張紅燕

【摘 要】文章依托新疆大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新實驗進行了大學(xué)物理研究型教學(xué)模式的探討，用一些具體的實例進行了說明。通過兩年的實踐，學(xué)生不僅對大學(xué)物理的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，而且學(xué)生的創(chuàng)新意識、科研能力、學(xué)術(shù)規(guī)范意識和團隊協(xié)作精神都得到了培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)生創(chuàng)新項目 大學(xué)物理 興趣 科研工作

大學(xué)物理是理工類高校一門重要的基礎(chǔ)課程。物理學(xué)的發(fā)展不僅對人類物質(zhì)文明的進步和人類對自然界認(rèn)識的深化起到了重要的推動作用，而且為科學(xué)技術(shù)，尤其是高新技術(shù)提供了理論證明和技術(shù)支持。當(dāng)今的大學(xué)物理課程，無一不與高新技術(shù)和其他尖端學(xué)科相互交叉，相互滲透，這也決定了大學(xué)物理廣泛的適用性、巨大的活力和很強的重組能力。針對大學(xué)物理這種知識結(jié)構(gòu)較為寬泛且邏輯性強，對高等數(shù)學(xué)要求高，又和當(dāng)前各個學(xué)科研究的前沿似乎相去甚遠等現(xiàn)象，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何讓經(jīng)典的物理知識進入科學(xué)研究的前沿，成為一個值得探討的問題。

科學(xué)研究是學(xué)校的基本職能之一。近年來，許多高校用“以科研促進教學(xué)，以教學(xué)帶動科研”的理念來指導(dǎo)大學(xué)物理教學(xué)，教給學(xué)生基本的科研方法和初步的科研創(chuàng)新能力，使學(xué)生自主地學(xué)習(xí)物理知識，促進學(xué)科建設(shè)，實現(xiàn)文化傳承和創(chuàng)新。大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃是教育部為推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作的一項重要舉措，它的主要目的是探索并建立以研究課題為核心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以本科生為主體的創(chuàng)新性實驗改革。通過項目實施，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的實踐動手能力。筆者在從事大學(xué)物理教學(xué)的同時也在進行科研工作，科研方向為納米光學(xué)材料。下面筆者將國家級本科生創(chuàng)新項目實施融入到大學(xué)物理教學(xué)中進行一系列的探討，為進一步推動高等教育教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量提供一些經(jīng)驗和借鑒。

一、用納米世界引發(fā)學(xué)生求知興趣

人類對客觀世界的認(rèn)識永無止境，一方面向無限大的宇宙探索，一方面向無限小的微觀世界開拓。納米世界就是人類探索微觀世界發(fā)現(xiàn)的新大陸。物質(zhì)在納米尺度上發(fā)生了許多不同于宏觀世界的奇妙物理和化學(xué)變化，蘊藏著更多的神秘莫測但又充滿誘惑的奧秘。在真正進入科研工作前，除了讓學(xué)生多讀一些科研文獻外，還要讓學(xué)生有一個直觀的認(rèn)識，以引起學(xué)生對科研的興趣。比如先給學(xué)生看制備樣品的表面及截面形貌圖，而不是像培養(yǎng)研究生那樣要等到良好的物理性質(zhì)測出來后再測形貌圖。這種測試順序與從事科研的測試順序相反，主要目的是讓學(xué)生能從新奇的事物上找到興趣，進行自主自發(fā)的學(xué)習(xí)。

圖1：（a）多孔硅表面形貌圖；（b）多孔硅截面形貌圖

圖1是用電化學(xué)腐蝕的方法將N型（100）的硅基浸泡在體積比為1∶3的氫氟酸與乙醇混合溶液中，通以電流密度為50mA/cm2的電流腐蝕20min制備得到的多孔硅表面及截面形貌圖。多孔硅呈現(xiàn)出海綿狀的表面形貌，其孔徑大小約為2-3.5μm，厚度約為7μm。當(dāng)學(xué)生看到自己制備樣品的形貌后，由于其形貌與自己在課堂上所學(xué)的知識點不盡相同，會對其表示出極大的興趣。這個時候教師可以告訴學(xué)生大學(xué)物理中的波動光學(xué)就是掃描電鏡成像的基本原理，電子與物質(zhì)相互作用會產(chǎn)生透射電子、彈性散射電子、能量損失電子、二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和電動力等，掃描電子顯微鏡就是利用這些信息來對樣品進行形貌觀察、成分分析和結(jié)構(gòu)測定的，且具有很多優(yōu)越的性能，廣泛地應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、材料、地質(zhì)等領(lǐng)域，是用途最為廣泛的一種多功能儀器。當(dāng)學(xué)生了解到這一點時，教師可以順理成章地啟迪學(xué)生思考這樣一個問題：大學(xué)物理是不是驗證了過去最先進的科學(xué)研究成果？而我們現(xiàn)今的研究工作究竟能不能離開物理學(xué)？

二、從大學(xué)物理最基本的概念過渡到科研工作

在正式進入到科研工作前，教師問學(xué)生一個問題：為什么當(dāng)光照射到某些物體時物體會發(fā)光？引導(dǎo)學(xué)生開始思考物體發(fā)光的各種可能性。從最基本的幾何光學(xué)入手，當(dāng)光照射到物體上時，一部分被反射和散射，另一部分進入物體內(nèi)部，除了透過的部分外，光被吸收。發(fā)光材料只有吸收激發(fā)能以后才能發(fā)光，所以就有激發(fā)光譜的概念。激發(fā)光譜表示發(fā)光強度隨著激發(fā)光波長的變化，它表示某一發(fā)射光可以被什么光激發(fā)。學(xué)生了解到材料的發(fā)光需要外部光源的激發(fā)，不同材料的發(fā)射光譜不同，就會討論究竟哪些因素會影響材料的發(fā)光。

三、讓具體的科研工作來促進大學(xué)物理的學(xué)習(xí)

圖2：（a）新制備的多孔硅光致發(fā)光譜；（b）氧化后

的多孔硅光致發(fā)光譜

圖2是用電化學(xué)腐蝕的方法將N型（100）的硅基浸泡在體積比為1∶3的氫氟酸與乙醇溶液中，通以電流密度為50mA/cm2的電流腐蝕20min的多孔硅光致發(fā)光光譜。（a）圖是新制備出來的多孔硅光致發(fā)光圖，從圖上可以看到多孔硅在625nm處有很強的光致發(fā)光峰；（b）圖是將制備出的多孔硅在雙氧水中浸泡24h得到的徹底氧化的多孔硅，從圖中可以看到多孔硅的光致發(fā)光峰完全消失。針對圖2，讓學(xué)生去尋找形貌完全一樣的多孔硅和氧化后的多孔硅為什么光致發(fā)光譜會有如此的差異，從而讓學(xué)生了解多孔硅光致發(fā)光的機理。這個階段是學(xué)生學(xué)習(xí)最快的階段，同時也可以讓學(xué)生更加深刻體會大學(xué)物理在科研中的重要作用。

通過大學(xué)生創(chuàng)新項目的實施，很多學(xué)生在物理學(xué)習(xí)和科研能力培養(yǎng)上有了很大的收獲。

首先，學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新實驗最大的收獲是對物理知識有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識和掌握，大學(xué)生可以自己確定實驗課題，制定實驗方案，用書本上的物理知識來解釋實驗結(jié)果，使實踐能力得到了極大的提高。

其次，學(xué)生在腦海中對多孔硅薄膜的生長有了較為清晰的直觀認(rèn)識，了解到不同的制備條件影響薄膜的表面及截面形貌，同時也會表現(xiàn)出不同的物理光學(xué)性質(zhì)。

再次，提高了分析和綜合能力，并且通過對創(chuàng)新實驗中每個細節(jié)都進行分析，運用各種方法和物理知識為實驗服務(wù)，真正開始接觸研究性實驗的精髓，同時對物理學(xué)習(xí)的興趣也越來越濃厚。

四、結(jié)束語

筆者依托大學(xué)生創(chuàng)新實驗平臺，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生自主開展創(chuàng)新研究，從提出問題、選題立項、階段匯報、解決問題、結(jié)題答辯等各環(huán)節(jié)讓學(xué)生體會到研究型學(xué)習(xí)的完整過程。在這一過程中，學(xué)生體會到了物理學(xué)的重要性，并將物理學(xué)習(xí)變成一種自主的行為。這種以大學(xué)生創(chuàng)新實驗為平臺，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的中心，把教學(xué)和科研有機結(jié)合，讓學(xué)生有更多的機會參與科學(xué)研究，不僅可以深化學(xué)生對大學(xué)物理基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，更重要的是激發(fā)了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)熱情，提高了大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)出更多的適應(yīng)社會發(fā)展的創(chuàng)新性人才打下了基礎(chǔ)。

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