大學(xué)物理實驗課教學(xué)大綱

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

2、創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)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(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力，適應(yīng)時代的發(fā)展，科技進(jìn)步的創(chuàng)新能力。一 大學(xué)物理實驗課程體系、內(nèi)容和教學(xué)模式1. 素質(zhì)教育為目標(biāo)，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(xué)的封閉體系。建立以基本實驗、綜合性實驗、設(shè)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(chǔ)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(chǔ)物理實驗課程新體系。每一級物理實驗大致用一個學(xué)期的時間完成，不同的級標(biāo)志著不同實驗技能和科學(xué)思維水平。使學(xué)生從較高起點(diǎn)進(jìn)入大學(xué)物理實驗，一個臺階、一個臺階地走向科學(xué)的高峰。2.

3、 注重物理實驗的時代性與先進(jìn)性，改革實驗教學(xué)內(nèi)容：物理實驗必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與熱情，也才能使現(xiàn)代科技進(jìn)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(jī)技術(shù)、光纖技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、X射線技術(shù)、電子顯微技術(shù)、光譜技術(shù)、真空技術(shù)、傳感器技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)及科研成果融用于學(xué)生物理實驗之中。3. 營造培養(yǎng)創(chuàng)新人才的多元化教學(xué)模式和環(huán)境）u 大學(xué)物理仿真實驗和教學(xué)模式a) 大學(xué)物理仿真實驗及其教學(xué)模式的目標(biāo)和特點(diǎn)：大學(xué)物理仿真實驗把實驗設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容（包括理論教學(xué)）、教師指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者的思考、操作有機(jī)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(xué)長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸；b) 實現(xiàn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的結(jié)合：將實驗的原理、思想、方法和應(yīng)用與仿真軟件的虛擬實驗儀器、實驗環(huán)境相結(jié)合，將理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機(jī)的融為一體。學(xué)生可以在學(xué)習(xí)物理概念、思想、方法的基礎(chǔ)上，有目的的去設(shè)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(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。c) 實現(xiàn)與真實實驗相結(jié)合的二段、三段式等的教學(xué)模式：對一些難度高、復(fù)雜的實驗，學(xué)生在通常的課時內(nèi)對實驗設(shè)備原理、使用方法、實驗的設(shè)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(rèn)識，因此復(fù)雜的實驗不能容許學(xué)生自行設(shè)計實驗參數(shù)，反復(fù)調(diào)整后，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果。我們采用仿真實驗與實際實驗相結(jié)合的二段教學(xué)模式，解決上述問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，提高實驗教學(xué)的質(zhì)量和水平。u 利用現(xiàn)代教育技術(shù)開設(shè)“大學(xué)物理實驗遠(yuǎn)程教學(xué)”通過開設(shè)遠(yuǎn)程網(wǎng)上物理實驗教學(xué)，學(xué)生利用校園網(wǎng)或Internet網(wǎng)對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，使教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸，學(xué)生能夠充分的學(xué)習(xí)和掌握實驗教學(xué)內(nèi)容。開設(shè)網(wǎng)上虛擬物理實驗，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間，在任何地點(diǎn)自主的進(jìn)行學(xué)習(xí)，開拓學(xué)生的眼界，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和給學(xué)生提供了自學(xué)物理實

6、驗的環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生對實驗的自學(xué)能力。u 開設(shè)開放服務(wù)實驗室在每一級物理實驗中，開設(shè)開放服務(wù)實驗室，它不僅時間上對學(xué)生開放，而且在內(nèi)容上也開放，是一種個性教學(xué)模式，滿足學(xué)生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側(cè)重創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)，在開放服務(wù)實驗室中，學(xué)生可利用實驗室提供的設(shè)備，自己設(shè)立題目，教師只是指導(dǎo)和審核學(xué)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(jié)成功和失敗的原因，自己的創(chuàng)新點(diǎn)。二 大學(xué)物理實驗教材及與教材配套的教學(xué)軟件：1) 大學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)物理虛擬實驗遠(yuǎn)程教學(xué)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(xué)目標(biāo)和實驗題目：一級物理實驗（基礎(chǔ)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(xùn)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(xué)科，是大學(xué)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(dǎo)體溫度計的設(shè)計與制作直線運(yùn)動中速度的測量碰撞過程中守恒定律的研究單擺的設(shè)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(yīng)法測普朗克常量干涉法測微小量二級物理實驗（綜合性、設(shè)計性實驗）：以綜合性

9、、設(shè)計性為主的實驗，應(yīng)用綜合實驗方法和技能系統(tǒng)研究力、熱、電、光學(xué)物理量的測量，并且逐步引進(jìn)綜合現(xiàn)代物理實驗和方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合思維和綜合應(yīng)用知識和技術(shù)的能力。在實驗方法上，強(qiáng)調(diào)設(shè)計性實驗。由以前教師排好實驗、準(zhǔn)備好儀器、學(xué)生來做實驗的狀態(tài)，過渡到學(xué)生在教師指導(dǎo)下，自己設(shè)計方案來完成實驗，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力。學(xué)生通過做設(shè)計實驗，從成功與失敗中受到訓(xùn)練，更有利學(xué)習(xí)實驗的設(shè)計思想、實驗方法和實驗技術(shù)，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(dǎo)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(yīng)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(shù)）以綜合現(xiàn)代物理實驗和現(xiàn)代物理技術(shù)為主的實驗。學(xué)生在本級物理實驗中將學(xué)習(xí)現(xiàn)代物理實驗技術(shù)的思想,方法,技術(shù)和應(yīng)用。.本級物理實驗涉及廣泛的實驗應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，例如，計算機(jī)技術(shù)、光纖技術(shù)、X射線技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、傳感器技術(shù)、光譜技術(shù)、真空技術(shù)和低溫技術(shù)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(xué)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(yīng)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(xué)小實踐為主題，組織若干個圍繞基礎(chǔ)物理實驗的課題，以科研方式進(jìn)行實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和研究、開發(fā)應(yīng)用能力。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，在自行調(diào)研的基礎(chǔ)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(dǎo)學(xué)生在前三級物理實驗的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用實驗的設(shè)計思想、實驗方法和技術(shù)，研究系列實驗及其應(yīng)用。通過本級實驗，學(xué)生將學(xué)習(xí)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(jié)合的能力及

12、團(tuán)隊合作精神。實驗題目如下：X射線系列實驗及應(yīng)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(shù)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(yīng)用測量高速運(yùn)動的電子的動量與能量間的關(guān)系符合法測量放射源活度掃描隧道顯微鏡實驗及應(yīng)用付立葉光學(xué)實驗及應(yīng)用脈沖激光器系列實驗等離子體特性實驗及應(yīng)用薄膜制備技術(shù)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(yīng)用: 氫氘光譜實驗(2)塞曼效應(yīng)實驗(2)拉曼光譜及應(yīng)用非線性光學(xué)系列實驗開放實驗在每一級物理實驗中，開設(shè)開放服務(wù)實驗室，它不僅時間上對學(xué)生開放，而且在內(nèi)容上也開放，這是一種個性教學(xué)

13、模式，滿足學(xué)生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側(cè)重創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)，設(shè)計與開發(fā)等。在開放實驗室中，學(xué)生可利用實驗室提供的設(shè)備，自己設(shè)立題目，教師只是指導(dǎo)和審核學(xué)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(dǎo)體的熱導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體熱導(dǎo)率單擺設(shè)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(biāo)和測溫透鏡參數(shù)的測量氣體比熱容比的測量氣墊導(dǎo)軌系列實驗PN結(jié)測溫的原理磁滯回

14、線的測量衍射法測細(xì)絲直徑電子衍射實驗萬用表的設(shè)計和組裝相關(guān)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(shù)全息光柵技能訓(xùn)練（金工實踐）高溫超導(dǎo)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(yīng)用光學(xué)黑盒子物理擺運(yùn)動規(guī)律的研究霍爾效應(yīng)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(yīng)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(xué)實驗衍射、干涉、偏振現(xiàn)象的觀察導(dǎo)熱系數(shù)的測量空氣阻力實驗飛機(jī)機(jī)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(dǎo)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(xué)實驗等）克爾效應(yīng)實驗空氣和金屬中的聲速測量三軸回轉(zhuǎn)儀實驗（陀螺儀實驗）錐體上滾輪實驗熱空氣發(fā)動機(jī)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(xué)設(shè)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(xué)的方法：1. 滿足個性化教育的需要，建立了大學(xué)物理實驗網(wǎng)上選課系統(tǒng)，打破多年來一個年級學(xué)生一張課表的作法 ，實現(xiàn)全方位開放的教學(xué)模式：在實驗項目和教學(xué)內(nèi)容逐漸豐富的基礎(chǔ)上，建立了大學(xué)物理實驗網(wǎng)上選課系統(tǒng)和實驗教學(xué)管理系統(tǒng)。在三級、四級物理實驗中，學(xué)生根據(jù)興趣和需要，在老師的指導(dǎo)下，在網(wǎng)上選課，打破多年來一個年級學(xué)生一張課表的作法，作到一個學(xué)生一張課表，滿足個性化教育，激發(fā)了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的熱情，提高了實驗教學(xué)水平。2. 開設(shè)物理實驗課的同時，并行開設(shè)“物理實驗技術(shù)系列講座”，提高物理實驗課的層次和水平