普通物理實驗項目的優化設計

普通物理實驗是大學理工科學生開設的一門基礎課，是接受系統實驗方法、進行實驗技巧訓練的必修課。因此，合理設計物理實驗項目，對全面培養高素質人才將起很大的作用。本文就物理系近幾年開設的物理實驗項目進行探討。

物理實驗類型

物理實驗可分為理論性（驗證性或基礎性）實驗、設計性實驗和綜合性實驗三種實驗類型。高等師范院校傳統的普通物理實驗，由力學熱學實驗、電磁學實驗和光學實驗三門課程構成。近年來，隨著國際著名的德國LEYBOLD、美國PASCO等公司的綜合性和設計性實驗設備大量進入中國，以及國內天煌公司等一大批儀器生產廠家先進的傳感器設備大量進入高校，物理實驗正向著綜合性和設計性的方向快速發展。根據本實驗室引進的先進實驗設備，我們針對不同層次、不同專業的學生，優化物理實驗項目，提出了分層次教學的設想，對物理實驗項目進行設計性和綜合性設計。

基于能力培養的物理實驗項目設計

（1） 素質的培養

素質教育貫穿于物理實驗教學的始終，也是確立物理實驗項目的依據，我們在實驗教學中除了嚴格要求學生，培養他們嚴謹的學風、科學態度和實驗應用能力外，同時還特別注重他們各種能力的培養。所選擇的實驗項目既要有利于驗證理論，加深對物理概念的理解，又要有利于在物理實驗中培養他們善于思考、勇于實驗、積極探索的物理思想。

（2） 能力的培養

普通物理實驗是高等師范院校對學生進行科學實驗基本訓練的一門必修基礎課，是大學生接受系統實驗方法和技能訓練的開端，是對學生進行科學訓練的重要基礎。在較長一段時間里，這一觀點一直是物理實驗教學的指導思想。通過物理實驗，學生掌握了一定的基本知識、基本技能和基本方法，接受了科學實驗的初步訓練，為以后的學習打下了一定的實驗基礎。但是，這種實驗教學也引起了一些不容忽視的問題，容易把“三基”（基本知識、基本技能和基本方法）教學要求的過死，把“訓練”看得過重，在每個實驗中，都定要求、定內容和定步驟，學生只能循規蹈矩、按部就班，思維定勢嚴重，學生的學習積極性受到嚴重制約。另外，常規實驗大都是一些經典的、傳統的，而反映現代高新技術內容的比較少；驗證性的實驗較多；實驗技術比較陳舊；力、熱、電、光各自獨立的實驗多，而綜合的實驗少。常規實驗在教學內容、教學模式、教學方法上的種種弊端已引起人們的充分重視。近幾年，全國高校已開始進行實驗教學的改革，一方面不斷充實和加強現代高科技內容，轉變教學觀念、教學思想，另一方面積極探索各種教學模式和教學方法。現在已出現基礎性實驗、綜合性實驗、開放性實驗、設計性實驗、應用性實驗、專門化實驗等各種不同類型的實驗，并且它們正在被不斷實踐和改進。

物理實驗項目設計遵循的原則

根據“厚基礎，強能力，高素質”的培養模式，我系物理實驗項目設計遵循的原則是:既要吸取傳統實驗的精華，又要突出現代實驗的特點；既要借鑒兄弟院校的先進經驗，又要突出本實驗室的優勢。根據學校培養學生的目標及各專業的要求，依據所設計的實驗項目決定將要配置的實驗器材，要求這些儀器既有經典的又有現代的；既有自動的又有手動的；既有模擬的又有數字的。概括起來就是傳統的和現代的、基礎的和先進的二者兼顧。開出的實驗項目要傳統與現代內容并存；基本方法、基本技能訓練與獨立設計結合。給不同智力、不同需求的學生以充分選擇的余地。這樣可以改變按傳統的力學、熱學、電磁學和光學開設的拼盤式的舊體制實驗，代之以“理論性（基礎性）”、“設計性”和“綜合性”實驗的新的教學體制，使實驗內容由淺入深、循序漸進，以提高素質和培養能力為主線，因材施教，教書育人的新體制。

為了培養高素質的人才，特別是培養學生具有創新精神和實踐能力，我們對不適應培養目標的教學體系、教學內容和方法進行了深層次的改革。將普通物理實驗內容分成二年級的必修課和四年級的選修課來完成。必修課按理論性、設計性和綜合性實驗開設，而選修課則主要是開設設計性和綜合性實驗。

普通物理實驗教學的目的，是通過各個具體實驗項目的學習來達到的。實驗項目的選擇受到以下一些因素的制約：（1）實驗數量與質量的選擇；（2）傳統實驗與現代實驗的選擇；（3）各類基本測試手段的選擇；（4）驗證性實驗與綜合性、設計性實驗的選擇；（5）教學時數的限制；（6）實驗室現有實驗條件的限制等。如何兼顧到以上六個方面，是我們在實踐中亟待解決的問題。根據物理系“2＋2”培養模式的要求，我們從2002級開始調整了教學計劃，將傳統開設的力熱實驗、電磁學實驗和光學實驗課，合并為普通物理實驗課，并在此基礎上開設了實驗選題選修課。本著“立足眼前，著眼未來”的思想，我們適時地更新了一批實驗項目。按照學校的要求，2004年10月又進一步修訂了普通實驗教學大綱。現在的普通物理實驗項目分理論性（基礎性）實驗、設計實驗和綜合實驗三個層次開出。較高層次的綜合性實驗內容，由實驗選題（選修課）面向大四學生開設，并受到學生的普遍歡迎。近幾年，我們自制了部分實驗儀器（如萬用表實驗箱、銅絲電阻溫度系數實驗裝置、日光燈電路實驗裝置等），以加強學生動手能力的訓練，率先在電磁學實驗中開設了萬用表設計等設計性實驗。從物理系98級開始，開設了電阻的測量、凹透鏡焦距的測定等綜合性、設計性實驗項目。2003年起我們開設了超聲光柵、空氣比熱容、CCD單縫衍射、光速測量、PN結正向壓降溫度特性、居里點測定、霍耳位置傳感器測量楊氏模量、動態法測定磁滯回線等一大批綜合性實驗項目。這些實驗項目的開設對培養學生的動手動腦能力起到積極的作用。

在實驗內容安排上由淺入深和循序漸進。如測定金屬的楊氏模量實驗中，作為基礎性實驗我們用傳統的光杠桿法，作為綜合性實驗采用動態法和霍耳位置傳感器法測量楊氏模量，使學生在不同的實驗方法中體會到傳統與現代實驗方法的魅力。

優化設計性實驗項目

設計性物理實驗可分為兩種類型：一是給定實驗題目，由學生根據所學的知識，自擬實驗方案，自選儀器，自己設計組裝線路和設備，完成實驗項目所提出的要求。例如，近幾年開設的電阻的測定、凹透鏡焦距的測定、萬用表的設計與制作等設計性實驗；二是給定實驗設備，實驗題目自擬，即由學生根據給定的實驗器材，自己選擇實驗題目（內容），擬定實驗方案。

設計性實驗對學生的實驗技能和理論知識的綜合應用的一次檢驗，也是訓練學生自己查閱資料、擬訂實驗方案、選擇和組裝儀器、測試和處理數據、寫出小論文式的實驗報告過程鍛煉的極好機會。與一般的常規物理實驗相比，設計性實驗更注意了調動學生學習的主動性和積極性，開拓學生的智力，培養和發揮學生創造設計的能力。

實驗項目設計與科研活動結合

改革普通物理實驗教學方法的指導思想是，充分體現學生在實驗教學中的主體地位，充分調動學生的學習積極性，為學生創造良好的學習條件。在普通物理實驗項目設計上，我們在實驗室內設計一些設計性、綜合性實驗，或者通過實驗完成一些小論文和小制作，對于這些同學我們給予全力支持。刪除一些在現代科學研究和生產實踐中過時或中學階段已做過的實驗內容，增加部分代表當代物理學發展的實驗內容、方法和手段的實驗。提高教學起點，注重從提高學生的科學實驗能力上選擇課程的教學內容。同時，我們在輔導學生實驗的過程中，要善于、及時發現有獨特才能的學生，與老師一起搞一些科研項目，擴展他們的視野，提高解決實際問題的能力。為了提高學生的創新能力，我們建立了物理系創新實驗室，為學生提供實踐的空間。

如在邁克耳遜干涉儀實驗教學中，我們是分兩輪實驗來設計實驗項目的。第一輪實驗，學習邁克耳遜干涉儀的使用方法，進行“三基”教學；第二輪實驗，學習邁克耳遜干涉儀的應用。在第二輪實驗中，我們布置了若干個實驗題目供學生選擇，也允許學生自擬題目，學習資料自己檢索。有的同學為完成實驗題目，多次進圖書館和實驗室研究實驗，巧妙的實驗設計，收到了良好的學習效果。

實驗教材的改革

在普通物理實驗教學改革中，更新教學內容和教材是改革的重點。現行的教學內容及教材的確是比較陳舊的，已不適應當前飛速發展的科學技術和社會經濟的要求。首先應解決的問題是哪些實驗課題是過時的應該淘汰？應增設哪些實驗課題？我們認為對此應從實際出發，既要開出新實驗又不要過分浪費實驗室的現有實驗資源，要研究一個切實可行的方案，采取逐步過渡的辦法，根據學校的財力逐漸淘汰落后的實驗設備。