近代物理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)對(duì)提高物理學(xué)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的研究

代清平 韋俊 周勛

摘要：近代物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)綜合性極強(qiáng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的科研思維培養(yǎng)有著重要的意義。文章從近代物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室課程設(shè)置、教學(xué)方式及考核方式方面來(lái)介紹近代物理實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)，以提升近代物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：近代物理實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新能力;課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）14-0388-02

一、引言

近代物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)及應(yīng)用物理等專業(yè)的一門(mén)專業(yè)必修課程[1]，是一門(mén)綜合性極強(qiáng)，有別于力、熱、電、光等的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程。近代物理實(shí)驗(yàn)也是一門(mén)理論性和綜合性極強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐課程[2，3]。課程開(kāi)設(shè)的內(nèi)容主要依托于近現(xiàn)代以來(lái)具有劃時(shí)代意義的重大物理發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)來(lái)作為基本項(xiàng)目，主要是為了讓學(xué)生們理解近代以來(lái)的重大物理思想。近代物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，不但需要較強(qiáng)的動(dòng)手能力，而且需要有理論力學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)、原子物理、電動(dòng)力學(xué)等專業(yè)理論課程基礎(chǔ)，只有具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)才能學(xué)好這門(mén)綜合性實(shí)踐課程。力、熱、電、光等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力的培養(yǎng)，而近代物理實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)物理學(xué)思想的理解和科學(xué)思維的培養(yǎng)。在大力提倡“一流專業(yè)、一流課程”建設(shè)的大背景下，借助國(guó)家、地方政府、學(xué)校不斷加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入，近代物理實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)能豐富物理學(xué)專業(yè)的課程建設(shè)體系，有利于物理學(xué)一流專業(yè)建設(shè)。同時(shí)，加強(qiáng)近代物理實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)，能提升物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，符合國(guó)家大力提倡創(chuàng)新能力建設(shè)的要求。

貴州師范大學(xué)作為一個(gè)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(qiáng)調(diào)了要強(qiáng)化教師教育特色、提高本科教學(xué)質(zhì)量，把貴州師范大學(xué)建成為教師教育特色鮮明、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的高水平教學(xué)研究型大學(xué)。物理學(xué)專業(yè)是學(xué)校的老牌師范專業(yè)，具有悠久的學(xué)科歷史，為貴州省培養(yǎng)了大量的優(yōu)秀中學(xué)物理教師。但隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，國(guó)家對(duì)教育工作者提出了更高的要求，要求教師隊(duì)伍有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，特別是物理教師對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力有重要作用。所以，根據(jù)學(xué)科發(fā)展、國(guó)家需要及社會(huì)需求，物理學(xué)專業(yè)一流專業(yè)建設(shè)強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。而近代物理實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)物理學(xué)專業(yè)的核心課程，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要載體。基于這些背景，我們近幾年加強(qiáng)了近代物理實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)。本文將從近代物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室課程設(shè)置、教學(xué)方式及評(píng)價(jià)方式方面來(lái)介紹近代物理實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)。

二、近代物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

近代物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)主要從儀器建設(shè)及實(shí)驗(yàn)室管理方面來(lái)探討。目前我們近代物理實(shí)驗(yàn)室常規(guī)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：鈉原子及氫原子光譜實(shí)驗(yàn)、弗蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)、全息照相實(shí)驗(yàn)、G-M計(jì)數(shù)管及放射性衰變規(guī)律的探究、密里根油滴實(shí)驗(yàn)、光速測(cè)定、塞曼效應(yīng)、電子自旋實(shí)驗(yàn)、核磁共振實(shí)驗(yàn)、X射線衍射實(shí)驗(yàn)、等離子輝光放電特性研究、電子衍射實(shí)驗(yàn)、薄膜的制備及真空獲得實(shí)驗(yàn)等。近代物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)于力、熱、光、電普通物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備要更貴，如X射線儀幾十萬(wàn)一臺(tái)，這對(duì)于用于地方性高校的本科實(shí)驗(yàn)還是很難得的。但X射線衍射實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生對(duì)固體物理的理解以及培養(yǎng)學(xué)生在凝聚態(tài)物理及材料學(xué)方向的研究有重要的作用，所以我們都極力爭(zhēng)取此類實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)開(kāi)展。但是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室設(shè)備購(gòu)置方面也會(huì)考慮到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的昂貴，所以我們針對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器，只配備少量輔助設(shè)備增加一些衍生項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室作為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，讓有興趣的學(xué)生在完成必選項(xiàng)目的同時(shí)可以有更多的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行他們感興趣的探索項(xiàng)目。

三、教學(xué)方式調(diào)整

近代物理傳統(tǒng)的教學(xué)方式，主要是規(guī)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，規(guī)定在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。一般在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前教師都會(huì)給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)的相關(guān)規(guī)則以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，有些教師還會(huì)把實(shí)驗(yàn)演示一番后再讓學(xué)生開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。這樣就會(huì)造成學(xué)生被動(dòng)地接受相關(guān)知識(shí)，甚至實(shí)驗(yàn)操作都是教師演示過(guò)的，這非常不利于學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識(shí)，更不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。基于這些情況，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式做了相應(yīng)的改變。

1.開(kāi)設(shè)專題講座。首先，我們?cè)诮锢韺?shí)驗(yàn)開(kāi)課之前，我們會(huì)開(kāi)設(shè)專門(mén)的實(shí)驗(yàn)講座，對(duì)近現(xiàn)代以來(lái)物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)以及相關(guān)的物理學(xué)史進(jìn)行介紹。同時(shí)還會(huì)介紹物理學(xué)研究的相關(guān)方法，讓學(xué)生們學(xué)會(huì)思考問(wèn)題，讓他們有去了解前沿科學(xué)的動(dòng)力。其次，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行到一半以后，我們就會(huì)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)情況，針對(duì)學(xué)生們的知識(shí)盲點(diǎn)或比較薄弱的知識(shí)進(jìn)行專門(mén)的講座，讓學(xué)生們深入了解相關(guān)的知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)方法去學(xué)習(xí)新的科學(xué)知識(shí)。

2.設(shè)置探索性綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們?cè)诮虒W(xué)改革之前只開(kāi)設(shè)一些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而從教改以后，我們就增加了探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。不但設(shè)置有常規(guī)的探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而且學(xué)生們可以根據(jù)自己的興趣自擬合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在教師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)探索。常規(guī)的探索項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：真空的獲得、薄膜的制備、薄膜透光率的測(cè)定、功能材料的制備及晶格測(cè)定等。

3.實(shí)驗(yàn)專題討論。在實(shí)驗(yàn)完成一部分后，把學(xué)生分組對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)討論。實(shí)驗(yàn)總結(jié)討論分為必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)問(wèn)題討論和探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的討論。必做實(shí)驗(yàn)一般為常規(guī)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如;弗蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)、氫原子光譜實(shí)驗(yàn)及全息照相等十多個(gè)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們討論的內(nèi)容主要圍繞實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)以及指導(dǎo)書(shū)后設(shè)置的問(wèn)題進(jìn)行。目的是提升學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)技能，加強(qiáng)相關(guān)物理學(xué)知識(shí)的理解。而探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的討論主要圍繞實(shí)驗(yàn)成敗的因素、探索結(jié)果的分析以及相關(guān)物理知識(shí)進(jìn)行。通過(guò)對(duì)探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的討論，增強(qiáng)學(xué)生分析物理問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)解決相關(guān)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，提升其創(chuàng)新能力。

四、評(píng)價(jià)方式的調(diào)整

課程建設(shè)教改以前的考核方式分為三部分：實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試。實(shí)驗(yàn)操作考查的是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作能力及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析能力;實(shí)驗(yàn)報(bào)告考查的是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)分析能力;期末考試是以試卷的形式考查學(xué)生對(duì)整個(gè)必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)知識(shí)的掌握情況。課程建設(shè)教改以后我們采用的考核方式是對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的方式采用平時(shí)成績(jī)及期末考試成績(jī)。平時(shí)成績(jī)不再單是以前的對(duì)必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)，而是增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)討論環(huán)節(jié)的考核以及對(duì)相關(guān)問(wèn)題的總結(jié)報(bào)告的考核。探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)主要分為過(guò)程性評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室課程設(shè)置、教學(xué)方式及評(píng)價(jià)方式的改革，效果良好。主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：首先，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)的興趣明顯增強(qiáng)。學(xué)生由被動(dòng)地接受近代物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，探索自己未知的知識(shí)模塊，主動(dòng)性明顯增強(qiáng)。其次，學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力明顯增強(qiáng)。因?yàn)樵O(shè)置有探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目需要自己去整合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，探索實(shí)驗(yàn)方案及解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手和動(dòng)腦的能力，為以后的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析能力明顯提高。通過(guò)討論和總結(jié)，學(xué)生學(xué)會(huì)了分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和物理知識(shí)，提升了自身解決問(wèn)題的能力。總之，通過(guò)對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)的課程建設(shè)及教學(xué)改革，提高了學(xué)生的自主探索能力，使學(xué)生的創(chuàng)新思維得到了很好的訓(xùn)練，創(chuàng)新能力得到了一定程度的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉海霞，苗洪利，蓋磊.近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2010，（04）：57-60.

[2]代清平，周勛，韋俊.近代物理實(shí)驗(yàn)對(duì)提高地方高校師范類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力研究[J].教育教學(xué)論壇，2015，（40）：264-265.

[3]劉向陽(yáng)，張大蔚，鄭海務(wù)，等.近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，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