大學物理實驗課教學大綱

1、大學物理實驗課教學大綱物理學在人的科學素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位，實驗為物理學的基礎，它反映了理工科實驗的共性和普遍性問題,在人才科學素質(zhì)培養(yǎng)中起著不可替代的重要作用.20世紀中葉以來，以計算機信息科學技術、生命科學、空間科學、材料科學等為代表的新的科學技術革命，極大地加速了科學技術的發(fā)展和各學科之間的相互交叉和滲透，新的綜合化趨勢已成為科學發(fā)展的主流。因此，物理實驗課程體系，教學內(nèi)容和教學方法、手段必須由封閉型向開放型轉變。大學物理實驗作為大學生在進校后的第一門科學實驗課程，不僅應讓學生受到嚴格的、系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是要培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維能力和

2、創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力，特別是與科學技術的發(fā)展相適應的綜合能力，適應時代的發(fā)展，科技進步的創(chuàng)新能力。一 大學物理實驗課程體系、內(nèi)容和教學模式1. 素質(zhì)教育為目標，建立物理實驗課程新體系：打破了傳統(tǒng)的力、熱、電、光、近代物理實驗教學的封閉體系。建立以基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、研究性實驗等組成的新的實驗課程體系，形成從低到高、從基礎到前沿、從接授知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的四級基礎物理實驗課程新體系。每一級物理實驗大致用一個學期的時間完成，不同的級標志著不同實驗技能和科學思維水平。使學生從較高起點進入大學物理實驗，一個臺階、一個臺階地走向科學的高峰。2.

3、 注重物理實驗的時代性與先進性，改革實驗教學內(nèi)容：物理實驗必須與現(xiàn)代科學技術接軌，才能激發(fā)學生的學習積極性與熱情，也才能使現(xiàn)代科技進步的成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中，例如將計算機技術、光纖技術、磁共振技術、核物理技術、X射線技術、電子顯微技術、光譜技術、真空技術、傳感器技術等現(xiàn)代技術及科研成果融用于學生物理實驗之中。3. 營造培養(yǎng)創(chuàng)新人才的多元化教學模式和環(huán)境）u 大學物理仿真實驗和教學模式a) 大學物理仿真實驗及其教學模式的目標和特點：大學物理仿真實驗把實驗設備、教學內(nèi)容（包括理論教學）、教師指導和學習者的思考、操作有機融合為一體，形成一部可操作的活的教科書，為物理實驗改革提供了有力工具

4、，同時克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學內(nèi)容在時間和空間上得到延伸；b) 實現(xiàn)理論教學與實驗教學的結合：將實驗的原理、思想、方法和應用與仿真軟件的虛擬實驗儀器、實驗環(huán)境相結合，將理論教學與實驗教學有機的融為一體。學生可以在學習物理概念、思想、方法的基礎上，有目的的去設計實驗，完成實驗；又能通過實驗深化對物理概念、思想的理解。利用仿真實驗，在同一個界面上實現(xiàn)理論與實驗的互動學習，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和能力。c) 實現(xiàn)與真實實驗相結合的二段、三段式等的教學模式：對一些難度高、復雜的實驗，學生在通常的課時內(nèi)對實驗設備原理、使用方法、實驗的設計原理、實驗方法難以消化，對實驗中所遇到的

5、現(xiàn)象也很難通過短時間分析建立起認識，因此復雜的實驗不能容許學生自行設計實驗參數(shù)，反復調(diào)整后，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結果。我們采用仿真實驗與實際實驗相結合的二段教學模式，解決上述問題，激發(fā)了學生的學習主動性和積極性，提高實驗教學的質(zhì)量和水平。u 利用現(xiàn)代教育技術開設“大學物理實驗遠程教學”通過開設遠程網(wǎng)上物理實驗教學，學生利用校園網(wǎng)或Internet網(wǎng)對實驗教學內(nèi)容進行課前預習和課后復習，使教學內(nèi)容在時間和空間上得到延伸，學生能夠充分的學習和掌握實驗教學內(nèi)容。開設網(wǎng)上虛擬物理實驗，學生可以根據(jù)自己的時間，在任何地點自主的進行學習，開拓學生的眼界，滿足不同層次學生的學習需求和給學生提供了自學物理實

6、驗的環(huán)境，培養(yǎng)學生對實驗的自學能力。u 開設開放服務實驗室在每一級物理實驗中，開設開放服務實驗室，它不僅時間上對學生開放，而且在內(nèi)容上也開放，是一種個性教學模式，滿足學生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側重創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)，在開放服務實驗室中，學生可利用實驗室提供的設備，自己設立題目，教師只是指導和審核學生提出的實驗方案與題目，允許失敗，最后以小論文的形式在Seminar課中上臺發(fā)表，討論和總結成功和失敗的原因，自己的創(chuàng)新點。二 大學物理實驗教材及與教材配套的教學軟件：1) 大學物理實驗 第一冊 吳泳華、霍劍青 熊永紅 主編 高等教育出版社 200162) 大學物理實驗 第二冊 謝行恕、康士秀、霍劍

7、青 主編 高等教育出版社 200163) 大學物理實驗 第三冊 李志超、軒植華、霍劍青 主編 高等教育出版社 2001124) 大學物理實驗 第四冊 霍劍青、吳泳華、劉鴻圖 主編 高等教育出版社 200215) “大學物理仿真實驗 for Windows”(一)王曉蒲、霍劍青主編 高等教育出版社 1998.6.6) “大學物理仿真實驗 for Windows”（二）王曉蒲、霍劍青主編 高等教育出版社 1998.12.7) “大學物理虛擬實驗遠程教學系統(tǒng)” 王曉蒲、霍劍青主編 高等教育出版社 2001 .12.三 物理實驗的教學目標和實驗題目：一級物理實驗（基礎物理實驗）：主要為基本物理量的測量

8、、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓練和基本測量方法與誤差分析等，涉及到力、熱、電、光、近代和物理各個學科，是大學物理實驗的入門實驗，也是適合于各專業(yè)的普及性實驗。實驗題目如下：用示波器測量時間用天平測量質(zhì)量直流電表和直流測量電路用熱敏電阻測量溫度半導體溫度計的設計與制作直線運動中速度的測量碰撞過程中守恒定律的研究單擺的設計與研究表面張力系數(shù)的測定液體粘度的測定鋼絲楊氏模量的測量切變模量的測量固體比熱容的測量直流電的測量交流電及整流濾波電路測量螺線管的磁場透鏡參數(shù)的測量分光計的調(diào)節(jié)與使用用密立根油滴實驗測電子電荷光電效應法測普朗克常量干涉法測微小量二級物理實驗（綜合性、設計性實驗）：以綜合性

9、、設計性為主的實驗，應用綜合實驗方法和技能系統(tǒng)研究力、熱、電、光學物理量的測量，并且逐步引進綜合現(xiàn)代物理實驗和方法,培養(yǎng)學生綜合思維和綜合應用知識和技術的能力。在實驗方法上，強調(diào)設計性實驗。由以前教師排好實驗、準備好儀器、學生來做實驗的狀態(tài)，過渡到學生在教師指導下，自己設計方案來完成實驗，從而培養(yǎng)學生的綜合思維和創(chuàng)造能力。學生通過做設計實驗，從成功與失敗中受到訓練，更有利學習實驗的設計思想、實驗方法和實驗技術，尤其是提出問題、分析問題和解決的能力。實驗題目如下：用凱特擺測量重力加速度聲速的測量熱導系數(shù)的測量檢流計的特性雙臂電橋測低電阻用直流電位差計精確測量電壓弗蘭克-赫茲實驗交流諧振電路交流電

10、橋通過霍爾效應測量磁場邁克爾遜干涉儀棱鏡攝譜和光譜分析偏振光的研究低真空的獲得和測量傳感器系列實驗(1)G-M計數(shù)管特性的研究物質(zhì)對射線的吸收三級物理實驗（現(xiàn)代物理實驗技術）以綜合現(xiàn)代物理實驗和現(xiàn)代物理技術為主的實驗。學生在本級物理實驗中將學習現(xiàn)代物理實驗技術的思想,方法,技術和應用。.本級物理實驗涉及廣泛的實驗應用技術領域，例如，計算機技術、光纖技術、X射線技術、磁共振技術、核物理技術、傳感器技術、光譜技術、真空技術和低溫技術等。實驗題目如下：全息光柵全息照相激光散斑單色儀的調(diào)整與使用付立葉光學實驗(1) 橢偏儀驗證相對論實驗盧瑟福散射實驗用閃爍晶體測量射線能譜核磁共振x射線實驗: 德拜照相

11、, 物相分析,勞厄照相電子顯微鏡實驗電子自旋共振實驗鐵磁共振鈉原子光譜氫氘原子光譜(1)塞曼效應實驗(1)傳感器系列實驗(2)高真空的獲得和測量低溫的獲得和測量穆斯堡爾譜四級物理實驗（研究型實驗）：以科學小實踐為主題，組織若干個圍繞基礎物理實驗的課題，以科研方式進行實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和研究、開發(fā)應用能力。學生在教師指導下，在自行調(diào)研的基礎上選擇課題、寫出調(diào)研報告、實驗方案、完成課題和寫出研究論文。本級物理實驗引導學生在前三級物理實驗的基礎上，綜合應用實驗的設計思想、實驗方法和技術，研究系列實驗及其應用。通過本級實驗，學生將學習科研的思維和方法，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、理論與實際相結合的能力及

12、團隊合作精神。實驗題目如下：X射線系列實驗及應用:X射線熒光X射線衍射德拜照相, 物相分析,勞厄照相常溫及變溫下的吸收和發(fā)射光譜實驗電子顯微技術系列實驗射線成像實驗的研究核物理實驗與方法的研究：穆斯堡爾譜實驗及應用測量高速運動的電子的動量與能量間的關系符合法測量放射源活度掃描隧道顯微鏡實驗及應用付立葉光學實驗及應用脈沖激光器系列實驗等離子體特性實驗及應用薄膜制備技術及性能測試：蒸發(fā)法真空鍍膜薄膜測量光譜系列實驗及應用: 氫氘光譜實驗(2)塞曼效應實驗(2)拉曼光譜及應用非線性光學系列實驗開放實驗在每一級物理實驗中，開設開放服務實驗室，它不僅時間上對學生開放，而且在內(nèi)容上也開放，這是一種個性教學

13、模式，滿足學生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側重創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)，設計與開發(fā)等。在開放實驗室中，學生可利用實驗室提供的設備，自己設立題目，教師只是指導和審核學生提出的實驗方案與題目，允許失敗，最后以小論文的形式發(fā)表和研討。實驗題目如下：動態(tài)法測量導體的熱導率膨脹系數(shù)的測量模擬電冰箱制冷參數(shù)的測量摩擦系數(shù)的測量示波器的調(diào)節(jié)和使用光速的測定電子電量與荷質(zhì)比測量弦振動的研究讀數(shù)顯微鏡的原理和應用模擬靜電場動態(tài)楊氏模量的測量電子束測荷質(zhì)比閃光法測不良導體熱導率單擺設計磁控管法測荷質(zhì)比統(tǒng)計規(guī)律光纖幾何尺寸的測量三線擺溫差熱電偶的定標和測溫透鏡參數(shù)的測量氣體比熱容比的測量氣墊導軌系列實驗PN結測溫的原理磁滯回

14、線的測量衍射法測細絲直徑電子衍射實驗萬用表的設計和組裝相關器原理交流電路和整流濾波雙線擺液體粘度的測定磁天平攝影和暗室技術全息光柵技能訓練（金工實踐）高溫超導鎖相放大器原理三維全息RLC暫態(tài)過程RLC穩(wěn)態(tài)過程弱電流放大及應用光學黑盒子物理擺運動規(guī)律的研究霍爾效應介電常數(shù)的測量分光計干涉條紋的CCD測量光纖通訊電子自旋共振變溫霍爾效應萬有引力的測量二維碰撞實驗非線性電路混沌實驗邁克爾遜干涉儀雙光柵測弱振動幾何光學實驗衍射、干涉、偏振現(xiàn)象的觀察導熱系數(shù)的測量空氣阻力實驗飛機機翼的空氣動力實驗輻射定律的研究實驗螺線管磁場的測量直導體外的磁場分米波的輻射特性研究激光相干光系列實驗（可做邁克爾遜干涉儀，

15、FP干涉儀，馬陳干涉儀，激光多普勒，傅立葉光學實驗等）克爾效應實驗空氣和金屬中的聲速測量三軸回轉儀實驗（陀螺儀實驗）錐體上滾輪實驗熱空氣發(fā)動機偶極的輻射的方向特性數(shù)字示波器與通（斷）電自感測量康普頓散射實驗光尋址液晶光閥的特性研究實驗數(shù)碼成像的原理實驗剪切干涉原理實驗全息照相和衍射現(xiàn)象的觀察和研究光學設計原理和幾何象差X射線衍射實驗激光散斑測量微小位移四 組織教學的方法：1. 滿足個性化教育的需要，建立了大學物理實驗網(wǎng)上選課系統(tǒng)，打破多年來一個年級學生一張課表的作法 ，實現(xiàn)全方位開放的教學模式：在實驗項目和教學內(nèi)容逐漸豐富的基礎上，建立了大學物理實驗網(wǎng)上選課系統(tǒng)和實驗教學管理系統(tǒng)。在三級、四級物理實驗中，學生根據(jù)興趣和需要，在老師的指導下，在網(wǎng)上選課，打破多年來一個年級學生一張課表的作法，作到一個學生一張課表，滿足個性化教育，激發(fā)了學生的主動學習的熱情，提高了實驗教學水平。2. 開設物理實驗課的同時，并行開設“物理實驗技術系列講座”，提高物理實驗課的層次和水平