近代物理實驗課程授課模式改革研究*

劉京津 高宗慧

(天津大學理學院 天津 300350)

近代物理實驗是專門為物理專業的學生開設的一門實驗基礎課程.其特點是知識面廣，綜合性強，并且靠近科學的前沿.

近代物理主要是指19世紀末和20世紀初開始建立的相對論、量子力學和物質的微觀結構理論,包含原子分子物理、原子核物理、粒子物理和固體物理.而近代物理實驗是在近代物理研究、發展和應用過程中的相關實驗，大致可分為6個模塊，詳見本文表1所示.開設近代物理實驗課程的意義在于開拓物理專業學生的知識面，讓學生提前感受科研的過程，培養學生分析問題，解決問題的能力.進而為后續的科研工作打好堅實的基礎.

表1 近代物理實驗模塊目錄

1 近代物理實驗課程的現狀

以天津大學近代物理實驗課程為例，這門課程包含了大部分經典的、獲得諾貝爾獎的實驗內容，近年來又新增加了靠近前沿科學的技術性、應用性的實驗項目.我們對于這門課程的課時分配為一節課共6個學時，時間為4個小時.學生的課表在上課之前即已分配好，這樣的分配造成學生的課程分散，不成體系，在有限的學時里得不到系統的學習，針對這些問題，對近代物理實驗課程體系重新構建勢在必行.

對比其他高校近代物理實驗課程教學改革的方法[1,2]，我們采取了對近代物理實驗成體系化的教學模式探索，使近代物理實驗室真正成為物理系學生實踐科研過程、培養創新能力的基地.

2 構建近代物理課程新體系

2.1 重新定義近代物理實驗的教學目的

以天津大學開設的近代物理實驗為例，這門課程專門針對物理系的學生.因此，教學目的不僅僅是單純地讓學生了解實驗的原理和方法，更重要的是讓學生了解這些實驗背后的物理思想，了解這些實驗技術與現代科技應用是息息相關的，是現代科學研究中不可或缺的.成體系化教學模式的建立最終目的是建立多個實驗體系[3]，每個體系下要做多個實驗，類似于科研的某一個課題，培養學生從開始的“選題-查詢資料-完成實驗過程”到最后“得到實驗結果-實驗論文”這一科研過程的初步訓練，培養學生的科學思維、探索意識、實踐能力[4]，使我們的學生初步掌握科研的基本思路和方法，最終提高學生的綜合科研能力.

2.2 重新編排近代物理實驗講義目錄和內容

在編寫近代物理實驗講義時，重新對實驗項目的目錄和內容進行編排，注重實驗項目的成體系化，具體修正后的目錄如表1所示.

從表1中可以看出，我們對目前的實驗項目進行了重新的編排，分成了6個模塊，每一個模塊為一個體系.

因此,與以前的課表分配不同，根據整個近代物理實驗的課時，每個學生按體系選擇實驗項目，每一學期至少完成一個體系.但是目前也存在一定的問題，即每個體系下實驗項目的數量不相同，依照天津大學近代物理實驗的課表，每位學生一學期應該完成8個實驗項目，因此每個人必選一個體系，并且完成這一體系下所有實驗項目，不夠的課時要再次自由選擇其他體系下的實驗.這樣的選課方式更能豐富學生的知識面.更重要的是，從2018年開始，我們將近代物理實驗室全面開放，給學生充足的實驗時間和空間，除了學校規定的實驗時間，學生可以根據自己的課外時間隨時來繼續自己的實驗，為有興趣致力于實驗研究的學生提供了更多的機會，促進了實驗的教學效果.

根據學校對實驗中心的支持，我們物理實驗中心將加大近代物理實驗項目的投入.隨著新實驗項目的進入，我們會不斷豐富近代物理實驗講義的內容，隨時進行實驗項目的更新，與時俱進，把各個體系做得更細，讓學生得到更加全面、專業、綜合的實驗訓練.

2.3 根據成體系化內容重新制定教學過程

按照傳統的近代物理實驗課程要求，每位教師會分配一到兩個實驗項目，一學期下來學生要跟多位不同的教師完成不同的實驗.由于每位教師的授課風格和知識儲配都不同，因此，這樣的教學模式不利于學生連貫性地獲取知識.成體系化的實驗課程確立以后，就要改變以往的教學模式，對教師的要求也相應的提高了.

與普通物理實驗不同，近代物理實驗的實驗項目更貼近前沿科學，因此，在教師的選擇上，實驗中心會根據成體系化的實驗項目選擇跟其研究方向相近的導師來講授這門課程.從課程的準備、實施，到完結，不僅要求教師具有專業的理論知識，更重要的是把科學研究的過程研究方法和科學精神傳達給學生.在實驗的過程中，幾個學生結成一組來進行同一體系的實驗.同學之間相互討論，共同完成這一體系下的所有項目.這樣的教學安排，使學生初步體驗科學研究的過程，培養學生的科研興趣，提高學生的綜合科學素質，同時還可以培養學生的團隊意識和合作精神.此外，教師還會為學生提供豐富的實驗資料，既有利于提高學生的預習效果，還能開拓學生的視野.

2.4 重新構建近代物理實驗考核評價體系

近代物理實驗不同于普通物理實驗.目前大多數院校的實驗考核都是通過對學生完成某一實驗后，根據實驗報告的處理情況給予成績.這種傳統的實驗考核方式存在太多弊端，表現在：無論是獨立完成實驗還是抄襲完成實驗，教師都無從知道，對于最重要的實驗過程階段無法公平合理地給予成績.這樣的評價體系達不到開放式近代物理實驗所要達到的目標，無法調動學生學習的熱情.

為此重新改革成體系化的近代物理實驗考核評價體系勢在必行.以科研組的學術報告形式為模版.同一組的學生針對某一個體系的實驗，必須要完成“前期開題報告+科學論文+實驗成果匯報”這樣一系列的實驗過程.其中“前期開題報告”包含學生的實驗預習報告和閱讀文獻心得.“科學論文”是整個體系的實驗過程和實驗結果的呈現.“實驗成果匯報”以PPT答辯的形式總結自己實驗中遇到的問題及解決的方法，并對自己的實驗過程和結果做一個簡單的總結.教師當堂給出成績.

這樣的考核模式可以有效端正學生的實驗態度，同組學生之間共同學習，一起進步，更大程度地達到了近代物理實驗培養物理專業學生科學實驗能力的目的.

3 結束語

在近代物理實驗的教學改革中，我們對現有的實驗項目進行成體系化分類，提前讓學生感受科學研究的過程.在教學中，專業領域教師注重科學知識貫通，向學生系統講授近代物理知識，介紹近代物理在推動科學技術發展中的重要作用，擴大學生的知識面.在考核中，嚴格要求學生，端正學生實驗態度.對實驗室進行開放，培養學生自覺實驗的能力.使現有的教育資源得到合理的分配與利用，使其發揮更好的教學效果，提高近代物理實驗的教學質量.