近代物理实验教学改革的探索与研究

魏学刚 马俊 周永杰 李斐

【摘要】近代物理实验是一门理论性、综合性较强的实验课程，对培养师范院校学生的实践能力和创新能力有着重要的地位。从改革实验教学内容、实验教学方法等方面提出了对近代物理实验进行教学改革，采用开放式教学模式，构建以物理专业人才的基础知识、实验创新能力和综合实验能力培养为目标的模块化近代物理实验课程新体系。

【关键词】近代物理实验 教学模式 教学改革 模块化 课程新体系

【基金项目】2017年青海师范大学教学研究项目（项目编号：qhnujy2017121）；青海师范大学中青年科研基金项目。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）04-0181-02

1.引言

近代物理实验是一门集近代物理思想、理论和实验技术于一体的物理专业高年级学生必修的专业基础课程，它以物理学发展历史上最有代表性、并对物理学发展起重要作用的著名实验，以及在实验技术和实验方法上具有显著时代性的实验为教学内容，具有很强的综合性、技术性、时代性和前瞻性[1，2]。开设这门课程的目的是通过全面、系统的实验训练来丰富和发展学生的物理思想，提高学生科学地观察、分析、研究和解决问题的能力，培养实事求是的科学态度与工作作风，为以后的学习和工作打下坚实的基础[3]。对于师范院校来说，近代物理实验对于物理学专业本科生研究探索能力和动手实践能力的培养更具有关键意义，结合我校近代物理教研室近几年来的教学实践，提出对于师范院校如何提高近代物理实验教学效果，进一步培养学生独立思考能力，动手实践能力以及解决复杂问题的能力。

2.优化教学内容，构建近代物理新教学体系

师范院校近代物理实验新教学体侧重于培养学生的独立思考能力、实验动手实践能力、解决问题能力及物理思维能力，同时应该熟练掌握相关实验的研究背景、实验所涉及的内容和发展过程。学生通过对近代物理实验的学习，首先要根据近代物理实验教学大纲的基本要求，精选有代表性的近代物理实验，其中包括物理学发展史中里程碑式的经典实验，这些实验大部分曾获得诺贝尔奖，如拉曼散射、塞曼效应、扫描隧道显微镜等[4]。通过对这些经典实验的重复来完成对物理量的测量及物理规律的验证，在此过程中训练学生基本的科研素养、分析问题和解决实际问题的能力，使学生掌握这些重要实验方法和研究手段，同时培养学生独立思考问题的能力。其次，设置一些专题研究型实验，可以作为基本实验的深入和补充，学生在做完近代物理经典实验的基础上开展专题研究型实验。近代物理实验室充分利用现有的大型仪器，除了基础型实验开出的题目外，提供仪器和场地让学生进行专题研究型实验的训练。专题研究型实验课程由带课老师给出，例如，真空镀膜相关的纳米材料的制备及测量实验、物质光谱特性及光学性质测定、物相结构的测试和研究等相关专题研究型实验内容，由学生制定实验方案，包括实验方法、步骤、所用设备和预期结果，在此过程中提高学生的实验能力和解决实际问题的能力，经过深入的专题研究型实验增加学生的实验知识并提高独立工作能力。最后，可以设置一些综合创新型实验，学生通过查阅相关资料，结合教师的科研项目提出一些具有探索价值的问题，经过教师的筛选和同意，并在教师的指导下，学生自行组织和进行实验，由学生自行设计实验。这类实验将充分利用学生的兴趣，发挥学生的积极性和主观性，在其自主实验的过程中培养创新实践能力，组织专业基础选修课和文献阅读。指导学生做本科毕业论文，主要培养学生的创新意识，提高科学研究能力，由教师提出论文题目，与选定題目的学生讨论论文计划，实验方案由学生独立完成，充分发挥实验设备作用，改进实验进而建立新的实验装置。

3.开设近代物理实验先导性专题讲座

近代物理实验是建立在普通物理实验基础之上，所需逻辑思维严密、涵盖学科领域知识广、实验原理比较抽象的一门课程。大部分学生在完成近代物理实验的过程中，实验原理含糊不清，实验目的不明确，操作过程按照说明书照抄照搬，甚至在一些实验室上通过模仿演示实验或者其他组实验来完成实验操作，导致学生在完成近代物理实验过程中没有任何收获感。这样久而久之，同学们感到近代物理实验难，不仅实验原理难以理解，实验方法和操作步骤也较为繁琐复杂，逐步失去对实验的研究意义，更谈不上去开展创新实验。结合物理学的实际学习内容和师范专业的教育方针，以保证学生的知识学以致用，为以后更好的学习专业课和今后工作奠定基础。所以在近代物理实验前，进行一些先导专题讲座，一方面为了扩增学生在近代物理实验方面相关研究领域的知识面，把近代物理中的一些著名实验、重要物理思想、研究手段和一些近代物理实验技术作一个介绍，学生可以作实验前准备；另一方面为了学生对近代物理实验产生兴趣和更好的理解实验原理，针对实验模块中的光谱分析技术、微波技术磁共振技术、真空技术、低温技术、和材料微观结构分析技术等。让学生了解导致近代物理重要思想和概念产生的实验和理论背景，了解现代技术的源泉，以及它们对近代物理学、现代科技和文明的影响。通过先导专题讲座激发学生对近代物理实验的兴趣和其创新思维。

4.实验开放式实验教学，建设开放式实验教学体系

为了坚持素质教育和创新性人才培养，提高学生学习的主动性、积极性、创造性，给学生学习、实践、研究提供平台，对近代物理实验室进行开放式教学。近代物理开放式教学主要从时间上实行开放。开放包括规定、预约、自由开放时间，规定开放时间就是对于近代物理实验课程安排的必做经典物理实验，如果学生在规定的课时时间内未能达到实验要求，学生可延长实验时间来完成，从而使学生充分掌握实验原理、实验内容、实验操作及相关知识，提高学生的理论知识水平和动手操作能力。预约开放时间是学生根据专题研究型实验需要向实验室预约登记安排开放时间，利用实验仪器、网络、图书资料等条件，查阅资料和教材， 掌握实验原理和物理思想，掌握实验设计、实验原理、实验结论和实验过程来完成专题研究型实验。自由开放时间就是对于一些综合创新型实验的样品制备室、测试室和相关实验室，可以随时对学生开放，如需要就可对其开放。自由开放式实验教学能使学生在综合创新型实验中从“被动、封闭、受束缚的状态”变成“主动、开放、较自由的状态”。学生在实验中可以提出许多实验方案，并可以对改进实验提出建议，充分发挥他们的才能，提高创新意识[5]。这种开放的教学模式大大提高仪器设备的利用效率，提高教学效益。也有利于开阔学生思维和视野，激发了学生学习、研究和创新兴趣，巩固学生的专业知识和加强他们的实验技能，提高他们探索和解决问题的能力，为他们今后开展创新实践、科学研究奠定了良好基础。

5.结语

我们将通过采用优化近代物理实验教学内容，构建近代物理新教学体系，开设先导性专题讲座和建设开放式实验教学体系的方式来提高近代物理实验教学质量，以达到调动学生的学习积极性、活跃学生的物理思维、锻炼他们的洞察能力，以利于培养严谨的科学作风，并形成创新探索研究的能力。

参考文献：

[1]李爱侠，叶柳，张子云，等.近代物理实验教学改革与大学生创新能力的培养[J].实验室研究与探索，2010（4）：77.

[2]彭勇宜，李宏建，郭光华.基于学生创新能力培养的近代物理实验教学改革研究[J].创新与创业教育，2016（1）：122. [3]霍汉平.近代物理实验教学改革的探索和实践[J]. 教育与职业，2006（29）：154.

[4]朱生传.关于改进和充实近代物理实验的一些设想[J]. 物理实验，2002（1）：22.

[5]沈桂平，骆万发.近代物理实验新课程体系构建的改革与实践[J].物理实验，2009（8）：17.

作者简介：

魏学刚（1987-），男，甘肃武威人，讲师，硕士，主要从事近代物理实验教学，研究方向：半导体材料。