應用物理專業實驗課程教學實踐與總結

葛智勇

摘 要： 本文探討應用物理專業實驗課程與應用物理專業特色之間的關系，對物理專業實驗教學過程中實驗內容的選題、實驗教學手段和方法進行了探索和研究。

關鍵詞： 應用物理專業 實驗教學 教學實踐

在高等教育大發展的今天，如何培養具有創新能力的高素質應用型人才，是我們面臨的首要問題。在此大背景下，我校理學院在2002年就建立了應用物理專業。作為一所培養通信與信息技術人才的高等院校，能夠將專業建設和人才培養緊緊圍繞著現代高新科學技術的飛速發展，緊跟日新月異的知識經濟時代，對人才的培養質量提出了更高的要求。如何根據應用物理專業的特色，讓學生在實驗課程的學習中將知識、方法、技術的應用等轉化為學生的實驗能力，是一個值得高校教育者研究和探討的問題。本文結合筆者多年來開設應用物理專業實驗教學的實踐經驗，就實驗內容的選題、教學手段和方法、學生創新能力培養、科研能力和水平的提高做了探討和總結。

一、專業特色與專業實驗

本校應用物理專業是為適應社會主義現代化建設和信息產業發展需要，培養具有良好的科學文化素質，擁有扎實的自然科學基礎、實驗能力和寬廣的專業知識，并具有創新精神和一定的工程實踐能力及跟蹤學習新知識、新技術的能力，能在物理學和相關交叉學科領域從事科研、教學、產品研發、生產技術等領域既有理科素質又有工科意識的理工復合專業型人才。從專業的特色要求學生不僅有堅實的物理學基礎理論、較廣泛的應用物理知識，還必須掌握物理實驗基本方法和技能，具備運用物理學中某一專門方向的知識和技能進行技術開發和應用研究的初步能力。物理專業實驗課程的開設為應用物理專業人才的培養發揮了支撐作用。

二、實驗課程體系

物理實驗是為應用物理專業學生獨立設置的課程，一般分為普通物理實驗和近代物理實驗兩部分。物理實驗既有與物理理論密切相關的一面，又有其獨立的一面。多年來，物理實驗教學中心根據科學技術的發展和實驗儀器設備的更新及時調整和完善物理實驗的教學體系和教學內容。在進行物理實驗課程項目安排時，既要考慮與理論課進度的銜接，又要考慮實驗課程自己的教學體系與規律。

普通物理實驗包括力學及熱學實驗、電磁學實驗和光學實驗。在開設這些實驗內容時，往往選擇一些綜合性和設計性的實驗，以提高學生的綜合實驗能力和設計能力。例如在力學實驗中，在用拉伸法測金屬絲的楊氏彈性模量實驗基礎上增加用動態懸掛法測工程材料的楊氏彈性模量。它不僅能對脆性材料進行測量，而且能測出在不同溫度下材料的楊氏彈性模量。實驗內容綜合了力學、熱學、電學等知識，特別是能讓學生從信號的產生、振動和波、換能器、信號放大直到示波器的圖像顯示，使學生在實驗過程中掌握多種實驗儀器和技術完成對一個物理量的測量。例如研究晶體的電光效應實驗中，通過觀察電光效應引起晶體光學性質變化的同時，還可以使學生了解晶體電光調制的原理和方法，并且可以進行激光通信的演示，將晶體電光調制電源上輸出的音樂信號通過電光晶體的調制加載于激光，再由PIN光電接收器接收、解調并通過揚聲器播放。這樣不僅實驗內容具有較強的綜合性，而且實驗內容和專業特色聯系緊密。

近代物理實驗是繼普通物理實驗之后的一門涉及物理知識面較廣，更有綜合性和技術性的實驗課程，目前我們分兩個學期進行。近代物理實驗內容的選取除了精選有代表性的近代物理實驗，使學生學到最基本的實驗方法外，還注重新技術的應用。例如實驗項目不僅選取了塞曼效應、法拉第效應、電子的順磁共振、核磁共振等，而且增加了有關納米技術、高溫超導現象研究的實驗內容。例如近代物理實驗中使用掃描隧道顯微鏡（STM）對實際樣品的測試，利用STM針尖可實現對原子的移動和操縱，不僅使學生加深了解量子力學的隧道效應，還掌握了掃描隧道顯微鏡的操作過程，對納米材料的研究有進一步理解。例如X射線實驗裝置系列實驗能讓學生了解到X射線的產生及物理機制，通過將X射線入射到不同物體后的衰減情況了解X射線的性質，還能通過X射線衍射對特定晶體的參數測量等。

目前應用物理專業的普通物理實驗在第二、第三和第四學期開設，共計80學時，第五和第六學期開設近代物理實驗共計48學時。

三、實驗教學手段

課堂教學是實現實驗課程學習目的的中心環節。為了充分調動學生做實驗的積極性和主動性，取得良好的課堂學習效果，我們將整個實驗教學分成以下幾個環節：預習實驗、熟悉實驗、動手操作做實驗、撰寫實驗報告、講解實驗。由于應用物理專業學生人數不多，在上面的幾個環節中，實驗中心采取每周定期開放專業實驗室，實驗室在每一個環節對學生都是全面開放的，讓學生真正成為學習的主體。實驗課前要求學生仔細閱讀實驗教材或有關資料，基本弄懂實驗所用的原理和方法，并學會從中得出主要實驗條件、實驗關鍵及實驗注意事項，根據實驗任務畫好記錄數據的表格。從預習實驗開始到抽查到某個學生講解實驗，每個學生都會到實驗室反復做實驗，詳細了解實驗的每一個細節，并與老師認真探討如何講好講清整個實驗過程，通過這樣的過程，從原理到儀器，從實驗操作到數據處理，學生全方位地掌握這個實驗，不僅熟練掌握了實驗的全過程，而且為學生提供了一個展示自我的舞臺，鍛煉和提高了自己的能力。

應用物理專業的實驗內容是根據專業特點定制的，開設的一些實驗項目與所訂的教材要求不相同，或者所使用儀器不相同，導致學生不能有的放矢地自學、預習，因此我們自行編寫一系列與實際開設實驗項目要求相適應的配套講義。特別是對于近代物理實驗，引導學生明確這門課的目的、要求，注意實驗中的物理思想、實驗方法，而減少實驗步驟方面的內容，培養學生獨立思考的能力。增加教材的探究性，引導學生對問題的思考和假設，提出研究問題，提供查閱材料的線索。

實驗考核是以平時實驗的預習、操作技能和實驗報告為主，占總成績的60%，在普通物理實驗階段，期末考試為筆試和操作考試相結合，檢查學生對實驗項目的數據獲得、數據處理、誤差分析及考查學生的實驗技能。在近代物理實驗期末考試要求學生對某一實驗項目中的一些問題撰寫論文，發表自己的見解，提高學生的研究能力。教師鼓勵學生進行研究探討，積極投稿發表論文，采用多元化實驗成績評定方法。

四、結語

應用物理實驗課程的開設以提高學生的科學素質、實踐能力，培養學生的創造性思維能力、創新意識和解決實際問題的能力為核心，堅持學生為主體、教師為主導的教學方法，經過幾年的實踐與探索，根據專業特色制定專業實驗，結合多種教學手段激發學生實驗的激情，從而提高實驗教學質量。但應用物理專業實驗教學的探索與實踐是一項長期而艱巨的工作，也會遇到許多新問題，還需要運用先進的教育教學理念，在今后的實踐中不斷探索、研究、修正和完善。

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基金項目：南京郵電大學校教改項目（JG00712JX21）