針對本校物理專業學生物理實驗的改革與探索

丁星星　王秀杰　戚輝

【摘要】文章以本校物理專業學生為研究對象，分析了物理專業學生課內實驗以及近代物理實驗的開設情況，以此從教學方式、考核方式、儀器管理等方面提出了幾點建議，更好地推進了實驗室的發展。

【關鍵詞】課內實驗 近代物理實驗 教學方式 考核方式 儀器管理

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）11-0193-02

中原工學院物理實驗中心從1955年建校開始一直為工科學生服務，在2004年建立數理系時才接收了第一屆物理專業學生，2005年開設了近代物理實驗，從第一屆物理專業學生到如今，物理實驗室的發展取得了快速的成就，其中也存在許多可改進之處。

物理實驗中心在承擔普通理工科大學物理實驗的基礎上，一并承擔了物理專業學生的課內實驗和近代物理實驗。課內實驗是隨著大學物理課的進度及內容開設的與理論知識相配套的實驗項目，是基礎實驗，是對理論知識的再現；近代物理實驗則是學生在修完大學物理后開設的和專業知識、專業思想相聯系的理論起點更高，綜合性、科研性、技術性及前沿性更強的一門實驗[1]，兩者在對學生的培養計劃中性質不同，但地位同等重要，怎樣在有限的課時里更好的利用實驗室資源，調動老師和學生的激情，以提高學生的實踐能力和創新意識，提高學生的培養質量，我們做了以下的教學改革與實驗探索，并獲得了一定的成效。

1.課內實驗

物理專業學生做的課內實驗為分力、熱、光、電四個方面的基礎實驗，學生在學完相關理論知識后到實驗室所做的驗證、綜合性實驗。其中實驗儀器和實驗環境都是和工科學生一樣的，但怎樣開設更貼近專業，更好的開發學生們的潛能呢？思索如下：

1.1 教學方式

（1）項目式教學

物理學生在上完理論課后，他們應該對理論知識有個連貫的認識，而不能僅僅局限于這章這節的某一個知識點，但大多數學生都是這種碎片式學習，如果專業知識掌握不成體系，則培養學生的科學思維、創新思維基本上就是空談。為了強迫學生去學習或者說給他們一個思維發展的空間，在實驗課上我們則采取打包教學模式，把主動權交給學生，由學生來講解實驗的相關原理，并互動提問、補充，老師則只需講解儀器的設計原理，用到的相關技術、思想，并在學生做完實驗以后，回去要求實驗報告中寫出自己的心得和對實驗儀器改進的建議。

（2）演示性實驗

教具在教學過程中起到了直觀、生動、形象、易于理解的教學效果，在中學的物理教學中被物理老師所青睞，但到了大學里，由于課時有限，課堂內容多且抽象難懂，公式推導計算多，教學課堂不固定等特點，基本上教學過程中不再出現教具，但教具所達到的直觀效果和對教學氣氛的調節作用確是多媒體教學不可替代的。

在2005年本校教學評估期間，物理實驗中心投資購買了一批演示實驗儀，構建了演示實驗室。演示實驗室是開放實驗室，有專門老師負責看管，但由于不是強迫實驗，學生去的次數不多，而且大都是走馬觀花，看個表面，這在一定程度上就浪費了實驗室的人力和物力。針對這種現象，建議將部分演示實驗儀搬移到內容相關聯的必做實驗室，以此起到更好的補充利用作用。通過對知識點的演示和應用來豐富學生的眼界，打開學生的創新意識，提高學生對專業學習的興趣及實踐動手能力。

（3）自己當老師

物理學生在上完實驗課以后，只是完成了實驗的一半，我們要求每個物理學生要在做的基礎實驗中選一個來給工科學生講解實驗。不僅要講清實驗內容，還要講實驗操作，解決實驗過程中工科學生出現的各種問題，并批改實驗數據。

會做不一定會說，好多同學第一次上講臺講課，緊張的說不出話，該說的關鍵內容也都忘掉了。為了能上好課，有的同學會來聽兩三回，有的則做了精美，內容豐富的PPT。整個流程下來，鍛煉了學生的思維能力，自我學習能力，語言表達能力，解決問題的能力，動手操作能力以及和同學們的交流互動能力，多角度體現了素質教育。

1.2 考核方式

對每一個基礎物理實驗的考核分為四部分：（1）預習部分（包括預習思考題、實驗原理、數據表格的繪制、課堂講述、隨機提問）；（2）課堂操作（操作過程、數據記錄）；（3）實驗報告（實驗儀器、實驗步驟、數據處理、思考題、實驗素養）；（4）給工科學生上實驗課，因此針對某個實驗，學生的最后得分為這四部分按一定系數的加權。

2.近代物理實驗

近代物理實驗是物理專業學生在大二下學期開設的，所需專業知識更深層的實驗。此時學生在經過課內實驗的訓練，已對實驗室環境、實驗操作程序、基本儀器使用方法都已很熟悉。

2.1 教學隊伍的重建

近代物理實驗相對普通物理實驗理論性更強，但現在主要是由物理實驗中心的專職老師任講，其中存在的問題有：（1）老師對專業學生不熟悉，很難課后追蹤，補差補短，或是發揮學生的優勢，進一步提高；（2）實驗老師精力有限，還要面對全校工科生的大學物理實驗，很難有時間把近代物理方面的理論知識吃透，并隨時把握科技的前沿，做到知識與儀器的及時更新。針對上面師資方面的問題，迫切需要成立近代物理實驗教研室，成建一支穩定的、高水平的近代物理課程教學團隊，也可以像其它專業實驗一樣由專業老師代課，物理實驗中心的老師做些輔助教學工作，要打破長期以來基礎實驗性質課程實驗由物理實驗中心承包的制度。

2.2 儀器的優化整合

響應國家號召，重視實踐能力，創新能力，隨著資金的投入，近代物理實驗項目也越來越多，舊的儀器也慢慢淘汰，但是有些項目內容是類似的，儀器也只是在技術上做部分改造，如果舊的儀器淘汰太可惜，如實驗中電子荷質比測量儀、測定螺線管磁場裝置、電子束實驗儀，這三種實驗儀器的實驗目的、實驗原理基本相同，我們可以這些實驗項目做系統的歸類、整理，讓學生有更多的選擇余地，對新舊儀器及實驗方法、技術上進行對比，寫出更好的設計思路。

2.3 研究性教學方式

近代物理實驗多為驗證性實驗，其范圍包括核物理、原子物理、粒子物理、現代光學等，這些實驗大都是獲得諾貝爾獎的經典物理實驗，通過這些驗證性實驗的學習，使得物理專業學生無論從實驗背景、實驗理論、思想起源、設備的選取、實驗結論各方面都得到一定的啟發，豐富了學生的物理思想，端正了學生的實驗態度，縮短了基礎物理實驗與科學研究之間的距離[2]。

在近代物理實驗中，一些教師又根據自己的科研項目、工作經歷、專業特長發展了研究實驗。其中比較有特色的研究性實驗為：赫爾槽實驗、金屬-固體微粒復合膜電鑄工藝研究、顆粒材料外部雜質的檢測。這些實驗由于可操作性強、與工業生產聯系緊密、實用技術檢測手段等特點被融入到了近代物理實驗中，為專業物理學生和一些相關專業的學生如應用化學專業、高分子專業所開設。赫爾槽實驗和復合膜電鑄工藝研究同屬于化學電鑄實驗，其中第一個是第二個的預備實驗。在赫爾槽實驗中，學生先熟悉儀器，準備材料，在銅陰極上鍍鎳，確定出合適的鍍液電流密度，在復合膜電鑄實驗中再根據上個實驗的結果給銅板鍍鎳和金剛石微粉的復合膜。由于第一次接觸偏于材料化學的實驗，學生都很感興趣，在實驗過程中，教師不給學生任何說明，把涉及到的儀器、操作說明書全部復印給學生，學生嚴格按照儀器操作說明，根據要測數據，同組人商量更好的測量方式。每組學生測得的數據，鍍膜狀況各不相同，最后把電子顯微鏡觀察的圖片存到電腦桌面，并拷回去進行實驗結果分析。

研究性實驗的環節，加強了學生對知識的綜合應用能力、科學的探究能力，強化了科學與實際生產、生活的密切聯系，起到了普通實驗所達不到的效果。

在理論課老師和實驗課老師的共同合作努力下，物理專業學生的實驗條件和實驗資源越來越優越，同時也加強了老師和學生間的交流，推動了個人的發展和專業質量的提高。物理學是一門不斷發展的科學，不斷開拓新領域，它向著物質世界的深度和廣度進軍，探索著物質世界及其運動的規律[3]，滲透生產、生活各個領域。

參考文獻：

[1]楊瑋楓.近代物理實驗教學改革的探索與實踐[D].上海：上海師范大學，2004.

[2]祖小濤，方麗梅，霍中生.加強基礎、培養能力、提高素質、突出創新[J].實驗技術與管理，2006，23（1）：13-14.+

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].北京：清華大學出版社，1993.1-492.

作者簡介：

丁星星（1982-），女，河南省鄭州市人，中原工學院物理實驗中心實驗師，主要從事理工科物理實驗教學和實驗室的管理研究。