近代物理實(shí)驗(yàn)課程授課模式改革研究*

劉京津 高宗慧

(天津大學(xué)理學(xué)院 天津 300350)

近代物理實(shí)驗(yàn)是專門為物理專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的一門實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課程.其特點(diǎn)是知識(shí)面廣，綜合性強(qiáng)，并且靠近科學(xué)的前沿.

近代物理主要是指19世紀(jì)末和20世紀(jì)初開始建立的相對(duì)論、量子力學(xué)和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)理論,包含原子分子物理、原子核物理、粒子物理和固體物理.而近代物理實(shí)驗(yàn)是在近代物理研究、發(fā)展和應(yīng)用過程中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，大致可分為6個(gè)模塊，詳見本文表1所示.開設(shè)近代物理實(shí)驗(yàn)課程的意義在于開拓物理專業(yè)學(xué)生的知識(shí)面，讓學(xué)生提前感受科研的過程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力.進(jìn)而為后續(xù)的科研工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

表1 近代物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K目錄

1 近代物理實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀

以天津大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)課程為例，這門課程包含了大部分經(jīng)典的、獲得諾貝爾獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，近年來又新增加了靠近前沿科學(xué)的技術(shù)性、應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.我們對(duì)于這門課程的課時(shí)分配為一節(jié)課共6個(gè)學(xué)時(shí)，時(shí)間為4個(gè)小時(shí).學(xué)生的課表在上課之前即已分配好，這樣的分配造成學(xué)生的課程分散，不成體系，在有限的學(xué)時(shí)里得不到系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，針對(duì)這些問題，對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)課程體系重新構(gòu)建勢(shì)在必行.

對(duì)比其他高校近代物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的方法[1,2]，我們采取了對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)成體系化的教學(xué)模式探索，使近代物理實(shí)驗(yàn)室真正成為物理系學(xué)生實(shí)踐科研過程、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基地.

2 構(gòu)建近代物理課程新體系

2.1 重新定義近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的

以天津大學(xué)開設(shè)的近代物理實(shí)驗(yàn)為例，這門課程專門針對(duì)物理系的學(xué)生.因此，教學(xué)目的不僅僅是單純地讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的原理和方法，更重要的是讓學(xué)生了解這些實(shí)驗(yàn)背后的物理思想，了解這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)與現(xiàn)代科技應(yīng)用是息息相關(guān)的，是現(xiàn)代科學(xué)研究中不可或缺的.成體系化教學(xué)模式的建立最終目的是建立多個(gè)實(shí)驗(yàn)體系[3]，每個(gè)體系下要做多個(gè)實(shí)驗(yàn)，類似于科研的某一個(gè)課題，培養(yǎng)學(xué)生從開始的“選題-查詢資料-完成實(shí)驗(yàn)過程”到最后“得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果-實(shí)驗(yàn)論文”這一科研過程的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、探索意識(shí)、實(shí)踐能力[4]，使我們的學(xué)生初步掌握科研的基本思路和方法，最終提高學(xué)生的綜合科研能力.

2.2 重新編排近代物理實(shí)驗(yàn)講義目錄和內(nèi)容

在編寫近代物理實(shí)驗(yàn)講義時(shí)，重新對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目錄和內(nèi)容進(jìn)行編排，注重實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成體系化，具體修正后的目錄如表1所示.

從表1中可以看出，我們對(duì)目前的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了重新的編排，分成了6個(gè)模塊，每一個(gè)模塊為一個(gè)體系.

因此,與以前的課表分配不同，根據(jù)整個(gè)近代物理實(shí)驗(yàn)的課時(shí)，每個(gè)學(xué)生按體系選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每一學(xué)期至少完成一個(gè)體系.但是目前也存在一定的問題，即每個(gè)體系下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量不相同，依照天津大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)的課表，每位學(xué)生一學(xué)期應(yīng)該完成8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因此每個(gè)人必選一個(gè)體系，并且完成這一體系下所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不夠的課時(shí)要再次自由選擇其他體系下的實(shí)驗(yàn).這樣的選課方式更能豐富學(xué)生的知識(shí)面.更重要的是，從2018年開始，我們將近代物理實(shí)驗(yàn)室全面開放，給學(xué)生充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間，除了學(xué)校規(guī)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生可以根據(jù)自己的課外時(shí)間隨時(shí)來繼續(xù)自己的實(shí)驗(yàn)，為有興趣致力于實(shí)驗(yàn)研究的學(xué)生提供了更多的機(jī)會(huì)，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果.

根據(jù)學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)中心的支持，我們物理實(shí)驗(yàn)中心將加大近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的投入.隨著新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)入，我們會(huì)不斷豐富近代物理實(shí)驗(yàn)講義的內(nèi)容，隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新，與時(shí)俱進(jìn)，把各個(gè)體系做得更細(xì)，讓學(xué)生得到更加全面、專業(yè)、綜合的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練.

2.3 根據(jù)成體系化內(nèi)容重新制定教學(xué)過程

按照傳統(tǒng)的近代物理實(shí)驗(yàn)課程要求，每位教師會(huì)分配一到兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一學(xué)期下來學(xué)生要跟多位不同的教師完成不同的實(shí)驗(yàn).由于每位教師的授課風(fēng)格和知識(shí)儲(chǔ)配都不同，因此，這樣的教學(xué)模式不利于學(xué)生連貫性地獲取知識(shí).成體系化的實(shí)驗(yàn)課程確立以后，就要改變以往的教學(xué)模式，對(duì)教師的要求也相應(yīng)的提高了.

與普通物理實(shí)驗(yàn)不同，近代物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更貼近前沿科學(xué)，因此，在教師的選擇上，實(shí)驗(yàn)中心會(huì)根據(jù)成體系化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇跟其研究方向相近的導(dǎo)師來講授這門課程.從課程的準(zhǔn)備、實(shí)施，到完結(jié)，不僅要求教師具有專業(yè)的理論知識(shí)，更重要的是把科學(xué)研究的過程研究方法和科學(xué)精神傳達(dá)給學(xué)生.在實(shí)驗(yàn)的過程中，幾個(gè)學(xué)生結(jié)成一組來進(jìn)行同一體系的實(shí)驗(yàn).同學(xué)之間相互討論，共同完成這一體系下的所有項(xiàng)目.這樣的教學(xué)安排，使學(xué)生初步體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，提高學(xué)生的綜合科學(xué)素質(zhì)，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神.此外，教師還會(huì)為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)資料，既有利于提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，還能開拓學(xué)生的視野.

2.4 重新構(gòu)建近代物理實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系

近代物理實(shí)驗(yàn)不同于普通物理實(shí)驗(yàn).目前大多數(shù)院校的實(shí)驗(yàn)考核都是通過對(duì)學(xué)生完成某一實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的處理情況給予成績(jī).這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核方式存在太多弊端，表現(xiàn)在：無論是獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)還是抄襲完成實(shí)驗(yàn)，教師都無從知道，對(duì)于最重要的實(shí)驗(yàn)過程階段無法公平合理地給予成績(jī).這樣的評(píng)價(jià)體系達(dá)不到開放式近代物理實(shí)驗(yàn)所要達(dá)到的目標(biāo)，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情.

為此重新改革成體系化的近代物理實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系勢(shì)在必行.以科研組的學(xué)術(shù)報(bào)告形式為模版.同一組的學(xué)生針對(duì)某一個(gè)體系的實(shí)驗(yàn)，必須要完成“前期開題報(bào)告+科學(xué)論文+實(shí)驗(yàn)成果匯報(bào)”這樣一系列的實(shí)驗(yàn)過程.其中“前期開題報(bào)告”包含學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告和閱讀文獻(xiàn)心得.“科學(xué)論文”是整個(gè)體系的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn).“實(shí)驗(yàn)成果匯報(bào)”以PPT答辯的形式總結(jié)自己實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決的方法，并對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié).教師當(dāng)堂給出成績(jī).

這樣的考核模式可以有效端正學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，同組學(xué)生之間共同學(xué)習(xí)，一起進(jìn)步，更大程度地達(dá)到了近代物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)物理專業(yè)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ哪康?

3 結(jié)束語

在近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革中，我們對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行成體系化分類，提前讓學(xué)生感受科學(xué)研究的過程.在教學(xué)中，專業(yè)領(lǐng)域教師注重科學(xué)知識(shí)貫通，向?qū)W生系統(tǒng)講授近代物理知識(shí)，介紹近代物理在推動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面.在考核中，嚴(yán)格要求學(xué)生，端正學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度.對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放，培養(yǎng)學(xué)生自覺實(shí)驗(yàn)的能力.使現(xiàn)有的教育資源得到合理的分配與利用，使其發(fā)揮更好的教學(xué)效果，提高近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量.