应用物理专业实验教学研究与探索

骆雯琴，沈宗洋

随着全球石化能源的逐渐枯竭，以光伏材料为主的新能源产业获得了良好的发展机遇。2009年1月，江西省颁发了《江西省光伏产业发展规划》，规划的目的是为抓住全球新能源推广及光伏产业兴起的机遇，积极抢占市场和技术制高点，为江西崛起新跨越提供有力的产业支撑。经过近三年多的规划，光伏产业已经发展成为我省重要的支柱产业，光伏材料的研究也受到了越来越大的重视。然而，光伏产业的迅猛发展也凸显出我省光伏技术人才匮乏这一核心问题。从2009年开始，我校材料科学与工程学院新开设了应用物理专业，该专业的主要目标是为了培养具备光伏材料与太阳能电池所需的材料物理和相关测试技术基础知识、掌握各种电子功能材料特别是光伏材料性能、结构与制备处理技术理论和运用能力、了解相关器件设计与制造工艺技术的工程技术或研发人才。

根据我校应用物理专业的培养目标，专业实验课程教学是该专业教学活动中的重要环节之一，它不仅是对理论课程的验证、补充和拓展，而且在培养学生的创新能力、动手能力和解决实际问题能力等诸多方面发挥着重要的作用，也是促进学生迅速成为适应现代工业生产需要的复合型人才的重要手段[1]。我校应用物理专业实验教学改革是一个系统工程，它必须为实现我校所确定的专业人才培养目标服务。本文主要从三个方面对我校应用物理专业实验教学提出一些建议。

一、优化实验教学体系

实验教学内容是落实培养目标，开发学生科学思维、培养工程素质、创新意识的实质内涵。应用物理专业的实验内容是根据专业课程来制定的，因此我们自行编写了与实际实验项目要求相适应的配套讲义。我们组织了有经验的教师编写实验指导书，在减少验证性实验的基础上，选择一些有代表性的验证性实验，实验内容由浅到深，实验项目与时俱进，实验内容不断地更新和完善。

在保证实验课学时与理论课学时相当且符合整个教学计划安排的前提下，将实验教学分为基础性实验教学和综合性实验教学两个部分。基础性实验教学主要是对学生基本技能的训练，要求学生掌握相关实验的原理和方法，熟练相关仪器的使用方法并能够对实验测试的结果进行分析，为今后从事相关专业工作打下坚实的基础。基础性实验教学环节包括：①太阳光辐射能的检测；②不同光伏材料电池的性能检测；③太阳能电池伏-安特性的测定；④光电倍增管光谱响应分布曲线测定；⑤硅光电池特性的研究；⑥真空镀膜；⑦单体光伏电池的制备；⑧光电器件性能测试与应用。

图1 综合性实验流程图

在完成以上基础实验教学的前提上，再进行综合性实验。综合性实验过程如图1所示。综合性实验要求学生制备某种材料并进行性能测试分析研究，在实验过程中要求学生学会使用多种相关仪器设备。实验题目可以采取教师给定与学生自选两种不同方式，因材施教、灵活多变；查阅文献、设计实验方案、材料制备与性能测试、实验结果分析等环节则以学生自主、教师指导的方式完成，达到培养学生自主创新能力的目的；最后，由学生撰写完成实验报告。整个实验过程可以让学生初步了解本专业科学研究的思路与步骤，激发学生发现问题并解决问题的兴趣。例如，我们开设了用纳米TiO2和蓝莓的汁液为染料制备染料敏化太阳能电池的综合性实验，并将自制的太阳能电池应用于日常生活中低消耗功率的小电器上，如LED手电筒等。学生认为综合性实验教学效果良好，能够很好地培养他们的动手能力，并加深了对专业相关基础理论的理解。

二、严格实验教学环节的考核制度

科学地评定学生的实验成绩对引导学生重视实验教学，正确处理知识、能力和素质的关系具有重要的导向作用[2]。目前，我校材料类相关专业的实验课程成绩主要是根据学生的实验报告和出勤率来给定，对学生的实际动手能力则缺乏科学的考核标准。这种根据学生实验报告和出勤率给定成绩的简单做法造成学生对实验课不重视，实验报告抄袭现象严重等不良后果，并且对有些热爱实验课的学生的积极性也是一种挫伤。因此，在严格应用物理专业实验教学环节的考核制度上，我们进行了以下改革尝试：对于基础性实验而言，考核的方式以实验报告与现场实验操作各占50%来进行成绩的评判，以提高学生对实际动手能力训练的重视程度；对于综合性实验而言，要求学生给出最终实验样品，这样一方面避免有些学生蒙混过关，另一方面通过实体样品的制备，也可激发部分学生在成功完成实验后的成就感，加强他们对本专业的热爱。

三、合理分组，充分利用资源

由于实验仪器的配备数量限制，因此必须根据不同的实验项目对学生进行合理的分组，达到训练学生和最大程度利用教学仪器的双重目的。在有限的教学课时前提下，如果每组人数分配过多会导致有些学生不能轮到亲自动手的机会，这样就没有达到实验教学的目的，也失去了实验课培养学生动手能力的意义；如果每组人数分配过少，一方面不利于培养学生的团队协作精神，另一方面也会大大提高实验教学成本[3]。因此，我们根据基础性实验和综合性实验的不同特点，进行了以下改革尝试：基础性实验每组的人数为4~5人，先由老师讲解相关实验原理、实验步骤、实验仪器的使用方法，然后由学生以小组为单位自己动手完成实验并撰写实验报告，实验过程中老师会采取巡视的方式监督实验进程，发现问题及时进行指导。综合性实验每组的人数为2－3人，大家集思广益，共同完成实验目标。

另外，由于某些实验设备价格昂贵，存在套数不足的问题，因此，个别实验不是每个学生都能亲自动手去做。对于一些要使用价格非常昂贵的设备来进行的实验，比如测试光伏材料的量子效率实验，学校要求只能安排演示实验，这对学生在理解和吸收专业课中该知识点造成一定的影响。为此，我们可以给学生提供设备和经费支持，采取导师制的方式，根据双向选择，让有兴趣的学生提前进入导师课题组，可以把导师课题中的部分研究内容作为学生的研究课题。学生从指导老师处了解到实验课题后，从查阅资料、阅读文献、学习有关理论开始，先提出自己的实验研究方案，经与指导老师讨论后，开始实验研究。另外，材料性能测试所用到的一些大型设备，我校国家日用及建筑陶瓷工程中心根据学校政策会给每个学生免费提供一定量的经费支持，如X射线衍射(XRD)物相分析、扫描电子显微镜(SEM)微观形貌分析等。实验结束后，要求学生认真分析和处理相关实验数据，最后以科技论文的格式写出实验报告[4]。

应用物理专业是我校的新增专业，在专业实验的教学上还缺乏较多的实践经验。随着办学时间的增加，我们将会通过对教学过程中出现的问题进行总结和分析，促进该实验课程的教学模式得到更进一步的完善。

[1]叶宏，闫忠琳.材料科学与工程专业实践教学环节的现状与对策[J].重庆科技学院学报：社会科学版，2007，(2)：126.

[2]马泉山，刘广君.材料类专业实验教学环节的现状与改进措施探讨[J].实验技术与管理，2010，(6)：150-152.

[3]江民红，陈国华，唐艳平，陈旭，刘心宇.材料物理性能实验的教学现状分析与教改思路[J].桂林电子科技大学学报，2008，(2)：143-145.

[4]王心芬，张秀荣.应用物理专业人才培养模式的探索[J].江苏科技大学学报，2006，(3)：99.