基础物理实验教学中心十一

基础物理实验教学中心“十一·五”建设规划
一、总体目标
建立国家级实验教学示范中心，是教育部对高校教学实验室建设的最新部署。

最近几年来，国家加大了对实验室建设的投入力度，“物理基地”、“211工程”和“世行贷款”等实验室建设项目，使原来的实验条件得到了改善和提高。

为适应21世纪实验教学的发展和需要，我们将进一步对现行的实验管理体制、实验课程体系、实验教学内容和方法、实验教学的现代化等方面继续进行深入的改革，坚持具有南开特色的“自制、自拟、自组、开放”的实验室建设思路，争取在“十一•五”期间把基础物理实验教学中心建设成优秀国家级实验教学示范中心。

二、体制与管理
基础物理实验教学中心属校、院两级管理，实行中心主任负责制。

中心设主任1名，副主任2名。

中心下属三个实验室和“仪器测试与计量”学科点
1．基础物理实验室，承担全校的基础物理实验课及实验室建设工作，实验室设主任1名，副主任2名。

2．近代物理实验室，承担物理类的“近代物理实验”、“高等物理实验”课程及实验室建设工作，实验室设主任1名。

3．物理演示及开放实验室，承担全校的物理演示实验课及实验室建设工作，实验室设主任1名。

4. “仪器测试与计量”学科点设学科带头人 1人。

三、实验教学
（一）实验教学理念
南开大学物理学科的创始人饶毓泰先生教诲：“物理学教育一定要重视实验教学”。

在这一教育理念的指引下，南开大学物理学在创立伊始就开设了物理实验，经多年的教学实践，形成了以“自制、自拟、自组、开放”为主的教学模式，以学生为主体、以教师为主导的教学原则，以培养基础知识扎实、动手能力强、综合素质高、具有创新性的物理人才为目标的实验教学理念。

我们的实验教学理念与西方国家一流大学的教学理念不谋而合，如斯坦福大学的物理系主任、1996年诺贝尔物理学奖获得者Douglas D.Osheroff教授，当他谈到物理实验教学时，说过这样一句话：“GOAL: Learn how to do physics, not specific technique.”（物理实验教学目的是让学生学会怎样去做物理工作，而不只是掌握一项专门的技术。

）这是当今享有盛名的世界一流大学关于物理实验教学理念的诠释。

我们经常这样叙述南开大学物理实验教学的培养目标：“南开培养的学生应该是物理基础知识扎实，光、机、电、算全面发展的创新型人才”。

几代南开人在物理实验教学中经过多年的改革，所形成的“自制、自拟、自组、开放”的实验室建设方针对实验教学培养创新型人才起到了重要作用，它是培养学生“知识、能力、素质”全面发展的创新型人才的一个相互关联的有机体，是培养学生独立自主、探索求新的综合实践模式，
自制就是自行设计、制造实验仪器，改变实验仪器单一化模式或把实验仪器做成自动化操作的“黑匣子”倾向。

自制可以充分发挥各自的优势，体现各自的个性。

如果把教学仪器做成看不见摸不着的“黑匣子”，加之开设相同的实验题目，购置相同的实验仪器，搞成同一个模式，那么，实验教学将失去个性和生命力。

自拟要求学生在阅读参考文献和实验讲义后自行拟定实验方案和实验步骤，它是锻炼学生分析、综合、归纳能力的一种自主式的实验教学方法。

自组式的实验南开大学1957年就开始了，当时以“组合式实验”的形式出现。

今天的自组实验是在原来的基础上发展而来，实验室提供实验器具和实验提纲，激发学生的创新思维、创新意识，由学生自主实验。

这种教学方式能够充分发挥学生的个性和主观能动作用，活跃他们的思维神经，培养他们的探索精神和独立工作能力。

以学生为本，使学生成为实验教学的主体是物理实验中心在实验教学中非常关注的问题。

开放性实验是提高学生各种能力的重要方式。

我们将从两方面坚持开放实验：一是时间和空间的开放，即实验室的开放；二是实验内容的开放。

（二）实验教学体系
物理实验中心根据“自制、自拟、自组、开放”的实验室建设方针，经过多年的努力，完成了分层次教学的大学物理实验课程的建设，联合物理学院各学科专业共建了近代物理实验新的教学平台，建设了以“自选、自学、自做”为主要形式的物理演示实验公选课，形成了教学内容丰富、层次分明、实验技术先进、实验设备精良、管理完善的“重基础、重素质、重能力、重创新”的开放性实验教学体系。

所谓开放性的教学体系，是指实验仪器开放、教学内容开放、实验室开放、进行网上开放式的远程实验教学等。

A．基础物理实验
该课程分为三个层次进行教学，它们是：
1．基础物理预备实验（第一层次），具体实验题目如下。

（1）绪论（预备知识）；
（2）长度测量；
（3）密度测量；
（4）单摆实验；
（5）伏安法测电阻；
（6）电表改装；
（7）直流单臂电桥；
（8）分光仪的使用；
（9）透镜焦距测量；
（10）测距显微镜的使用及牛顿环。

2．基础物理实验Ⅰ、Ⅱ（第二层次），具体实验题目如下。

（1）杨氏模量；（2）弦振动；
（3） 用毛细管法测定液体的粘滞系数；
（4）碰撞实验；（5）用气体转盘验证刚体转动定律；
（6）用混合量热法测定冰的熔解热；
（7）用电功量热法测定水的比热容；
（8）测定空气的比热容比；（9）液体表面张力系数的测定；
（10）固体线膨胀系数的测定；（11）直流电位差计；
（12）直流双臂电桥；（13）示波器的使用Ⅰ；
（14）示波器的使用Ⅱ；（15）用霍尔元件测量磁场；
（16）三相交流电路；（17）交流电桥；
（18）RC、RL串联电路的稳态特性；
（19）单相变压器；（20）简单谐振电路的特性；
（21）自组显微镜和望远镜；（22）棱镜色散研究；
（23）全息照相；（24）衍射光栅研究；
（25）空气折射率的测量；（26）滤光片特性的研究；
（27）阿贝成像原理及空间滤波；（28）单色仪校准及氢光谱测量；
（29）等厚干涉；（30）麦克尔逊干涉仪。

3．建立物理综合实验室（第三层次），具体实验题目如下。

（1）动态法测不良导体导热系数； （2）静态法测良导体导热系数；
（3）动态杨氏模量； （4）真空的获得与测量 ；
（5）新型金属线胀系数的测量； （6）声速测量；
（7）铁磁材料静、动态磁化曲线的计算机测量；
（8）微弱信号检测； （9）电子散斑测量；
（10）光纤光栅传感实验； （11）光纤传输实验；
（12）光学自组实验（15个实验项目）；（13）转动装置—非线性实验；
（14）数字存储示波器的原理及应用；（15）物理虚拟仪器实验（20个题目）。

B．近代物理实验
美国许多大学的普通物理实验的设置很有度，而对近代物理实验的建设却非常重视。

与国外相比，我国的近代物理实验的底子相对薄弱，而普通物理实验的规模过大，并存在着定位不十分正确的趋向。

我们认为，虽然国情不同，但是他们的许
多实验室建设经验还是值得借鉴的。

鉴于目前的状况，在“十一•五”期间，将大力度加强近代物理实验的建设，进一步调整如下实验的设置，随时把好的科研成果转化为近代物理实验教学。

1．近代物理实验
（1）绪论； （2）近代物理实验讲座Ⅰ；
（3）近代物理实验讲座Ⅱ； （4）G-M计数 ；
（5）γ能谱； （6）符合测量 ；
（7）法拉弟效应 ； （8）密立根油滴 ；
（9）声光调制和光速测量 ； （10）光泵磁共振 ；
（11）塞曼效应； （12）谢乐粉末法；
（13）劳厄照相法； （14）电光调制；
（15）付里叶变换光谱； （16）氢氘光谱 ；
（17）光弹性效应； （18）核磁共振（含脉冲磁共振）。

2．高等物理实验
（1）扫描隧道显微镜（STM）； （2）超导体电特性和磁特性的观察与测量；
（3）单光子计数 ； （4）CCD原理及应用；
（5）掺铒光纤放大器； （6）微弱信号检测原理及应用；
（7）彩色编码摄影； （8）高压相变的光学显微镜观察；
（9）晶格振动拉曼光谱在宝石鉴定中的应用；
（10）晶体光折变效应；
（11）基于PowerLab数据采集分析系统的生理信号分析；
（12）基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计；
（13）光纤通信； （14）新型散射现象与应用；
（15）电光小角度传递与检测 （16）光纤光栅传感实验
3．十一•五期间，将在基地资金中拨款150万元，购置扫描电镜、AFM等高档仪器，进一步加强高等物理实验，完善综合设计实验室，为开设课题性实验奠定基础。

C．物理演示实验
该课程承担与基础物理实验和近代物理实验不同的教学任务，它是基础物理理论教学的重要依托，是基础物理教学的主要实习基地。

在美国一流大学中，对物理演示实验非常重视。

每一堂理论课，都配备了2-3个相应的课堂演示实验，内容十分丰富。

形象生动、寓教于乐，激发学生学习兴趣，加深理解，提高记忆，则是演示实验所具有的特殊魅力。

当前，物理实验中心演示实验室用房过于紧张，争取“十一•五”期间扩大面积，并在大课教室里创造演示实验的必要条件和配置相应的实验装置，以便当场给学生进行演示。

在规定的演示实验课外，该课程采用开放式的教学方式，自选、自学、自做。

保证每周有足够的时间实行开放，以便学生随时到实验室进行实验。

具体实验选题如下：
（1） 反冲力演示
（2） 锥体上滚
（3） 运动的合成（斜抛打靶）
（4） 动力学导轨实验
（5） 混沌
（6） 双摆
（7） 阻尼摆
（8） 扭摆
（9） 冲击摆
（10）平行轴定理
（11）角动量守恒
（12）圆环摆
（13）碰撞过程的瞬态数字测量（冲量定理）
（14）转动实验演示仪
（15）进动演示仪
（16）常平架
（17）陀螺
（18）简谐振动合成仪
（19）受迫振动演示仪
（20）波动演示箱
（21）绳波
（22）纵波
（23）克拉尼板
（24）弦驻波
（25）圆环驻波
（26）驻波共振演示仪
（27）激光李萨茹图形演示仪
（28）用半导体激光器和单臂平面镜演示李萨茹图形 （29）龙卷风
（30）伯努利吸球
（31）麦克斯韦速率分布（伽尔顿板、投影式伽尔顿板） （32）声学实验（音叉、共鸣箱）
（33）共鸣管
（34）测量超声波在空气中的传播速度
（35）相临界点的投影演示
（36）气体定律演示
（37）空气比热容比的测量
（38）热机
（39）静电现象演示（8题）
（40）电流的磁场
（41）阴极射线管
（42）洛仑兹力演示仪
（43）磁悬浮
（44）超导磁悬浮列车
（45）楞茨定律
（46）磁阻尼摆
（47）巴克豪森效应
（48）CSY 型传感器系统实验仪（41题）
（49）光导纤维原理与器件（廷达尔实验 水棱柱与弯玻璃棒传光现象 传光束传象束）
（50）干涉现象演示（双孔和多孔 双缝和多缝 双棱镜 劈尖 不规则空气薄膜）
（51）散射光干涉
（52）牛顿环
（53）迈克尔逊干涉仪
（54）孔、缝、屏的衍射现象
（55）透射和反射光栅
（56）用分光仪观察光谱和测光栅常数
（57）全息图再现
（58）偏振光器件（方解石 偏振片 尼科耳棱镜 玻璃片堆 双折射棱镜 格兰—汤姆逊棱镜 波片）
（59）偏振光综合实验（马吕斯定律 布儒斯特定律 圆偏振光和椭圆偏振光）偏振光综合实验仪（5题）
（60）偏振光的干涉（色偏振 应力双折射）
（61）会聚偏振光的干涉（会聚偏振光干涉演示仪和偏光显微镜）
（62）旋光现象演示
（63）激光器（半导体激光器 气体激光器 固体激光器 YAG激光器）
（64）电子衍射仪
（65）夫兰克—赫兹实验
（66）空间滤波
（67）θ调制
（68）多缝衍射花样的动态显示
（69）小型天文仪器（折反式望远镜）
（70）光学平台自组实验
（71）静电学物理实验（27题）
（72）磁性材料
（73）科里奥利力
（74）魔球
（75）雅格布天梯
（76）非线性电路混沌演示仪
（77）动态磁滞回线
（78）物理演示实验课件
（79）气垫转盘
（80）磁阻尼多功能演示仪
（81）刚体进动演示仪
（三）创建教育部名牌课程
发挥南开大学的物理实验优势，在“十一•五”期间，把“大学物理实验”课建成国家级精品课程。

（四）加强实验教学改革
组织教师和实验技术人员积极申报教学改革项目。

“十一•五”期间，继续申报
21世纪天津市或国家普通高等教育教学改革立项项目，如“基础物理实验的定位”、“实验教学质量保证体系的建立”等。

（五）完善实验教学和管理网络平台
进一步完善网络化实验教学和实验室管理信息平台，扩展网路化实验教学内容，完全实现实验室管理的网络化、智能化，“十一·五”期间，经过建设，使中心的管理达到世界先进、国内一流水平。

（六）继续设立“沈寿春实验物理奖”
为更好地培养学生的创造能力，要鼓励他们积极参加创新活动。

为此，将配合学校本科生科研创新“百项工程”活动，继续设立“沈寿春实验物理奖”，对在本科、研究生教学中物理实验表现特别优秀的学生颁发物理实验方面的最高奖项。

四、仪器设备配备标准
（一）基础物理实验
每个实验按10-15人编组，每组10-15套仪器设备，人均一套，单人操作。

（二）近代物理实验
每个实验按1-2人编组，每组1-2套仪器设备，争取在五年内，每个实验实现双套以上配置。

（三）物理演示实验
要大力加强物理演示实验室的建设，配合课堂教学外，继续办好“物理演示实验公选课”的建设，每个实验按1-2套配备。

五、人员配备标准
加强实验教师队伍和实验工程技术人员队伍的建设是发展实验室和提高实验教学质量的根本保证，解决这两支队伍的问题，是“十一•五”规划建设的重中之重。

实验室教师将按课程分为“专职教师”、“兼职教师”、“研究生TA”三个层次结构，聘任上岗。

（一）基础物理实验
1．专职教师：10人；
2．兼职教师：10人；
3．研究生TA：30人；
4．工程技术人员：9人。

（二）近代物理实验
1．专职教师：8人；
2．兼职教师：6人；
3．研究生TA：8人；
4．工程技术人员：4人。

（三）物理演示实验
1．专职教师：2人；
2．兼职教师：2人；
3．研究生TA：4人；
4．工程技术人员：2人。

（四）学科点
1．学科带头人： 1人
2．专职教师： 2人
六、实验教材
（一）基础物理实验
五年内将出版三个层次的相关教材，它们是：大学基础物理实验（力学、热学及分子物理分册），已于2001年正式出版；大学基础物理实验（电磁学部分），已于2002年正式出版；大学基础物理实验（光学部分）在原教材的基础上重新编写。

（二）近代物理实验
2006年出版近代物理实验一书。

（三）物理演示实验
五年内将出版相关教材，大学基础物理实验（物理演示实验）。

七、实验室环境
（一）实验室面积
物理实验中心目前有2500M2的实验室使用面积，五年内，扩大近代物理实验室和演示实验室的用房。

（二）实验室基础设施
对目前实验室的配电、通风、供水，以及实验室的桌、椅等进行改造，统一部署，统一规划，统一规格。

（三）设立各实验室专用办公室、仪器维修室。

八、学科建设
充分利用实验中心的资源，进一步加强“测试计量及仪器”学科点的建设，结合物理实验中心的教学实际和社会需求，合理确定学科点的科研方向，使该学科具有研究范围广泛、研究重点突出等特点。

做到学科建设与教学的有机结合和相互促进。

并积极努力，争取在“十一·五”期间设立博士点。