劉京津 高宗慧

(天津大學(xué)理學(xué)院 天津 300350)

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

近代物理主要是指19世紀末和20世紀初開始建立的相對論、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.而近代物理實驗是在近代物理研究、發(fā)展和應(yīng)用過程中的相關(guān)實驗，大致可分為6個模塊，詳見本文表1所示.開設(shè)近代物理實驗課程的意義在于開拓物理專業(yè)學(xué)生的知識面，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.進而為后續(xù)的科研工作打好堅實的基礎(chǔ).

表1 近代物理實驗?zāi)K目錄

1 近代物理實驗課程的現(xiàn)狀

以天津大學(xué)近代物理實驗課程為例，這門課程包含了大部分經(jīng)典的、獲得諾貝爾獎的實驗內(nèi)容，近年來又新增加了靠近前沿科學(xué)的技術(shù)性、應(yīng)用性的實驗項目.我們對于這門課程的課時分配為一節(jié)課共6個學(xué)時，時間為4個小時.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)時里得不到系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，針對這些問題，對近代物理實驗課程體系重新構(gòu)建勢在必行.

對比其他高校近代物理實驗課程教學(xué)改革的方法[1,2]，我們采取了對近代物理實驗成體系化的教學(xué)模式探索，使近代物理實驗室真正成為物理系學(xué)生實踐科研過程、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驗的教學(xué)目的

以天津大學(xué)開設(shè)的近代物理實驗為例，這門課程專門針對物理系的學(xué)生.因此，教學(xué)目的不僅僅是單純地讓學(xué)生了解實驗的原理和方法，更重要的是讓學(xué)生了解這些實驗背后的物理思想，了解這些實驗技術(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實驗體系[3]，每個體系下要做多個實驗，類似于科研的某一個課題，培養(yǎng)學(xué)生從開始的“選題-查詢資料-完成實驗過程”到最后“得到實驗結(jié)果-實驗論文”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、實踐能力[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驗講義目錄和內(nèi)容

在編寫近代物理實驗講義時，重新對實驗項目的目錄和內(nèi)容進行編排，注重實驗項目的成體系化，具體修正后的目錄如表1所示.

從表1中可以看出，我們對目前的實驗項目進行了重新的編排，分成了6個模塊，每一個模塊為一個體系.

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

根據(jù)學(xué)校對實驗中心的支持，我們物理實驗中心將加大近代物理實驗項目的投入.隨著新實驗項目的進入，我們會不斷豐富近代物理實驗講義的內(nèi)容，隨時進行實驗項目的更新，與時俱進，把各個體系做得更細，讓學(xué)生得到更加全面、專業(yè)、綜合的實驗訓(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)的近代物理實驗課程要求，每位教師會分配一到兩個實驗項目，一學(xué)期下來學(xué)生要跟多位不同的教師完成不同的實驗.由于每位教師的授課風(fēng)格和知識儲配都不同，因此，這樣的教學(xué)模式不利于學(xué)生連貫性地獲取知識.成體系化的實驗課程確立以后，就要改變以往的教學(xué)模式，對教師的要求也相應(yīng)的提高了.

與普通物理實驗不同，近代物理實驗的實驗項目更貼近前沿科學(xué)，因此，在教師的選擇上，實驗中心會根據(jù)成體系化的實驗項目選擇跟其研究方向相近的導(dǎo)師來講授這門課程.從課程的準備、實施，到完結(jié)，不僅要求教師具有專業(yè)的理論知識，更重要的是把科學(xué)研究的過程研究方法和科學(xué)精神傳達給學(xué)生.在實驗的過程中，幾個學(xué)生結(jié)成一組來進行同一體系的實驗.同學(xué)之間相互討論，共同完成這一體系下的所有項目.這樣的教學(xué)安排，使學(xué)生初步體驗科學(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)，同時還可以培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和合作精神.此外，教師還會為學(xué)生提供豐富的實驗資料，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)建近代物理實驗考核評價體系

近代物理實驗不同于普通物理實驗.目前大多數(shù)院校的實驗考核都是通過對學(xué)生完成某一實驗后，根據(jù)實驗報告的處理情況給予成績.這種傳統(tǒng)的實驗考核方式存在太多弊端，表現(xiàn)在：無論是獨立完成實驗還是抄襲完成實驗，教師都無從知道，對于最重要的實驗過程階段無法公平合理地給予成績.這樣的評價體系達不到開放式近代物理實驗所要達到的目標，無法調(diào)動學(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驗考核評價體系勢在必行.以科研組的學(xué)術(shù)報告形式為模版.同一組的學(xué)生針對某一個體系的實驗，必須要完成“前期開題報告+科學(xué)論文+實驗成果匯報”這樣一系列的實驗過程.其中“前期開題報告”包含學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)報告和閱讀文獻心得.“科學(xué)論文”是整個體系的實驗過程和實驗結(jié)果的呈現(xiàn).“實驗成果匯報”以PPT答辯的形式總結(jié)自己實驗中遇到的問題及解決的方法，并對自己的實驗過程和結(jié)果做一個簡單的總結(jié).教師當(dāng)堂給出成績.

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

3 結(jié)束語

在近代物理實驗的教學(xué)改革中，我們對現(xiàn)有的實驗項目進行成體系化分類，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)知識貫通，向?qū)W生系統(tǒng)講授近代物理知識，介紹近代物理在推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用，擴大學(xué)生的知識面.在考核中，嚴格要求學(xué)生，端正學(xué)生實驗態(tài)度.對實驗室進行開放，培養(yǎng)學(xué)生自覺實驗的能力.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，提高近代物理實驗的教學(xué)質(zhì)量.