地方高校《近代物理实验》课程教育教学的几点思考*

王永佳，李庆峰

(湖州师范学院理学院，浙江 湖州 313000)

1 引言

众所周知，物理学的建立与发展离不开实验，物理学的大厦是建立在实验的基础上，实验是检验物理学理论的唯一手段。实验不仅对物理学的发展有重要的意义，其对学生掌握物理学相关知识、训练实际动手能力、培养创新精神等也有十分重要的作用。国内外高校物理学专业学生都要进行《普通物理实验》和《近代物理实验》等实验课程的学习和训练，其中《近代物理实验》是一门综合性很强的实验课，具有涉及知识面的广度和深度都较强、多学科交叉等特点，是物理实验的重要组成部分，综合了物理学专业学生学过的力学、热学、光学、电磁学、电子线路等理论课程以及相应的实验课程，对学生融合贯通大学期间学过的多门课程有重要作用。近代物理实验所包含的内容涉及许多物理学研究及实践中的最新内容，是学生了解近代物理学发展和当代物理前沿的重要途径，也是学生了解微观世界最常用的手段。本实验课程的学习，能使学生掌握近代物理学发展过程出现的具有划时代意义的重要实验的基本思路、方法和技术，以及对近代物理学发展的影响；加深对有关物理概念的理解，并对相关知识和概念产生、发展、演化的过程有一定了解，培养学生细致观察的习惯和严谨的科学作风。因此做好《近代物理实验》课程教学有十分重要的意义。

2 近代物理实验的特点

近代物理实验由于其研究对象的特殊性（如微观特性），导致近代物理实验有别于其它物理课程实验，主要区别有：

（1）所用实验设备昂贵，一般高校配备的设备数目少。如一台教学用的激光拉曼实验仪至少需要10 万元。

（2）实验相关的背景理论知识有一定的深度和广度。如核磁共振实验，涉及原子物理学、电动力学等相关知识，而光敏传感器实验又涉及复杂的半导体物理知识。

（3）实验现象不易观察。如塞曼效应实验，要细致调节光路，仔细观察微小的干涉条纹变化。

（4）一般实验过程复杂、耗时长。如全息照相实验，首先要细致调节光路，待光路稳定后曝光拍摄，然后冲洗、显影、定影、晾干，最后再观察，整个过程中任何一个环节出现微小差错都会导致实验失败，需要重头再来。这些因素导致《近代物理实验》课程的开展比一般实验课难度高。

3 地方高校开展《近代物理实验》的困境以及思考

国内外重点大学的《近代物理实验》课程教学一般都有庞大的高水平教师团队和充裕的经费保障，如武汉大学的《近代物理实验》采用“选择开放”式教学模式，即不规定实验时间和次数、不安排学生的实验顺序，学生可以随时到实验室来做实验，实验室采用任课教师与高年级研究生协调管理的模式，使实验室从周一到周日、早上8:30 到晚上22:00 都可以对学生开放。如上海交通大学有专门的网上预习和选实验课题系统，学生可以灵活选择实验内容和实验时间。显然这种方式对激发学生学习兴趣和培养学生科研态度都有很大好处，但此方法在地方高校推广有一定难度。地方高校由于经费相对缺乏、师资力量相对薄弱，开展《近代物理实验》有一定限制，探究如何更高效的在地方高校开展《近代物理实验》教学十分有必要。由于地方师范类高校肩负着培养未来中小学教师的重任，如何让学生从《近代物理实验》课程教学中有收获，更高效的实现课程培养目标，是非常值得研究和深思的课题。

一般地方性高校在投入有限的情况下，为了保证能开设更多的实验课程，通常每个实验的仪器都只购买1-2 台，而且通常这些仪器上都尽可能安排好几个内容相近的实验，以此增加实验设备的使用率和开设实验的项目数。如我校使用的光敏传感器实验平台上，就可以开展光敏电池、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等器件的光谱特性、温度特性、光照特性等多个内容的研究。这些实验内容、原理大致相近，可由学生自主选择其中一个进行实验。解决仪器套数少的另一个办法是学生分批次、同时进行多个实验，这也是目前国内大多数高校开展《近代物理实验》教学的通用做法。此办法的开展需要有充分的师资做保障，在一般地方高校实施起来仍然有一定困难。教师可以在分组时，适当考虑每组学生的能力水平，并且在每组学生中选择责任心较强的同学担任组长，课前对组长进行相关培训，组长协助教师负责管理实验开展，这样能有效提升教学效果。此外，还可以让已经做过某个实验的学生给下一个批次的学生进行讲解，这样即能巩固第一批同学掌握的知识，也能对学生的师范技能进行锻炼，这对于地方师范类高校的学生尤为重要。与普通物理实验相比，近代物理实验由于其仪器的一般都较昂贵，而且套数较少，所以学生在做实验时需要一定的监督和管理，但在分批次教学的情况下，授课教师很难顾及多个实验室的情况。在实际教学中，可以让组长以及已经做过这个实验的学生充当教师的角色，这样可以一定程度上解决此类问题。

近代物理实验涉及的项目涵盖近代物理的方方面面，几乎每个实验背后都是一门新兴的学科和方向，所以对教师的要求较高。如果没有一定的理论知识做背景，实验的开展将非常的困难，即便做完了实验，学生也很难真正理解其中的道理。在实际授课中需要精选一些近代物理中具有划时代意义的实验，对于涉及理论知识较深的实验项目，可以选讲部分内容，重点引导学生发现这些重要实验的价值和意义。数据和结果处理环节也是实验课程的重要内容，《近代物理实验》由于其复杂性，一般实验结果与预期的理论值之间可能会存在较大差距，这时要引导学生正确的分析产生差异的原因、实验中可能存在的问题等等，必要时还要多次重复实验。

在《近代物理实验》的教育教学过程中，有丰富的课程思政元素可以融入。引导学生养成百折不挠，细致钻研的科学研究精神，以实际行动影响学生建立正确的实验研究方法和习惯。

4 总结

实验课有别于理论课的一个主要区别在于，学生自主的探索和发现。对于近代物理实验，由于仪器设备的特殊性，一方面不能让学生随意改变仪器设定；另一方面对学生有准备和考虑的自由探索也需要积极鼓励，容许学生做适当的探索。实验报告的撰写也是学生养成良好科学研究习惯的重要部分，要重点引导学生科学的进行数据分析和论述，积极鼓励学生探索实验结果与理论值有差异的原因，对于质量较高的实验报告和自由探索内容，进行凝练后可以发表相关论文。

此外，对于一些有危险性（如放射性）的实验项目，可以采用虚拟仿真的形式开展，在国家虚拟仿真实验教学课程共享平台上已经有几十个物理学相关的实验项目，可以为地方高校开展近代物理实验提供帮助。这些虚拟仿真实验项目，仿真度高，使用方便，而且免费开放，将会使更多的学生受益。如我校开发的重离子加速器中的原子核碰撞虚拟仿真实验项目，该项目是以我国兰州重离子加速器相关设备为模板，利用计算机3D 建模，内置微观输运模型，能仿真重离子加速器工作的整个流程以及分析重离子碰撞的动力学过程，对学生了解重离子碰撞相关知识有一定帮助。