè)課和今后工作奠定基礎。所以在近代物理實驗前，進行一些先導專題講座，一方面為了擴增學生在近代物理實驗方面相關研究領域的知識面，把近代物理中的一些著名實驗、重要物理思想、研究手段和一些近代物理實驗技術作一個介紹，學生可以作實驗前準備；另一方面為了學生對近代物理實驗產(chǎn)生興趣和更好的理解實驗原理，針對實驗模塊中的光譜分析技術、微波技術磁共振技術、真空技術、低溫技術、和材料微觀結(jié)構(gòu)分析技術等。讓學生了解導致近代物理重要思想和概念產(chǎn)生的實驗和理論背景，了解現(xiàn)代技術的源泉，以及它們對近代物理學、現(xiàn)代科技和文明的影響。通過先導專題講座激發(fā)學生對近代物理實驗的興趣和其創(chuàng)新思維。

4.實驗開放式實驗教學，建設開放式實驗教學體系

為了堅持素質(zhì)教育和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)，提高學生學習的主動性、積極性、創(chuàng)造性，給學生學習、實踐、研究提供平臺，對近代物理實驗室進行開放式教學。近代物理開放式教學主要從時間上實行開放。開放包括規(guī)定、預約、自由開放時間，規(guī)定開放時間就是對于近代物理實驗課程安排的必做經(jīng)典物理實驗，如果學生在規(guī)定的課時時間內(nèi)未能達到實驗要求，學生可延長實驗時間來完成，從而使學生充分掌握實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗操作及相關知識，提高學生的理論知識水平和動手操作能力。預約開放時間是學生根據(jù)專題研究型實驗需要向?qū)嶒炇翌A約登記安排開放時間，利用實驗儀器、網(wǎng)絡、圖書資料等條件，查閱資料和教材， 掌握實驗原理和物理思想，掌握實驗設計、實驗原理、實驗結(jié)論和實驗過程來完成專題研究型實驗。自由開放時間就是對于一些綜合創(chuàng)新型實驗的樣品制備室、測試室和相關實驗室，可以隨時對學生開放，如需要就可對其開放。自由開放式實驗教學能使學生在綜合創(chuàng)新型實驗中從“被動、封閉、受束縛的狀態(tài)”變成“主動、開放、較自由的狀態(tài)”。學生在實驗中可以提出許多實驗方案，并可以對改進實驗提出建議，充分發(fā)揮他們的才能，提高創(chuàng)新意識[5]。這種開放的教學模式大大提高儀器設備的利用效率，提高教學效益。也有利于開闊學生思維和視野，激發(fā)了學生學習、研究和創(chuàng)新興趣，鞏固學生的專業(yè)知識和加強他們的實驗技能，提高他們探索和解決問題的能力，為他們今后開展創(chuàng)新實踐、科學研究奠定了良好基礎。

5.結(jié)語

我們將通過采用優(yōu)化近代物理實驗教學內(nèi)容，構(gòu)建近代物理新教學體系，開設先導性專題講座和建設開放式實驗教學體系的方式來提高近代物理實驗教學質(zhì)量，以達到調(diào)動學生的學習積極性、活躍學生的物理思維、鍛煉他們的洞察能力，以利于培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W作風，并形成創(chuàng)新探索研究的能力。

參考文獻：

[1]李愛俠，葉柳，張子云，等.近代物理實驗教學改革與大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2010（4）：77.

[2]彭勇宜，李宏建，郭光華.基于學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的近代物理實驗教學改革研究[J].創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育，2016（1）：122. [3]霍漢平.近代物理實驗教學改革的探索和實踐[J]. 教育與職業(yè)，2006（29）：154.

[4]朱生傳.關于改進和充實近代物理實驗的一些設想[J]. 物理實驗，2002（1）：22.

[5]沈桂平，駱萬發(fā).近代物理實驗新課程體系構(gòu)建的改革與實踐[J].物理實驗，2009（8）：17.

作者簡介：

魏學剛（1987-），男，甘肅武威人，講師，碩士，主要從事近代物理實驗教學，研究方向：半導體材料。