近代物理實驗課程建設對提高物理學專業學生創新能力的研究

代清平 韋俊 周勛

摘要：近代物理實驗是一門綜合性極強的專業實驗課程，對物理學專業學生的科研思維培養有著重要的意義。文章從近代物理實驗室建設、實驗室課程設置、教學方式及考核方式方面來介紹近代物理實驗課程的建設，以提升近代物理實驗課程教學效果。

關鍵詞：近代物理實驗;創新能力;課程建設

中圖分類號：G642 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）14-0388-02

一、引言

近代物理實驗是物理學及應用物理等專業的一門專業必修課程[1]，是一門綜合性極強，有別于力、熱、電、光等的基礎物理實驗課程。近代物理實驗也是一門理論性和綜合性極強的專業實踐課程[2，3]。課程開設的內容主要依托于近現代以來具有劃時代意義的重大物理發現的實驗來作為基本項目，主要是為了讓學生們理解近代以來的重大物理思想。近代物理實驗的學習，不但需要較強的動手能力，而且需要有理論力學、量子力學、熱力學統計、原子物理、電動力學等專業理論課程基礎，只有具有較強的理論基礎才能學好這門綜合性實踐課程。力、熱、電、光等基礎實驗強調學生的動手能力的培養，而近代物理實驗強調學生對物理學思想的理解和科學思維的培養。在大力提倡“一流專業、一流課程”建設的大背景下，借助國家、地方政府、學校不斷加大對實驗室建設的投入，近代物理實驗課程體系的建設能豐富物理學專業的課程建設體系，有利于物理學一流專業建設。同時，加強近代物理實驗課程體系建設，能提升物理學專業學生的創新能力，符合國家大力提倡創新能力建設的要求。

貴州師范大學作為一個地方性省屬師范類高校，2015年被列入省部共建高校。省部共建明確強調了要強化教師教育特色、提高本科教學質量，把貴州師范大學建成為教師教育特色鮮明、多學科協調發展的高水平教學研究型大學。物理學專業是學校的老牌師范專業，具有悠久的學科歷史，為貴州省培養了大量的優秀中學物理教師。但隨著時代的不斷發展，國家對教育工作者提出了更高的要求，要求教師隊伍有較強的創新能力，特別是物理教師對培養學生的創新能力有重要作用。所以，根據學科發展、國家需要及社會需求，物理學專業一流專業建設強調加強學生專業實踐能力培養，提高學生的創新能力。而近代物理實驗作為一門物理學專業的核心課程，是培養學生創新思維和創新能力的重要載體。基于這些背景，我們近幾年加強了近代物理實驗課程的建設。本文將從近代物理實驗室建設、實驗室課程設置、教學方式及評價方式方面來介紹近代物理實驗課程的建設。

二、近代物理實驗室建設

近代物理實驗室建設主要從儀器建設及實驗室管理方面來探討。目前我們近代物理實驗室常規開設的實驗項目有：鈉原子及氫原子光譜實驗、弗蘭克—赫茲實驗、全息照相實驗、G-M計數管及放射性衰變規律的探究、密里根油滴實驗、光速測定、塞曼效應、電子自旋實驗、核磁共振實驗、X射線衍射實驗、等離子輝光放電特性研究、電子衍射實驗、薄膜的制備及真空獲得實驗等。近代物理實驗設備相對于力、熱、光、電普通物理實驗設備要更貴，如X射線儀幾十萬一臺，這對于用于地方性高校的本科實驗還是很難得的。但X射線衍射實驗對學生對固體物理的理解以及培養學生在凝聚態物理及材料學方向的研究有重要的作用，所以我們都極力爭取此類實驗的繼續開展。但是我們在實驗室設備購置方面也會考慮到實驗設備的昂貴，所以我們針對現有的實驗儀器，只配備少量輔助設備增加一些衍生項目。

實驗室管理方面，我們改變了以前的管理模式。我們把近代物理實驗室作為開放性實驗室，讓有興趣的學生在完成必選項目的同時可以有更多的時間進入實驗室進行他們感興趣的探索項目。

三、教學方式調整

近代物理傳統的教學方式，主要是規定實驗項目，規定在相應的時間內完成實驗項目。一般在實驗開始前教師都會給學生講解實驗的相關規則以及實驗注意事項，有些教師還會把實驗演示一番后再讓學生開始實驗。這樣就會造成學生被動地接受相關知識，甚至實驗操作都是教師演示過的，這非常不利于學生學習新的知識，更不利于學生創新能力的培養。基于這些情況，我們對實驗的教學方式做了相應的改變。

1.開設專題講座。首先，我們在近代物理實驗開課之前，我們會開設專門的實驗講座，對近現代以來物理學的重大發現以及相關的物理學史進行介紹。同時還會介紹物理學研究的相關方法，讓學生們學會思考問題，讓他們有去了解前沿科學的動力。其次，我們在實驗項目進行到一半以后，我們就會根據學生學習的相關情況，針對學生們的知識盲點或比較薄弱的知識進行專門的講座，讓學生們深入了解相關的知識，更重要的是學會方法去學習新的科學知識。

2.設置探索性綜合實驗項目。我們在教學改革之前只開設一些傳統的實驗項目，而從教改以后，我們就增加了探索性實驗項目。不但設置有常規的探索性實驗項目，而且學生們可以根據自己的興趣自擬合適的實驗項目，在教師的指導下完成實驗探索。常規的探索項實驗項目有：真空的獲得、薄膜的制備、薄膜透光率的測定、功能材料的制備及晶格測定等。

3.實驗專題討論。在實驗完成一部分后，把學生分組對相關的實驗項目進行總結討論。實驗總結討論分為必做實驗項目的相關問題討論和探索性實驗項目的討論。必做實驗一般為常規的實驗項目如;弗蘭克—赫茲實驗、氫原子光譜實驗及全息照相等十多個實驗。針對這些實驗項目，我們討論的內容主要圍繞實驗原理、實驗注意事項以及指導書后設置的問題進行。目的是提升學生們的實驗技能，加強相關物理學知識的理解。而探索性實驗項目的討論主要圍繞實驗成敗的因素、探索結果的分析以及相關物理知識進行。通過對探索性實驗項目的討論，增強學生分析物理問題的能力，使學生學會解決相關實驗問題，提升其創新能力。

四、評價方式的調整

課程建設教改以前的考核方式分為三部分：實驗操作、實驗報告和期末考試。實驗操作考查的是學生在實驗過程中的操作能力及對實驗現象的分析能力;實驗報告考查的是學生對實驗的總結分析能力;期末考試是以試卷的形式考查學生對整個必做實驗項目的相關知識的掌握情況。課程建設教改以后我們采用的考核方式是對學生的實驗成績進行評價。評價的方式采用平時成績及期末考試成績。平時成績不再單是以前的對必做實驗項目的操作和實驗報告的評價，而是增加了對實驗討論環節的考核以及對相關問題的總結報告的考核。探索性實驗項目的評價主要分為過程性評價和實驗結果評價。

五、結語

通過對近代物理實驗室建設、實驗室課程設置、教學方式及評價方式的改革，效果良好。主要體現在幾個方面：首先，發現學生對近代物理實驗的興趣明顯增強。學生由被動地接受近代物理實驗相關知識變成主動學習相關知識，探索自己未知的知識模塊，主動性明顯增強。其次，學生實驗動手能力明顯增強。因為設置有探索性實驗項目，這些項目需要自己去整合實驗設備，探索實驗方案及解決實驗中出現的問題，增強了學生動手和動腦的能力，為以后的學習打下了堅實的基礎。最后，學生對問題的分析能力明顯提高。通過討論和總結，學生學會了分析實驗結果和物理知識，提升了自身解決問題的能力。總之，通過對近代物理實驗的課程建設及教學改革，提高了學生的自主探索能力，使學生的創新思維得到了很好的訓練，創新能力得到了一定程度的提高。

參考文獻：

[1]劉海霞，苗洪利，蓋磊.近代物理實驗教學改革的研究與實踐[J].大學物理，2010，（04）：57-60.

[2]代清平，周勛，韋俊.近代物理實驗對提高地方高校師范類學生的實驗教學能力研究[J].教育教學論壇，2015，（40）：264-265.

[3]劉向陽，張大蔚，鄭海務，等.近代物理實驗教學改革研究[J].實驗科學與技術，2009，（04）：75-78.

Abstract：Modern physics experiment is a highly comprehensive specialized experimental course，which is of great significance to the cultivation of scientific research thinking of physics students.This paper introduces the construction of modern physics experimental courses from the aspects of modern physics laboratory construction，laboratory curriculum，teaching methods and assessment methods，in order to improve the teaching effect of modern physics experimental courses.

Key words：modern physics experiment;ability to innovate;curriculum construction