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地方高校物理实验教学能力探讨

一、背景介绍

目前,贵州师范学院物理与电子科学学院(以下简称“我院”),实验室的使用面积已经超过5000平方米(光电子信息专业统计在内),教学科研仪器设备总投入达到1000万元以上。其中,近代物理实验建设的总开销最大。实验室主要分为基础和专业两大类,近代物理实验包含专业性质的实验室11间,分别开设了氢光谱及光谱分析,富兰克—赫兹实验,微波测试系统的调试与微波基本测量,锁相放大器的使用,等离子体气体放电,激光全息实验,塞曼效应,密立根油滴实验,核磁共振,电子自旋共振,光速测定。我院开设近代物理实验的主要目的是让学生掌握发生在近代物理领域的具有先进理念的实验技能和操作方法,包括正确使用精密、复杂的大型实验仪器;加深对力、热、电、光等基础实验的认识;掌握精度较高的测量技能等,使学生更加深入地理解近代物理的概念和发展规律,为学生掌握和应用新技术打好坚实的物理实验基础。通过这一方式,有助于提高学生从事实验工作的能力,其中包括阅读参考资料、拟定实验步骤、使用基本仪器、准确进行测量、分析实验结果等方面的能力。另外,通过近代物理实验的教学,也有助于培养学生严谨、认真的科学实验态度和实事求是的科学实验作风,提高学生的实验素质与创新能力[1-3]。

二、实验开设情况

根据我院制定的最新人才培养计划方案,近代物理实验在第八学期前十周开设完成,2013级物理本科班提前到第六学期开设。2012年开始(2009级)到2015年(2013级),近代物理实验室总共接纳15个教学班级,学生达842人。2009级到2011级皆开出8个实验,实验开出率为100%。由于学院最近几年加大了对实验室的管理力度,定期检查和维修近代物理实验仪器,2012级和2013级开出了9个实验项目,实验开出率为100%。2016年近代物理实验所有实验项目中必做和选做实验所占比例分别为:必做实验占55%,选做实验占45%。在实验开设过程中,考虑到实验仪器的损坏,以及厂家不能及时提供实验消耗器材等方面的原因,把与本科物理课程关联密切的氢光谱及光谱分析、富兰克—赫兹实验、塞曼效应、密立根油滴实验、电子自旋共振、光速测定作为必做实验,其余实验则根据具体条件合理选择开展。

三、建设实验教师团队

实验教师队伍的建设与管理是高校教学、科研乃至学科建设的重要保障,要建设一流高校,必须努力建设一支素质优良、结构合理、专兼结合、相对稳定的实验教师队伍。高素质的实验教师队伍既是实验室建设和发展的主力军,也是教学和科研的中坚力量,更是高校改革和发展不可或缺的重要人才[4]。与大学物理前期开设的力、热、电、光等基础实验相比,近代物理实验在内容上更加丰富,在深度上涉及了物理学中近代以来的重要思想和理论,在广度上综合了多学科的特色。实验教师和实验管理人员必须要有扎实的基础知识和实验技能,才能在知识讲解上得心应手,在实验操作中游刃有余,在实验室管理中不出纰漏。我院在近代物理实验教学上,拥有一支结构优化、专业特色鲜明、恪守尽职的师资队伍。教师队伍理论基础扎实、教学能力强劲、综合素质高,师范教育经验丰富。我院采用多样化、个性化的培养模式,培养学生扎实的物理学理论基础和实验技能。

四、改进实验教学

近代物理实验是一门综合性、技术性极强,集近代物理思想、理论和实验技术于一体的实验。近代物理实验教学的内容具有很强的时代性,是多学科结合、开放性的动态系统,其所涉及的理论大都深奥难懂,实验操作复杂,数据获取和处理分析难度大,仪器设备的购买、运行和维护成本高,近代物理实验教学现状、教学效果不尽人意[5]。通过借鉴和参观其他高等师范院校近代物理实验教学,再结合我院自身的发展现状,着重在以下三个方面改进教学方法。第一,分层次。我院开展的近代物理实验类型主要有综合性、设计性和验证性三种,它们所占比例分别为18%、36%和46%。层次化教学能统筹教师教学和学生学习的关系,教师在教学过程中能多层次培养学生的实验和探索能力,学生通过学习不同类型的实验,能充分掌握理论知识和实验技能,能用不同思维去思考问题,为多元化的创新人才培养奠定坚实基础。第二,开放式体系。近代物理实验内容更新速度快。一定要有机运用现代计算机信息技术,对已有近代物理实验项目稍微改进,如氢光谱实验中光电倍增管中的数值成像分析,如果不利用计算机对数值进行修正,得到的数字结果误差较大。合理运用现代科学技术可以提高实验精度和效率。第三,完善考核制度。鉴于近代物理实验综合性高、技术性强、涉及知识面广的特点[6]。加之,近代物理实验对技术人员的要求高,在教学中,多数指导教师一般采用先讲理论再做实验的方式,运用实验报告和期末考试定成绩的考核方法,部分高等师范院校的教师把学生实验操作也作为成绩的评定依据之一。第四,网上模拟实验。对于实验设备昂贵、操作危险且极为不便,但对物理学的发展有着重要意义的近代实验。教师须引导学生通过网络资源进行网上学习,在有条件的情况下尽可能地建立相应的网络虚拟实验室,既拓展实验室的应用时间和空间,也能为大学物理专业的高年级本科生步入社会后,在没有指导教师的情况下自行学习打下坚实的基础。

五、实验室的管理与维护

随着科学的进步和实验室管理水平的不断提高,对实验室建设的功能性和规范化提出了更高的要求[7]。为了便于科学合理地开展实验教学,全面完成教学大纲规定的教学任务,培养学生实验能力,开展丰富多彩的课外活动,全面提高教学质量,使实验室发挥其应有的作用[8]。我院针对实验教学管理制度、仪器管理制度和实验室开放制度三方面的内容进行改进和完善。

(一)实验教学管理制度

首先,在学校教务处的统一安排下,按大纲规则制订教学计划。计划包括准备开设的实验项目、实验开展的具体时间、计划循环小组数及每组人数。其次,实验人员根据学院制定的教学大纲,有计划地安排实验教学内容,实验管理人员在开课之前务必做好仪器和实验耗材的购进,定期检查和维护实验仪器。最后,各项目的实验教师严格按照所授实验内容及大纲要求,在规定的时间内检查所用仪器和器材的准备情况,新授课的教师必须按照要求完成试做实验并做好相关记录。开课之前,积极准备实验,保证仪器处于完好状态,备足仪器和易耗材料。

(二)仪器管理制度

实验室的仪器要分类存放,做到定室、定位。相应的实验管理人员每月初检查防盗、防火、防潮等安全设施,做好通风、防尘和保洁工作[9]。实验管理人员须定期联系授课教师,对近代物理实验仪器设备进行通电检查,每次检查必须详细做好检查记录。实验管理人员检查实验室后应做好相应的记录情况,对于少数损坏或缺失的实验仪器应及时登记,在查找无果的情况下及时作出相应的检查报告。对于长期闲置或者是有所损坏的实验仪器,应根据其特点定期联系提供商进行保养维修,少数实验仪器可以在厂家的指导下自行处理。

(三)实验室开放制度

实验室工作必须为实验教学服务,提高仪器设备使用率,分层次、按步骤、有规划地稳步推进各实验室的开放。我院一般将等离子气体放电实验以及没纳入本年度教学的实验项目作为开放性实验,既能保证近代物理实验室的高效利用,又不影响实验室正常课程教学,保证实验室的正常运行,避免造成日常教学科研工作的混乱[10]。

六、结语

地方高校近代物理实验的管理、教学和基础实验室存在较大区别。在具体的近代物理实验教学过程中,学院要充分认识到近代物理实验室的特殊性,加强日常管理,调动建设各参与主体的积极性,不断总结规划设计经验教训,改善设计细节,切实提高高校实验室建设的管理水平[11]。创新和改革是地方型本科院校的实验室建设和管理的新动力,是配合学院贯彻全面实施素质教育方针的趋势所在,是学院实现教育水平迈上新台阶并可持续发展宏伟蓝图的必然要求[12]。然而,对于类似于我院的这种西部高等师范院校,应该循序渐进,在发展中寻求改革,努力探索出适合自身发展的道路。

作者:杨佚沿 周筑文 刘家兴 高成贵 单位:贵州师范学院物理与电子科学学院

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