高師院校物理專業光電類實驗教學模塊的改革初探

張登玉，陳列尊，游開明

摘要：針對物理專業實驗教學存在的問題，對改革實驗教學模塊進行了比較深入地探討，有助于培養學生實踐和創新能力。

關鍵詞：物理專業；光電類實驗；創新能力

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0035-02

光電類課程歷來是高師院校物理專業的重要專業基礎課程。光電類實驗課程主要包括《光學實驗》、《電磁學實驗》、《電子技術實驗》、《電工學實驗》和《近代物理實驗》等。社會的進步與科學技術的發展促使很多新學科、新內容進入了教材與課堂，同時面臨當今大學生的自主擇業與人才市場競爭，大學相應開出較多的適應學生全面發展與個性發展的課程，加強對學生實踐能力的培養。加強實驗類課程教學對于專業內涵建設，培養學生實踐能力，創新人才培養體制機制，打造專業辦學特色，大力提升人才培養水平具有重要意義。光電類實驗課程應該緊密結合國內外的新進展，將最新前沿研究成果引入課堂，激發學生的研究性學習積極性。為了使物理專業更加適合當前我國的教育教學形勢，必須重視對學生自主學習、探究學習、合作學習的培養，這就對物理實驗教學提出了更高的要求。我們應加大實驗教學的力度，增強實驗教學的靈活性，合理安排演示實驗、驗證性實驗、探究性實驗，以激發學生的自主性、能動性、創造性，綜合培養學生的實驗設計、操作、分析、評價能力，鍛煉提高學生的合作意識和抽象概括思維能力。本改革計劃的基本思路是整合各門專業實驗課程，優化實驗課程結構模塊，為更好地培養學生的創新精神和能力、教育教學技能創造優良環境。實驗教學內容和模式的改革是物理實驗室建設的核心，具體實驗項目如何選取不但要注意基礎性，同時還要注重科學性、先進性和實用性，要注重理論聯系實際，實驗中要反映物理學科的最新科技成果。在課程教學內容改革方面，我們主要是以優化實驗課程模塊、融入相關新成果為出發點，按照實驗內容的基礎性和難易程度，將光電類實驗進行分模塊教學，只有這樣，才能培養學生實驗能力、動手操作技巧和創新能力等。我們將光電類實驗設置成五個模塊，它們之間既具有獨立性也有融合性，相輔相成共同促進。

一、基礎實驗模塊

學生做基礎實驗主要是學習對物理量的測量，并掌握基本實驗儀器的使用。對這部分實驗，教師應提供比較詳細的實驗指導書，內容包括實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法和步驟、實驗數據處理方法等。基礎性實驗可以按基本內容、選做內容和小課題分層次編排，以滿足不同實驗基礎的學生需求。通過基礎性實驗的訓練，使學生提高對基礎實驗操作能力，掌握實驗的測量方法與手段。

二、近代物理實驗模塊

基礎實驗是學生動手實踐能力得到鍛煉的重要環節，基礎既是相對穩定的，也是隨著時代和科技的發展而發展的。一些以前認為屬于近代物理范疇的實驗現在已是基礎實驗，如低溫、真空、光譜等。此外，隨著傳感技術在物理實驗中的廣泛應用，單純的力熱電光實驗已經與計算機應用緊密結合在一起。力熱電光實驗與計算機的融合，使得物理專業基礎實驗與近代物理實驗課程重組與融合已成為現實。我們在完善基礎實驗的同時，為滿足學生創新能力培養的要求，應添置一些近代物理儀器設備，如光纖器件實驗平臺、半導體激光刻蝕機、電子衍射實驗儀、光學精密隔振平臺等，這些近代物理實驗本質上也是光電類實驗。

三、演示實驗模塊

演示實驗教學可以變抽象為直觀，形象生動，有助于講清物理概念，有助于學生理解和記憶，能提高學生的學習興趣，激發學生求知欲望，對于豐富教學內容、提高教學質量具有促進作用。光電理論中概念和規律很多，有些比較抽象不好理解，如果做一些演示實驗可幫助學生掌握物理知識。比如在光的偏振教學中，學生對光的顏色和光的強度有感性認識，而對光的偏振則難以理解，覺得比較抽象。如果教學中做一個演示實驗，教學效果會很好。教師可準備兩塊偏振片和一個普通光源，普通光源可以是手電筒，讓手電筒的自然光先垂直通過其中一個偏振片，以光線方向為軸，連續轉動偏振片一周，要學生注意觀察透射光的變化。然后將另一偏振片放在第一偏振片的后面，即讓自然光連續通過兩個偏振片，再以光線方向為軸，轉動第二偏振片一周，讓學生觀察透射光的變化。教師可以邊演示邊講解，學生的印象會很深刻，對光的偏振便不會感覺抽象了。

四、開放實驗模塊

教師設計一些應用性和研究性實驗，采用開放的教學模式。學生根據給定的實驗題目、要求和相關的儀器設備，運用所學基礎知識，通過查閱資料，自行設計方案、制定實驗步驟、獨立操作完成實驗，并對實驗結果進行分析處理。在設計性實驗中，要鼓勵學生大膽設想大膽實驗，創造性地提出解決問題的方法和技巧，培養學生解決問題的能力。在設計應用性和研究性實驗過程中，要注意三個方面：一是要積極采用新儀器新方法，這樣會提高實驗教學的效率；二是要努力把最新科研成果轉化為設計性和研究性實驗課題；三是以教師正在研究攻關的課題為導向，讓學生參與到課題研究中來，起到加強研究力量，發揮學生聰明才智的作用。開放實驗后，由于實驗內容增多，需要添置新的先進的儀器設備，因此實驗費用遠高于傳統實驗的費用。為保證實驗正常運行，還需要大量耗材。學校應設立開放實驗室專項基金，解決好儀器及耗材經費問題。

五、仿真實驗模塊

物理仿真實驗是利用軟件設計虛擬儀器，建立虛擬實驗環境。學生可在這個環境中模擬真實的實驗過程操作儀器，從而培養學生動手能力、學習實驗技能，更好地掌握物理專業知識。有些實驗儀器設備耗資大，儀器操作要求高，普通院校難以開出，仿真實驗可彌補這一缺欠。仿真實驗能將實驗目的、實驗儀器、實驗原理以及實驗內容有機融合在一個界面上。仿真實驗借助于三維動畫可將儀器內部部件展示在學生面前，便于學生了解儀器的內部結構。在物理仿真實驗教學過程中，教師應該要求學生必須在理解的基礎上認真操作，克服實驗過程中出現隨便應付或者盲目操作現象，使學生在仿真實驗中受益，從而提高實驗教學質量。

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基金項目：湖南省教育廳2013年普通高校教改項目（2013-335）；湖南省普通高校光電課程組教學團隊；湖南省普通高校光學省級精品課程（2006-84）和教育部2009年第四批高等學校特色專業建設點項目（TS11635）。