葛智勇

摘 要： 本文探討應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程與應(yīng)用物理專業(yè)特色之間的關(guān)系，對(duì)物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選題、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法進(jìn)行了探索和研究。

關(guān)鍵詞： 應(yīng)用物理專業(yè) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 教學(xué)實(shí)踐

在高等教育大發(fā)展的今天，如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，是我們面臨的首要問(wèn)題。在此大背景下，我校理學(xué)院在2002年就建立了應(yīng)用物理專業(yè)。作為一所培養(yǎng)通信與信息技術(shù)人才的高等院校，能夠?qū)I(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)緊緊圍繞著現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，緊跟日新月異的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，對(duì)人才的培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求。如何根據(jù)應(yīng)用物理專業(yè)的特色，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中將知識(shí)、方法、技術(shù)的應(yīng)用等轉(zhuǎn)化為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，是一個(gè)值得高校教育者研究和探討的問(wèn)題。本文結(jié)合筆者多年來(lái)開設(shè)應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選題、教學(xué)手段和方法、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、科研能力和水平的提高做了探討和總結(jié)。

一、專業(yè)特色與專業(yè)實(shí)驗(yàn)

本校應(yīng)用物理專業(yè)是為適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)具有良好的科學(xué)文化素質(zhì)，擁有扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯拸V的專業(yè)知識(shí)，并具有創(chuàng)新精神和一定的工程實(shí)踐能力及跟蹤學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)的能力，能在物理學(xué)和相關(guān)交叉學(xué)科領(lǐng)域從事科研、教學(xué)、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域既有理科素質(zhì)又有工科意識(shí)的理工復(fù)合專業(yè)型人才。從專業(yè)的特色要求學(xué)生不僅有堅(jiān)實(shí)的物理學(xué)基礎(chǔ)理論、較廣泛的應(yīng)用物理知識(shí)，還必須掌握物理實(shí)驗(yàn)基本方法和技能，具備運(yùn)用物理學(xué)中某一專門方向的知識(shí)和技能進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究的初步能力。物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)為應(yīng)用物理專業(yè)人才的培養(yǎng)發(fā)揮了支撐作用。

二、實(shí)驗(yàn)課程體系

物理實(shí)驗(yàn)是為應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生獨(dú)立設(shè)置的課程，一般分為普通物理實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)兩部分。物理實(shí)驗(yàn)既有與物理理論密切相關(guān)的一面，又有其獨(dú)立的一面。多年來(lái)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的更新及時(shí)調(diào)整和完善物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容。在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目安排時(shí)，既要考慮與理論課進(jìn)度的銜接，又要考慮實(shí)驗(yàn)課程自己的教學(xué)體系與規(guī)律。

普通物理實(shí)驗(yàn)包括力學(xué)及熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)。在開設(shè)這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，往往選擇一些綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰驮O(shè)計(jì)能力。例如在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，在用拉伸法測(cè)金屬絲的楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加用動(dòng)態(tài)懸掛法測(cè)工程材料的楊氏彈性模量。它不僅能對(duì)脆性材料進(jìn)行測(cè)量，而且能測(cè)出在不同溫度下材料的楊氏彈性模量。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合了力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等知識(shí)，特別是能讓學(xué)生從信號(hào)的產(chǎn)生、振動(dòng)和波、換能器、信號(hào)放大直到示波器的圖像顯示，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中掌握多種實(shí)驗(yàn)儀器和技術(shù)完成對(duì)一個(gè)物理量的測(cè)量。例如研究晶體的電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)觀察電光效應(yīng)引起晶體光學(xué)性質(zhì)變化的同時(shí)，還可以使學(xué)生了解晶體電光調(diào)制的原理和方法，并且可以進(jìn)行激光通信的演示，將晶體電光調(diào)制電源上輸出的音樂(lè)信號(hào)通過(guò)電光晶體的調(diào)制加載于激光，再由PIN光電接收器接收、解調(diào)并通過(guò)揚(yáng)聲器播放。這樣不僅實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有較強(qiáng)的綜合性，而且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和專業(yè)特色聯(lián)系緊密。

近代物理實(shí)驗(yàn)是繼普通物理實(shí)驗(yàn)之后的一門涉及物理知識(shí)面較廣，更有綜合性和技術(shù)性的實(shí)驗(yàn)課程，目前我們分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行。近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取除了精選有代表性的近代物理實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)到最基本的實(shí)驗(yàn)方法外，還注重新技術(shù)的應(yīng)用。例如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅選取了塞曼效應(yīng)、法拉第效應(yīng)、電子的順磁共振、核磁共振等，而且增加了有關(guān)納米技術(shù)、高溫超導(dǎo)現(xiàn)象研究的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如近代物理實(shí)驗(yàn)中使用掃描隧道顯微鏡（STM）對(duì)實(shí)際樣品的測(cè)試，利用STM針尖可實(shí)現(xiàn)對(duì)原子的移動(dòng)和操縱，不僅使學(xué)生加深了解量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，還掌握了掃描隧道顯微鏡的操作過(guò)程，對(duì)納米材料的研究有進(jìn)一步理解。例如X射線實(shí)驗(yàn)裝置系列實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生了解到X射線的產(chǎn)生及物理機(jī)制，通過(guò)將X射線入射到不同物體后的衰減情況了解X射線的性質(zhì)，還能通過(guò)X射線衍射對(duì)特定晶體的參數(shù)測(cè)量等。

目前應(yīng)用物理專業(yè)的普通物理實(shí)驗(yàn)在第二、第三和第四學(xué)期開設(shè)，共計(jì)80學(xué)時(shí)，第五和第六學(xué)期開設(shè)近代物理實(shí)驗(yàn)共計(jì)48學(xué)時(shí)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

課堂教學(xué)是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)目的的中心環(huán)節(jié)。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，取得良好的課堂學(xué)習(xí)效果，我們將整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)分成以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、熟悉實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作做實(shí)驗(yàn)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、講解實(shí)驗(yàn)。由于應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生人數(shù)不多，在上面的幾個(gè)環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)中心采取每周定期開放專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室在每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生都是全面開放的，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。實(shí)驗(yàn)課前要求學(xué)生仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)教材或有關(guān)資料，基本弄懂實(shí)驗(yàn)所用的原理和方法，并學(xué)會(huì)從中得出主要實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)畫好記錄數(shù)據(jù)的表格。從預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)開始到抽查到某個(gè)學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生都會(huì)到實(shí)驗(yàn)室反復(fù)做實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并與老師認(rèn)真探討如何講好講清整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)這樣的過(guò)程，從原理到儀器，從實(shí)驗(yàn)操作到數(shù)據(jù)處理，學(xué)生全方位地掌握這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅熟練掌握了實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，而且為學(xué)生提供了一個(gè)展示自我的舞臺(tái)，鍛煉和提高了自己的能力。

應(yīng)用物理專業(yè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)定制的，開設(shè)的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與所訂的教材要求不相同，或者所使用儀器不相同，導(dǎo)致學(xué)生不能有的放矢地自學(xué)、預(yù)習(xí)，因此我們自行編寫一系列與實(shí)際開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求相適應(yīng)的配套講義。特別是對(duì)于近代物理實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生明確這門課的目的、要求，注意實(shí)驗(yàn)中的物理思想、實(shí)驗(yàn)方法，而減少實(shí)驗(yàn)步驟方面的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。增加教材的探究性，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考和假設(shè)，提出研究問(wèn)題，提供查閱材料的線索。

實(shí)驗(yàn)考核是以平時(shí)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、操作技能和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，占總成績(jī)的60%，在普通物理實(shí)驗(yàn)階段，期末考試為筆試和操作考試相結(jié)合，檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)獲得、數(shù)據(jù)處理、誤差分析及考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。在近代物理實(shí)驗(yàn)期末考試要求學(xué)生對(duì)某一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的一些問(wèn)題撰寫論文，發(fā)表自己的見(jiàn)解，提高學(xué)生的研究能力。教師鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行研究探討，積極投稿發(fā)表論文，采用多元化實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定方法。

四、結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)以提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)新意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力為核心，堅(jiān)持學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐與探索，根據(jù)專業(yè)特色制定專業(yè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合多種教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的激情，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。但應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的工作，也會(huì)遇到許多新問(wèn)題，還需要運(yùn)用先進(jìn)的教育教學(xué)理念，在今后的實(shí)踐中不斷探索、研究、修正和完善。

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基金項(xiàng)目：南京郵電大學(xué)校教改項(xiàng)目（JG00712JX21）