基于光催化研究的创新设计型近代物理实验教学模式*

县 涛 孙小锋

青海师范大学物理与电子信息工程学院，青海 西宁 810008

一、引言

近代物理实验作为一门高校物理学专业的必修实验课，一直受到广泛关注［1］。在一定程度上它也是材料等相关专业的基础实验课程。通过这门课的学习可以让学生理解和掌握近现代物理实验分析技术，提高学生的实验素质，树立严谨的科研态度以及激发创新意识。但是在以往的教学过程中，教学内容多数是对已有定律的验证以及重复，针对科学前沿问题的探讨和研究很少讲到，容易使学生丧失学习兴趣导致教学效果不佳；学生参与度不高，在实验过程中多数采用填鸭式教学方法，无法提高学生独立思考和自学能力；自主设计性实验开设较少，难以培养学生的创新意识［2-3］。

光催化技术被认为是一种解决环境污染和能源短缺的“绿色技术”。该项技术作为物理学前沿科学问题成为研究的热点。其中催化材料的研究是此项技术的关键问题。本人依托青海师范大学“国家级物理实验教学示范中心”和近代物理实验室，将光催化材料的研发与近代物理实验有机结合，探索出基于光催化材料研究的创新设计型实验教学模式。在这种教学模式下，使学生接触到科学前沿问题，激发学习兴趣，提升发现、分析和解决问题的能力，同时培养学生的创新意识。本文阐述了创新设计型实验教学模式的结构、内容以及实施以来获得的成效。

二、教学模式结构

本教学模式的基本结构分为三部分：基础型实验、实践型实验和创新型实验。基础型实验是根据光催化材料研究需要，重新整合现有实验项目形成系统实验体系，强化基础实验技能和动手能力。实践型实验是利用已掌握的实验技能开展对经典光催化材料的研究，理解和领会研究思路和方法，激发学习兴趣。创新型实验是在前期训练基础之上，以学生为主并在教师的指导下，设计并完成光催化创新实验，培养学生的独立思考和创新意识。

三、教学内容

基础型实验主要开设“X射线粉末衍射分析”、“扫描电子显微技术”、“紫外-可见光漫反射光谱分析”、“比尔定律与溶液浓度测定”、“水热法制备纳米材料”以及“光催化原理”等课程。一方面让学生领会和掌握光催化技术以及多种测试制备方法，培养动手能力为下一步实验打下坚实基础。另一方面通过这些实验课程让学生深刻理解已修物理学理论知识（如：原子物理和固体物理等），达到学以致用的目的。

实践型实验是针对典型光催化材料进行探究的课程，如“TiO2的制备与光催化性能分析”。该实验涉及以下几方面：第一，学生利用图书馆资源充分调研和了解相关研究内容，老师对基本实验环节和步骤加以讲解。第二，学生根据学习内容自主完成材料的制备和测试实验。第三，在老师的协助下分析实验结果。这一过程调动了学生的主动性，复习和应用前期学习的知识和技能。同时培养了学生文献检索和信息搜集能力，并让学生理解科学研究的方法和思路。

创新型实验是针对新型光催化剂制备和性能研究的实验，如“含铋氧化物光催化剂的制备及性能分析”等。此过程主要包含两点，第一，老师根据实际情况设定多个新型催化材料选题，学生对所选材料的研究现状进行系统调研，并与老师协商完成实验方案的设计。第二，学生独立完成实验并分析结果，期间老师对实验注意事项加以强调，对学生遇到的问题采用讨论的方式进行解决。目的是以学生为主完成整个创新实验，提高学生的自学和独立思考能力，培养创新意识。

四、教学成效

将光催化材料的研究引入到近代物理实验教学当中，受到学生的好评。该教学模式让西部少数民族地区学生接触到物理学研究前沿问题，开阔了视野。提升了学生的动手能力，自主学习意识明显增强。提高了发现问题和解决问题的能力，极大地培养了创新意识。在此实验教学模式引导下，本学院相关学生成功获批“青海省大学生创新创业训练计划项目”1项以及“青海师范大学大学生创新项目”3项，发表相关论文3篇。

五、结论

总之，基于光催化材料研究实施创新设计型近代物理实验教学模式，可以让学生在理解和掌握近代物理实验的基础上，更好的培养和发挥自学能力，积极参与到科研实践当中，充分激发学生的创新意识，达到学以致用的目的。这种教学模式让学科前沿问题与本科物理教学很好的结合在一起，将创新和设计理念融入到近代物理实验之中，把探究型思想注入到每一节课。一方面为学生提供了研究和实践平台，另一方面探索出一种培养理工科创新型人才的教学模式。