物理專業光電類實驗課程建設分析

摘要：隨著科技飛速發展，光電技術成為現代物理學和工程技術領域核心內容。作為物理專業教育的重要組成部分，光電類實驗課程對培養學生實驗技能、理論應用能力和創新思維有著不可替代的作用。文章深入探討物理專業光電類實驗課程建設策略，旨在提出系統教學方案，適應教育改革要求，滿足學生全面發展的需求。

關鍵詞：物理專業；光電類實驗課程；課程建設

物理專業光電類實驗課程作為連接理論與實踐的橋梁，對學生專業素質的培養至關重要。教師構建高效、安全且富有創新性的光電實驗教學體系，明確建設目標，結合基礎、綜合與設計性實驗，打造多元化的實驗教學平臺，實施過程評價與結果評價相結合的評價機制，設計課程延伸活動，有助于培養學生終身學習意識和創新應用能力。

一、物理專業光電類課程概述

（一）基本信息

物理專業光電類實驗課程教學注重理論與實踐的緊密結合，借助實驗操作與數據分析，深入剖析光電技術原理及應用，學習光學測量方法，熟悉電子器件性能特點，從而加深學生對光電技術類教材知識的理解，提高實驗設計與操作能力。

物理專業光電類實驗課程是物理學專業重要的實踐課程，旨在深入探究光學和電子學交叉領域的核心知識，涵蓋光學基礎理論、光學與電子元件，以及光電材料實踐應用。本課程的教學目標是教授光的基本特性，如光的生成與傳播、光的干涉、偏振現象和光色散效應，同時探討光電轉換原理、光電子設備和半導體光電子技術等主題。此類課程通常在高級學段進行，需要學生具備深厚的物理學理論基礎和實驗操作技巧。

（二）性質與任務

光電類實驗課程通過實驗驗證理論，加深學生對光電技術的理解。本課程著重強調實踐操作、實驗規劃和數據解讀，以期提高學生rkllRlPenwXdyshcmrzAbA==的實驗技巧和研究能力。

光電技術在各個領域有廣泛應用，光電類實驗課程具備面向實際應用的特點，旨在培養學生理解和應用光電子學知識的能力，提高學生的實驗技能與科學素養，讓學生對光電技術理論與應用有更為深入的理解，為學生將來從事光電子領域的科研或應用工作奠定基礎。

二、物理專業光電類實驗課程建設思路

（一）建設目標

教師設計多樣化的實驗項目和操作任務，引導學生在實驗中提出問題、解決問題，培養學生實驗設計能力、實驗操作技能和數據分析能力等，增強學生科學研究與創新意識，提高科學思維能力、實驗設計能力和創新能力，使學生具備獨立進行實驗研究的潛力。

（二）建設原則

物理專業光電類實驗課程建設遵循科學性原則、實用性原則、先進性原則、系統性原則、個性化原則和教學方法創新原則，課程內容應基于最新的光電技術理論和實踐，確保教學內容科學、準確、權威，符合當前科學發展的前沿水平，強調實踐操作和應用技能培養，課程設計貼近實際應用需求，培養學生解決實際問題的能力。教師要緊密追蹤光電科技發展前沿，引入最新的實驗手段、設備和技術，使學生能接觸并熟知最新的研究成果與發展動態。課程規劃巧妙融合各模塊，強調理論與實踐、基礎與應用的有機結合，確保學生全面且系統地掌握光電技術相關知識。教師還要充分尊重學生的個性差異與學習風格，依據學生需求與興趣設定多元化的實驗項目與教學策略，激發學生的學習熱情和創新潛能。

（三）實驗類型

光電類實驗課程包含多種形式。第一，應用性實驗項目，專注于光電技術實踐應用，包括光電傳感器的檢測程序以及光電器件性能評估等，此過程旨在讓學生運用所學理論知識解決實際問題，從而提高學生的實際操作能力，增強學生的應用技術技能。第二，創新性實驗，鼓勵學生自主設計和探究光電技術創新實驗項目，激發學生科學研究和創新潛力，培養學生獨立思考和解決問題的能力。第三，綜合性實驗，設計綜合性實驗項目，綜合運用物理、化學、材料等學科知識，引導學生從多角度探究光電技術應用發展，培養學生多學科交叉融合的綜合能力。第四，實驗講授型實驗，結合光電理論知識，通過實驗講授方式，幫助學生領會理論原理，并通過實驗驗證加深其對光電技術類基礎知識的理解。

以“基于光電效應光電場發電研究”的實驗為例，光電場發電是指在特定的光能作用下，通過光電效應在半導體材料中形成電場，這個電場能驅動電子和空穴在外部電路中流動，從而產生電流，實現光能向電能的轉換。與光伏發電（主要指太陽能電池板）或光熱發電不同，光電場發電更側重于研究光強、波長、光照時間等因素對光電轉換效率的影響，以及深入理解光電效應的物理機制。基于相關理論，教師指導學生設計實驗裝置：在實驗設計中，激光光源用于提供可控光能輸入，光電池用于接收光能并產生電流，電荷放大器用于放大微弱的電流信號以便測量，數據采集系統則用于記錄和分析實驗數據。改變各種參數可研究光電場發電效率和特性，構建相應的數學模型，以優化光電轉換器件的性能和應用。實驗數據如表1所示。

激光功率為10mW時，光電池輸出電壓為1V，電流為0.5mA，隨著激光功率增加至20mW，電壓和電流分別增加至2V和1mA。實驗結果顯示，隨著激光功率增加，光電池輸出電壓和電流隨之增加，表明光電效應在光電場發電中起著關鍵作用。教師應引導學生分析光電場發電效率隨光強和波長的變化，優化光電設備設計方案，提高光電場發電效率和性能。當激光波長在可見光范圍內變化時，光電池電流輸出也隨之發生變化，進一步說明光的波長對光電場發電效率的影響。基于此，教師能為學生深入理解光電效應提供更多的數據支持。同時，教師可以進一步調整光照時間，使學生觀察到有趣的現象：在光照時間較短的情況下，光電池輸出電流隨著時間增加而逐漸上升；但當光照時間達到一定閾值后，輸出電流開始飽和甚至下降。

（四）評價反饋機制

為更好地評估學生在實驗課程中的表現，教師應建立完善的評價反饋機制，通過實驗報告、實驗操作記錄、實驗成績、實驗技能考核等方式評價學生在實驗課程中的學習情況和實驗能力，邀請學生提出實驗課程改進建議，不斷優化實驗課程設計和教學方式。學生完成實驗后，提交實驗報告，詳細描述實驗目的、步驟、數據處理和結果分析。教師的評分標準包括實驗設計完整性、數據處理準確性和結果分析合理性等。教師根據學生的實驗操作技能、數據處理能力、實驗報告質量等對實驗成績進行評定，確保評分的公平性和嚴謹性。同時，教師鼓勵學生對實驗表現進行自我評價和相互評價，互相交流學習，促進學生建設性互動。在實驗結束后，教師對學生的實驗表現進行評價反饋，指出學生的優點和不足之處，并提供相關建議與指導，幫助學生完善實驗技能。課程結業后，教師進行學生滿意度調查和教學效果評估，掌握學生對課程內容、實驗設計和教學方式的反饋意見，并通過評價反饋機制全面評估學生在實驗課程的表現，及時發現問題并提供指導支持。

例如，在大學物理光電實驗評價案例中，評價活動主要圍繞學生對光電理論知識的掌握程度、實驗操作規范性與安全意識、團隊協作能力和問題解決能力進行，也對教師的教學方法和教學效果進行評估。該評價采用多元化評價方式，包括閉卷考試、實驗操作考核、實驗報告評價、學生自評與互評等，閉卷考試用以測試學生對光電理論知識的掌握；實驗操作考核觀察學生在實驗過程中的操作規范性與安全意識；實驗報告評價則評估學生報告內容、數據分析和結論撰寫能力；學生自評與互評有助于掌握學生的自我認知和團隊協作表現。

評價結果顯示，大部分學生的理論考試成績在80分以上，表現出較好的理論知識掌握水平；在實驗操作方面，大部分學生操作規范，能正確使用實驗設備，但部分學生存在操作不規范的現象，未按要求佩戴防護眼鏡；在實驗報告方面，大部分學生報告內容完整、數據分析準確，但部分學生報告存在格式不規范、數據分析不深入等問題。學生自評與互評顯示，學生能較為客觀地評價自身和他人的學習表現，認為實驗操作和團隊協作方面仍有待提高。在教師評價方面，大部分學生表現良好，但實驗操作規范性和數據分析深度方面有待加強。

據此，筆者提出以下改進建議。第一，教師應強化理論教學與實驗教學的結合，提高學生應用理論知識的能力。第二，教師應加強實驗操作規范性和安全意識的培養，確保實驗過程安全。第三，教師應提高實驗報告評價標準，引導學生注重數據分析和結論撰寫。第四，教師應加強學生團隊協作訓練，提高團隊協作能力和問題解決能力。第五，教師應持續更新教學方法和手段，激發學生的學習興趣。

（五）課程延伸

為切實提高實驗課程的質量，教師在日常教學之余應精心策劃一系列延伸課程活動，包括實驗設計競賽、科研項目實踐以及學術講座等。學校應正式建立光電類實驗課程導師制度，旨在通過教師與學生的結對模式，引導學生進行深入的科研實踐或學習探索，幫助學生有效解決實際問題，拓展實驗課程的深度與廣度。對于有志于科研的學生，學校應提供參與科研項目的實習機會，使學生在實踐中深化對光電技術知識的理解，積累科研知識和實踐經驗。學校還應積極組織學生參與光電技術領域的學術交流會議、競賽或挑戰賽，通過成果展示和交流學習，激發學生的學習熱情和科研潛力。同時根據學生的興趣和需求，教師應不斷拓展光電類實驗課程的內容，引入新領域、新實驗項目，以激發學生的學習興趣和探索欲望，為培養高素質的光電技術人才奠定堅實基礎。

三、結語

綜上所述，物理專業光電類實驗課程建設應以學生為中心，注重實驗技能培養和理論知識應用，通過多元化的實驗類型和完善的評價反饋機制，激發學生的學習興趣和創新潛力，并通過課程拓展活動，致力于將理論學習與實際操作相融合，以此為學生長遠發展構建穩固的基礎。

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基金項目：中國博士后科學基金面上項目名稱“自下而上方法探索新型二維材料及其相圖與光電應用：第一性原理結合蒙特卡洛方法”，項目編號：2021M702002。