近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與研究

魏學(xué)剛 馬俊 周永杰 李斐

【摘要】近代物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)理論性、綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)培養(yǎng)師范院校學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力有著重要的地位。從改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面提出了對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)改革，采用開(kāi)放式教學(xué)模式，構(gòu)建以物理專(zhuān)業(yè)人才的基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)為目標(biāo)的模塊化近代物理實(shí)驗(yàn)課程新體系。

【關(guān)鍵詞】近代物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)模式 教學(xué)改革 模塊化 課程新體系

【基金項(xiàng)目】2017年青海師范大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：qhnujy2017121）；青海師范大學(xué)中青年科研基金項(xiàng)目。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）04-0181-02

1.引言

近代物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)集近代物理思想、理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)于一體的物理專(zhuān)業(yè)高年級(jí)學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，它以物理學(xué)發(fā)展歷史上最有代表性、并對(duì)物理學(xué)發(fā)展起重要作用的著名實(shí)驗(yàn)，以及在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法上具有顯著時(shí)代性的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)容，具有很強(qiáng)的綜合性、技術(shù)性、時(shí)代性和前瞻性[1，2]。開(kāi)設(shè)這門(mén)課程的目的是通過(guò)全面、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練來(lái)豐富和發(fā)展學(xué)生的物理思想，提高學(xué)生科學(xué)地觀察、分析、研究和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與工作作風(fēng)，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。對(duì)于師范院校來(lái)說(shuō)，近代物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生研究探索能力和動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)更具有關(guān)鍵意義，結(jié)合我校近代物理教研室近幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，提出對(duì)于師范院校如何提高近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，動(dòng)手實(shí)踐能力以及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建近代物理新教學(xué)體系

師范院校近代物理實(shí)驗(yàn)新教學(xué)體側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手實(shí)踐能力、解決問(wèn)題能力及物理思維能力，同時(shí)應(yīng)該熟練掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究背景、實(shí)驗(yàn)所涉及的內(nèi)容和發(fā)展過(guò)程。學(xué)生通過(guò)對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，首先要根據(jù)近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的基本要求，精選有代表性的近代物理實(shí)驗(yàn)，其中包括物理學(xué)發(fā)展史中里程碑式的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)大部分曾獲得諾貝爾獎(jiǎng)，如拉曼散射、塞曼效應(yīng)、掃描隧道顯微鏡等[4]。通過(guò)對(duì)這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的重復(fù)來(lái)完成對(duì)物理量的測(cè)量及物理規(guī)律的驗(yàn)證，在此過(guò)程中訓(xùn)練學(xué)生基本的科研素養(yǎng)、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生掌握這些重要實(shí)驗(yàn)方法和研究手段，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力。其次，設(shè)置一些專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)，可以作為基本實(shí)驗(yàn)的深入和補(bǔ)充，學(xué)生在做完近代物理經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)。近代物理實(shí)驗(yàn)室充分利用現(xiàn)有的大型儀器，除了基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)開(kāi)出的題目外，提供儀器和場(chǎng)地讓學(xué)生進(jìn)行專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)課程由帶課老師給出，例如，真空鍍膜相關(guān)的納米材料的制備及測(cè)量實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)光譜特性及光學(xué)性質(zhì)測(cè)定、物相結(jié)構(gòu)的測(cè)試和研究等相關(guān)專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)方法、步驟、所用設(shè)備和預(yù)期結(jié)果，在此過(guò)程中提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰徒鉀Q實(shí)際問(wèn)題的能力，經(jīng)過(guò)深入的專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識(shí)并提高獨(dú)立工作能力。最后，可以設(shè)置一些綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)資料，結(jié)合教師的科研項(xiàng)目提出一些具有探索價(jià)值的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)教師的篩選和同意，并在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自行組織和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)將充分利用學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主觀性，在其自主實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力，組織專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)選修課和文獻(xiàn)閱讀。指導(dǎo)學(xué)生做本科畢業(yè)論文，主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高科學(xué)研究能力，由教師提出論文題目，與選定題目的學(xué)生討論論文計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)方案由學(xué)生獨(dú)立完成，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)設(shè)備作用，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)而建立新的實(shí)驗(yàn)裝置。

3.開(kāi)設(shè)近代物理實(shí)驗(yàn)先導(dǎo)性專(zhuān)題講座

近代物理實(shí)驗(yàn)是建立在普通物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，所需邏輯思維嚴(yán)密、涵蓋學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)廣、實(shí)驗(yàn)原理比較抽象的一門(mén)課程。大部分學(xué)生在完成近代物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)原理含糊不清，實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_，操作過(guò)程按照說(shuō)明書(shū)照抄照搬，甚至在一些實(shí)驗(yàn)室上通過(guò)模仿演示實(shí)驗(yàn)或者其他組實(shí)驗(yàn)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致學(xué)生在完成近代物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有任何收獲感。這樣久而久之，同學(xué)們感到近代物理實(shí)驗(yàn)難，不僅實(shí)驗(yàn)原理難以理解，實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟也較為繁瑣復(fù)雜，逐步失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的研究意義，更談不上去開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。結(jié)合物理學(xué)的實(shí)際學(xué)習(xí)內(nèi)容和師范專(zhuān)業(yè)的教育方針，以保證學(xué)生的知識(shí)學(xué)以致用，為以后更好的學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課和今后工作奠定基礎(chǔ)。所以在近代物理實(shí)驗(yàn)前，進(jìn)行一些先導(dǎo)專(zhuān)題講座，一方面為了擴(kuò)增學(xué)生在近代物理實(shí)驗(yàn)方面相關(guān)研究領(lǐng)域的知識(shí)面，把近代物理中的一些著名實(shí)驗(yàn)、重要物理思想、研究手段和一些近代物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)作一個(gè)介紹，學(xué)生可以作實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備；另一方面為了學(xué)生對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生興趣和更好的理解實(shí)驗(yàn)原理，針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的光譜分析技術(shù)、微波技術(shù)磁共振技術(shù)、真空技術(shù)、低溫技術(shù)、和材料微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)等。讓學(xué)生了解導(dǎo)致近代物理重要思想和概念產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)和理論背景，了解現(xiàn)代技術(shù)的源泉，以及它們對(duì)近代物理學(xué)、現(xiàn)代科技和文明的影響。通過(guò)先導(dǎo)專(zhuān)題講座激發(fā)學(xué)生對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)的興趣和其創(chuàng)新思維。

4.實(shí)驗(yàn)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建設(shè)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

為了堅(jiān)持素質(zhì)教育和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性，給學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐、研究提供平臺(tái)，對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開(kāi)放式教學(xué)。近代物理開(kāi)放式教學(xué)主要從時(shí)間上實(shí)行開(kāi)放。開(kāi)放包括規(guī)定、預(yù)約、自由開(kāi)放時(shí)間，規(guī)定開(kāi)放時(shí)間就是對(duì)于近代物理實(shí)驗(yàn)課程安排的必做經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)，如果學(xué)生在規(guī)定的課時(shí)時(shí)間內(nèi)未能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生可延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間來(lái)完成，從而使學(xué)生充分掌握實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作及相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的理論知識(shí)水平和動(dòng)手操作能力。預(yù)約開(kāi)放時(shí)間是學(xué)生根據(jù)專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)需要向?qū)嶒?yàn)室預(yù)約登記安排開(kāi)放時(shí)間，利用實(shí)驗(yàn)儀器、網(wǎng)絡(luò)、圖書(shū)資料等條件，查閱資料和教材， 掌握實(shí)驗(yàn)原理和物理思想，掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論和實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)完成專(zhuān)題研究型實(shí)驗(yàn)。自由開(kāi)放時(shí)間就是對(duì)于一些綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的樣品制備室、測(cè)試室和相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，可以隨時(shí)對(duì)學(xué)生開(kāi)放，如需要就可對(duì)其開(kāi)放。自由開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)能使學(xué)生在綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)中從“被動(dòng)、封閉、受束縛的狀態(tài)”變成“主動(dòng)、開(kāi)放、較自由的狀態(tài)”。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以提出許多實(shí)驗(yàn)方案，并可以對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)提出建議，充分發(fā)揮他們的才能，提高創(chuàng)新意識(shí)[5]。這種開(kāi)放的教學(xué)模式大大提高儀器設(shè)備的利用效率，提高教學(xué)效益。也有利于開(kāi)闊學(xué)生思維和視野，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)、研究和創(chuàng)新興趣，鞏固學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和加強(qiáng)他們的實(shí)驗(yàn)技能，提高他們探索和解決問(wèn)題的能力，為他們今后開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐、科學(xué)研究奠定了良好基礎(chǔ)。

5.結(jié)語(yǔ)

我們將通過(guò)采用優(yōu)化近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建近代物理新教學(xué)體系，開(kāi)設(shè)先導(dǎo)性專(zhuān)題講座和建設(shè)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的方式來(lái)提高近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，以達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、活躍學(xué)生的物理思維、鍛煉他們的洞察能力，以利于培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，并形成創(chuàng)新探索研究的能力。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

魏學(xué)剛（1987-），男，甘肅武威人，講師，碩士，主要從事近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，研究方向：半導(dǎo)體材料。