應用物理專業實驗教學研究與探索

駱雯琴，沈宗洋

隨著全球石化能源的逐漸枯竭，以光伏材料為主的新能源產業獲得了良好的發展機遇。2009年1月，江西省頒發了《江西省光伏產業發展規劃》，規劃的目的是為抓住全球新能源推廣及光伏產業興起的機遇，積極搶占市場和技術制高點，為江西崛起新跨越提供有力的產業支撐。經過近三年多的規劃，光伏產業已經發展成為我省重要的支柱產業，光伏材料的研究也受到了越來越大的重視。然而，光伏產業的迅猛發展也凸顯出我省光伏技術人才匱乏這一核心問題。從2009年開始，我校材料科學與工程學院新開設了應用物理專業，該專業的主要目標是為了培養具備光伏材料與太陽能電池所需的材料物理和相關測試技術基礎知識、掌握各種電子功能材料特別是光伏材料性能、結構與制備處理技術理論和運用能力、了解相關器件設計與制造工藝技術的工程技術或研發人才。

根據我校應用物理專業的培養目標，專業實驗課程教學是該專業教學活動中的重要環節之一，它不僅是對理論課程的驗證、補充和拓展，而且在培養學生的創新能力、動手能力和解決實際問題能力等諸多方面發揮著重要的作用，也是促進學生迅速成為適應現代工業生產需要的復合型人才的重要手段[1]。我校應用物理專業實驗教學改革是一個系統工程，它必須為實現我校所確定的專業人才培養目標服務。本文主要從三個方面對我校應用物理專業實驗教學提出一些建議。

一、優化實驗教學體系

實驗教學內容是落實培養目標，開發學生科學思維、培養工程素質、創新意識的實質內涵。應用物理專業的實驗內容是根據專業課程來制定的，因此我們自行編寫了與實際實驗項目要求相適應的配套講義。我們組織了有經驗的教師編寫實驗指導書，在減少驗證性實驗的基礎上，選擇一些有代表性的驗證性實驗，實驗內容由淺到深，實驗項目與時俱進，實驗內容不斷地更新和完善。

在保證實驗課學時與理論課學時相當且符合整個教學計劃安排的前提下，將實驗教學分為基礎性實驗教學和綜合性實驗教學兩個部分。基礎性實驗教學主要是對學生基本技能的訓練，要求學生掌握相關實驗的原理和方法，熟練相關儀器的使用方法并能夠對實驗測試的結果進行分析，為今后從事相關專業工作打下堅實的基礎。基礎性實驗教學環節包括：①太陽光輻射能的檢測；②不同光伏材料電池的性能檢測；③太陽能電池伏-安特性的測定；④光電倍增管光譜響應分布曲線測定；⑤硅光電池特性的研究；⑥真空鍍膜；⑦單體光伏電池的制備；⑧光電器件性能測試與應用。

圖1 綜合性實驗流程圖

在完成以上基礎實驗教學的前提上，再進行綜合性實驗。綜合性實驗過程如圖1所示。綜合性實驗要求學生制備某種材料并進行性能測試分析研究，在實驗過程中要求學生學會使用多種相關儀器設備。實驗題目可以采取教師給定與學生自選兩種不同方式，因材施教、靈活多變；查閱文獻、設計實驗方案、材料制備與性能測試、實驗結果分析等環節則以學生自主、教師指導的方式完成，達到培養學生自主創新能力的目的；最后，由學生撰寫完成實驗報告。整個實驗過程可以讓學生初步了解本專業科學研究的思路與步驟，激發學生發現問題并解決問題的興趣。例如，我們開設了用納米TiO2和藍莓的汁液為染料制備染料敏化太陽能電池的綜合性實驗，并將自制的太陽能電池應用于日常生活中低消耗功率的小電器上，如LED手電筒等。學生認為綜合性實驗教學效果良好，能夠很好地培養他們的動手能力，并加深了對專業相關基礎理論的理解。

二、嚴格實驗教學環節的考核制度

科學地評定學生的實驗成績對引導學生重視實驗教學，正確處理知識、能力和素質的關系具有重要的導向作用[2]。目前，我校材料類相關專業的實驗課程成績主要是根據學生的實驗報告和出勤率來給定，對學生的實際動手能力則缺乏科學的考核標準。這種根據學生實驗報告和出勤率給定成績的簡單做法造成學生對實驗課不重視，實驗報告抄襲現象嚴重等不良后果，并且對有些熱愛實驗課的學生的積極性也是一種挫傷。因此，在嚴格應用物理專業實驗教學環節的考核制度上，我們進行了以下改革嘗試：對于基礎性實驗而言，考核的方式以實驗報告與現場實驗操作各占50%來進行成績的評判，以提高學生對實際動手能力訓練的重視程度；對于綜合性實驗而言，要求學生給出最終實驗樣品，這樣一方面避免有些學生蒙混過關，另一方面通過實體樣品的制備，也可激發部分學生在成功完成實驗后的成就感，加強他們對本專業的熱愛。

三、合理分組，充分利用資源

由于實驗儀器的配備數量限制，因此必須根據不同的實驗項目對學生進行合理的分組，達到訓練學生和最大程度利用教學儀器的雙重目的。在有限的教學課時前提下，如果每組人數分配過多會導致有些學生不能輪到親自動手的機會，這樣就沒有達到實驗教學的目的，也失去了實驗課培養學生動手能力的意義；如果每組人數分配過少，一方面不利于培養學生的團隊協作精神，另一方面也會大大提高實驗教學成本[3]。因此，我們根據基礎性實驗和綜合性實驗的不同特點，進行了以下改革嘗試：基礎性實驗每組的人數為4~5人，先由老師講解相關實驗原理、實驗步驟、實驗儀器的使用方法，然后由學生以小組為單位自己動手完成實驗并撰寫實驗報告，實驗過程中老師會采取巡視的方式監督實驗進程，發現問題及時進行指導。綜合性實驗每組的人數為2－3人，大家集思廣益，共同完成實驗目標。

另外，由于某些實驗設備價格昂貴，存在套數不足的問題，因此，個別實驗不是每個學生都能親自動手去做。對于一些要使用價格非常昂貴的設備來進行的實驗，比如測試光伏材料的量子效率實驗，學校要求只能安排演示實驗，這對學生在理解和吸收專業課中該知識點造成一定的影響。為此，我們可以給學生提供設備和經費支持，采取導師制的方式，根據雙向選擇，讓有興趣的學生提前進入導師課題組，可以把導師課題中的部分研究內容作為學生的研究課題。學生從指導老師處了解到實驗課題后，從查閱資料、閱讀文獻、學習有關理論開始，先提出自己的實驗研究方案，經與指導老師討論后，開始實驗研究。另外，材料性能測試所用到的一些大型設備，我校國家日用及建筑陶瓷工程中心根據學校政策會給每個學生免費提供一定量的經費支持，如X射線衍射(XRD)物相分析、掃描電子顯微鏡(SEM)微觀形貌分析等。實驗結束后，要求學生認真分析和處理相關實驗數據，最后以科技論文的格式寫出實驗報告[4]。

應用物理專業是我校的新增專業，在專業實驗的教學上還缺乏較多的實踐經驗。隨著辦學時間的增加，我們將會通過對教學過程中出現的問題進行總結和分析，促進該實驗課程的教學模式得到更進一步的完善。

[1]葉宏，閆忠琳.材料科學與工程專業實踐教學環節的現狀與對策[J].重慶科技學院學報：社會科學版，2007，(2)：126.

[2]馬泉山，劉廣君.材料類專業實驗教學環節的現狀與改進措施探討[J].實驗技術與管理，2010，(6)：150-152.

[3]江民紅，陳國華，唐艷平，陳旭，劉心宇.材料物理性能實驗的教學現狀分析與教改思路[J].桂林電子科技大學學報，2008，(2)：143-145.

[4]王心芬，張秀榮.應用物理專業人才培養模式的探索[J].江蘇科技大學學報，2006，(3)：99.