高師院校物理專業(yè)光電類實驗教學(xué)模塊的改革初探

張登玉，陳列尊，游開明

摘要：針對物理專業(yè)實驗教學(xué)存在的問題，對改革實驗教學(xué)模塊進(jìn)行了比較深入地探討，有助于培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：物理專業(yè)；光電類實驗；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0035-02

光電類課程歷來是高師院校物理專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。光電類實驗課程主要包括《光學(xué)實驗》、《電磁學(xué)實驗》、《電子技術(shù)實驗》、《電工學(xué)實驗》和《近代物理實驗》等。社會的進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使很多新學(xué)科、新內(nèi)容進(jìn)入了教材與課堂，同時面臨當(dāng)今大學(xué)生的自主擇業(yè)與人才市場競爭，大學(xué)相應(yīng)開出較多的適應(yīng)學(xué)生全面發(fā)展與個性發(fā)展的課程，加強(qiáng)對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。加強(qiáng)實驗類課程教學(xué)對于專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，創(chuàng)新人才培養(yǎng)體制機(jī)制，打造專業(yè)辦學(xué)特色，大力提升人才培養(yǎng)水平具有重要意義。光電類實驗課程應(yīng)該緊密結(jié)合國內(nèi)外的新進(jìn)展，將最新前沿研究成果引入課堂，激發(fā)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)積極性。為了使物理專業(yè)更加適合當(dāng)前我國的教育教學(xué)形勢，必須重視對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的培養(yǎng)，這就對物理實驗教學(xué)提出了更高的要求。我們應(yīng)加大實驗教學(xué)的力度，增強(qiáng)實驗教學(xué)的靈活性，合理安排演示實驗、驗證性實驗、探究性實驗，以激發(fā)學(xué)生的自主性、能動性、創(chuàng)造性，綜合培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計、操作、分析、評價能力，鍛煉提高學(xué)生的合作意識和抽象概括思維能力。本改革計劃的基本思路是整合各門專業(yè)實驗課程，優(yōu)化實驗課程結(jié)構(gòu)模塊，為更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力、教育教學(xué)技能創(chuàng)造優(yōu)良環(huán)境。實驗教學(xué)內(nèi)容和模式的改革是物理實驗室建設(shè)的核心，具體實驗項目如何選取不但要注意基礎(chǔ)性，同時還要注重科學(xué)性、先進(jìn)性和實用性，要注重理論聯(lián)系實際，實驗中要反映物理學(xué)科的最新科技成果。在課程教學(xué)內(nèi)容改革方面，我們主要是以優(yōu)化實驗課程模塊、融入相關(guān)新成果為出發(fā)點，按照實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)性和難易程度，將光電類實驗進(jìn)行分模塊教學(xué)，只有這樣，才能培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Α邮植僮骷记珊蛣?chuàng)新能力等。我們將光電類實驗設(shè)置成五個模塊，它們之間既具有獨立性也有融合性，相輔相成共同促進(jìn)。

一、基礎(chǔ)實驗?zāi)K

學(xué)生做基礎(chǔ)實驗主要是學(xué)習(xí)對物理量的測量，并掌握基本實驗儀器的使用。對這部分實驗，教師應(yīng)提供比較詳細(xì)的實驗指導(dǎo)書，內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、實驗方法和步驟、實驗數(shù)據(jù)處理方法等。基礎(chǔ)性實驗可以按基本內(nèi)容、選做內(nèi)容和小課題分層次編排，以滿足不同實驗基礎(chǔ)的學(xué)生需求。通過基礎(chǔ)性實驗的訓(xùn)練，使學(xué)生提高對基礎(chǔ)實驗操作能力，掌握實驗的測量方法與手段。

二、近代物理實驗?zāi)K

基礎(chǔ)實驗是學(xué)生動手實踐能力得到鍛煉的重要環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)既是相對穩(wěn)定的，也是隨著時代和科技的發(fā)展而發(fā)展的。一些以前認(rèn)為屬于近代物理范疇的實驗現(xiàn)在已是基礎(chǔ)實驗，如低溫、真空、光譜等。此外，隨著傳感技術(shù)在物理實驗中的廣泛應(yīng)用，單純的力熱電光實驗已經(jīng)與計算機(jī)應(yīng)用緊密結(jié)合在一起。力熱電光實驗與計算機(jī)的融合，使得物理專業(yè)基礎(chǔ)實驗與近代物理實驗課程重組與融合已成為現(xiàn)實。我們在完善基礎(chǔ)實驗的同時，為滿足學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，應(yīng)添置一些近代物理儀器設(shè)備，如光纖器件實驗平臺、半導(dǎo)體激光刻蝕機(jī)、電子衍射實驗儀、光學(xué)精密隔振平臺等，這些近代物理實驗本質(zhì)上也是光電類實驗。

三、演示實驗?zāi)K

演示實驗教學(xué)可以變抽象為直觀，形象生動，有助于講清物理概念，有助于學(xué)生理解和記憶，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生求知欲望，對于豐富教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量具有促進(jìn)作用。光電理論中概念和規(guī)律很多，有些比較抽象不好理解，如果做一些演示實驗可幫助學(xué)生掌握物理知識。比如在光的偏振教學(xué)中，學(xué)生對光的顏色和光的強(qiáng)度有感性認(rèn)識，而對光的偏振則難以理解，覺得比較抽象。如果教學(xué)中做一個演示實驗，教學(xué)效果會很好。教師可準(zhǔn)備兩塊偏振片和一個普通光源，普通光源可以是手電筒，讓手電筒的自然光先垂直通過其中一個偏振片，以光線方向為軸，連續(xù)轉(zhuǎn)動偏振片一周，要學(xué)生注意觀察透射光的變化。然后將另一偏振片放在第一偏振片的后面，即讓自然光連續(xù)通過兩個偏振片，再以光線方向為軸，轉(zhuǎn)動第二偏振片一周，讓學(xué)生觀察透射光的變化。教師可以邊演示邊講解，學(xué)生的印象會很深刻，對光的偏振便不會感覺抽象了。

四、開放實驗?zāi)K

教師設(shè)計一些應(yīng)用性和研究性實驗，采用開放的教學(xué)模式。學(xué)生根據(jù)給定的實驗題目、要求和相關(guān)的儀器設(shè)備，運用所學(xué)基礎(chǔ)知識，通過查閱資料，自行設(shè)計方案、制定實驗步驟、獨立操作完成實驗，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析處理。在設(shè)計性實驗中，要鼓勵學(xué)生大膽設(shè)想大膽實驗，創(chuàng)造性地提出解決問題的方法和技巧，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。在設(shè)計應(yīng)用性和研究性實驗過程中，要注意三個方面：一是要積極采用新儀器新方法，這樣會提高實驗教學(xué)的效率；二是要努力把最新科研成果轉(zhuǎn)化為設(shè)計性和研究性實驗課題；三是以教師正在研究攻關(guān)的課題為導(dǎo)向，讓學(xué)生參與到課題研究中來，起到加強(qiáng)研究力量，發(fā)揮學(xué)生聰明才智的作用。開放實驗后，由于實驗內(nèi)容增多，需要添置新的先進(jìn)的儀器設(shè)備，因此實驗費用遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)實驗的費用。為保證實驗正常運行，還需要大量耗材。學(xué)校應(yīng)設(shè)立開放實驗室專項基金，解決好儀器及耗材經(jīng)費問題。

五、仿真實驗?zāi)K

物理仿真實驗是利用軟件設(shè)計虛擬儀器，建立虛擬實驗環(huán)境。學(xué)生可在這個環(huán)境中模擬真實的實驗過程操作儀器，從而培養(yǎng)學(xué)生動手能力、學(xué)習(xí)實驗技能，更好地掌握物理專業(yè)知識。有些實驗儀器設(shè)備耗資大，儀器操作要求高，普通院校難以開出，仿真實驗可彌補(bǔ)這一缺欠。仿真實驗?zāi)軐嶒災(zāi)康摹嶒瀮x器、實驗原理以及實驗內(nèi)容有機(jī)融合在一個界面上。仿真實驗借助于三維動畫可將儀器內(nèi)部部件展示在學(xué)生面前，便于學(xué)生了解儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在物理仿真實驗教學(xué)過程中，教師應(yīng)該要求學(xué)生必須在理解的基礎(chǔ)上認(rèn)真操作，克服實驗過程中出現(xiàn)隨便應(yīng)付或者盲目操作現(xiàn)象，使學(xué)生在仿真實驗中受益，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

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基金項目：湖南省教育廳2013年普通高校教改項目（2013-335）；湖南省普通高校光電課程組教學(xué)團(tuán)隊；湖南省普通高校光學(xué)省級精品課程（2006-84）和教育部2009年第四批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點項目（TS11635）。