大学物理实验教学改革的思考和实践

位置分辨正电子湮没符合测量
小型科研课题型实验： 小型科研课题型实验：
薄膜制备技术与性能测试 薄膜制备技术与性能测试 扫描隧道显微镜 非线性光学系列实验 纳米材料的制备与物性研究 等离子特性研究
软X射线显微术 射线显微术 激光系列实验 激光系列实验
计算机虚拟实验设计 半导体电性能测试系列实验
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本门课研究物理学史的方法
• 以物理学发展进程中“里程碑”作用的事件 为线索，研究物理学发展史上一些重大的 事件和成就。 • 以著名物理实验在物理学发展中的重大作 用为主线索，剖析历史上重要物理事件的 背景和作用，当事人取得成功的经验。
著名物理实验及其在物理学发 展史上的作用
密立根油滴实验 光电效应实验 氢光谱规律的发现——原子光谱(1) 匹克林谱线之谜——原子光谱(2) 卡文迪许实验室
同位素光谱-氢氘原子光谱 同位素光谱-氢氘原子光谱 同位素光谱 氢氘原子光谱 同位素光谱 氢氘原子光谱
单色仪的调节与使用
四级物理实验
Mossbauer谱学实验 谱学实验 光谱实验 正电子寿命谱的测量与分析 γ射线动态测厚仪 射线动态测厚仪 康普顿散射分析 光纤杨氏实验 γ相机成象实验 相机成象实验 相机成象实验 常温及变温下的吸收和发射 源激发x射线荧光分析微量元素 源激发 射线荧光分析微量元素 全息双频光栅参数测量
Teacher
Student
Internet Internet
Student
Database
Server
Student
Student
1. 以教学服务器为中心，教师与学生都是分 以教学服务器为中心， 布式的，处在服务器的远端。 布式的，处在服务器的远端。这种方式的 优点： 优点：
教师与学生都可在任何地点开展网络教学， 教师与学生都可在任何地点开展网络教学， 如在家中，出差旅途中。 如在家中，出差旅途中。 可灵活实现实时或非实时的全国性网络教学， 可灵活实现实时或非实时的全国性网络教学， 优化教学资源，消除地区、 优化教学资源，消除地区、学校间教师资源 差距。 差距。 特别有利于目前大学合并而产生的多分校、 特别有利于目前大学合并而产生的多分校、 多地点组织统一教学。 多地点组织统一教学。
3. 该系统的使用将大大改善学校的实验教 学环境： 学环境：
在校学生可利用该系统进行实验课前预习， 在校学生可利用该系统进行实验课前预习， 课后复习和自学。 课后复习和自学。这样实验教学与课堂理论 教学有教科书一样，能克服课堂、 教学有教科书一样，能克服课堂、课时的限 制，使实验教学内容在时间和空间上得到延 伸。教师可利用该系统组织网上物理实验的 选修课和课外实验作业，以及和实际实验相 选修课和课外实验作业， 结合进行教学，实现在校教育的多元化。 结合进行教学，实现在校教育的多元化。
空气密度的测量 空气密度的测量 钢丝弹性模量的测量 直流电压的测量 用稳恒电流场模拟静电 透镜参数的测量 干涉法测微小量 用电子衍射法测电
测量螺线管磁场 用稳恒电流场模拟静电场 测量螺线管磁场 投影仪和望远镜的设计与组装
衍射法测微粒和细丝的直径 用Millikan油滴实验测电子电荷 油滴实验测电子电荷 子德布洛意波长 光电效应法测普朗克常数 光电效应法测普朗克常数
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图1。各册实验按学科比例
50 40 30 20 10 0
第一册 第二册 第三册 总数 力热物性 19 7 3 29 电磁 6 17 2 25 光 6 8 6 20 近代技术 4 7 19 30 总数 35 39 30
第一册 第二册 第三册 总数
第一册按学科比例
11%
17% 55%
力热物性 电磁学 光学 近代技术
介电常数测试仪的设计与制作
用存储示波器研究法拉弟电磁感应定律
光纤几何参数和数值孔径的测量 光纤几何参数和数值 全息术 电子自旋共振 真空的获得和测量 计数管特性研究 夫兰克-赫兹实验 夫兰克 赫兹实验
电阻应变式传感器灵敏度特性研究
三级物理实验
光电转换器特性研究 光电转换器特性研究 电涡流传感器实验 压电传感器 用交流梯度磁强计测磁性 θ调制法空间假彩色编码及卷积定理的 调制法空间假彩色编码及卷积定理的 椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率 塞曼效应 用闪烁谱仪测γ射线能谱 用闪烁谱仪测 射线能谱 劳厄法 测量高速运动电子的动能与能量间关系 光泵磁共振 低温获得与温度的测量 四极质谱 电信号傅里叶分析 非线性电路混沌实验 α粒子散射 粒子散射 光学图像处理 周期电信号波形的傅立叶分析 周期电信号波形的傅立叶分析 傅立叶光学的空间频谱和空间滤波 傅立叶光学的空间频谱和空间滤波 光学模拟 激光散斑测量 激光散斑测量 激光多普勒效应 激光多普勒效应 核磁共振 高真空的获得和检漏 符合法测放射源活度 透射电子显微镜 透射电子显微镜 低温比热的测量 变温霍尔效应 热传导 椭偏 光纤干涉仪 铁磁共振 铁磁共振 德拜法 喇曼光谱 核电四极共振 扫描电子显微镜 扫描电子显微镜 气体放电等离子体特性研究 气体放电等离子体特性研究 磁天平原理及应用 P-N结特性 结特性 CCD特性研究 特性研究 激光散斑
直线运动中速度的测量 物体碰撞过程中守恒定律研究 直线运动中速度的测量 物体碰撞过程中守恒定律研究 波求振动频率 单摆的设计和研究 单摆的设计和研究 表面张力系数的测定 切变模量的测量 用直流电桥测量电阻 场 分光计的调节与使用 二维碰撞运动的研究 二维碰撞运动的研究 液体粘滞系数的测定 液体粘滞系数的测定 固体比热容的测量 交流电及整流滤波电路
2. 在系统设计上采用客户机－服务器三层 在系统设计上采用客户机－ 体系结构。 体系结构。
教学管理、 教学管理、师生教学交互部分设计在网上 运行， 运行，学生与教学仪器的交互以光盘的形式 放在本地进行。 放在本地进行。这样大大节省了网络通信费 用和教学服务器的负荷， 用和教学服务器的负荷，学生在不需要与教 师交互的情况下，可离线操作，完成实验。 师交互的情况下，可离线操作，完成实验。 是目前在低速Internet网上最经济又切实可行 网上最经济又切实可行 是目前在低速 的远程教学模式。 的远程教学模式。
17%
第二册学科比例
8 力热物 7 性 电磁学 光学 17 7 近代技 术 扇面 5
第二册学科比例 力热物性：0.18 电磁学：0.44 光学：0.20 近代技术：0.18
第三册学科比例
第三册学科比例 力热物性：0.10 电磁学：0.07 光学：0.20 近代技术：0.63
力热物 性 电磁学 光学 近代技 术
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营造创新人才培养的多元化教 学环境
开设开放性实验 开设远程网上物理实验教学 开设“物理学史的启迪” 开设“物理学史的启迪”seminar课程 改革考试方法，调动学生学习的主动性 和创新性。
返回Байду номын сангаас
系统概况
大学物理虚拟实验远程教学系统主要是在Internet网上建立 一个实验教学环境(系统结构如下图),在这个环境下可实现：
四级物理实验新体系
一级物理实验，主要为基本物理量的测量、基 一级物理实验 本实验仪器的使用、基本实验技能的训练和基 本测量方法与误差分析等，涉及到力、热、电、 光、近代物理各个学科，为普及性实验。 二级物理实验，以综合性、设计性为主的实验， 二级物理实验 应用综合实验方法和技能系统研究力、热、电、 光学物理量的测量，并且逐步引进综合现代物 理实验和方法。 三级物理实验，以综合现代物理实验和现代物 三级物理实验， 理技术为主的实验。
四级物理实验新体系
四级物理实验以科学小实践为主题，组织若干 四级物理实验 个围绕基础物理实验的课题，以科研方式进行 实验，培养学生的创新思维和研究、开发应用 能力。
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教学上存在的弊端
教学体系、内容、模式、方法远远落后 于科技进步的步伐。 教学仪器日趋现代化的今天，如何改变 教学模式和方法，充分利用教学资源， 让学生得到更多？ 如何强化物理文化素养教育，从物理学 史中启迪学生的科学素质和创新意识。
氢原子光谱
二级物理实验
扭称法测量万有引力常数 金属电阻测温实验 RLC电路的暂态过程 电路的暂态过程 交流电桥 霍尔效应测量磁场 电子荷质比的测量 高温超导材料的导电性能及转变温度测量 迈克尔逊干涉仪 旋光现象观察和测量 孔径的测量 光纤传输损耗波谱的测量 物质对β射线的吸收 物质对 射线的吸收 钠原子光谱 红宝石光谱 凯特摆测量重力加速度 凯特摆测量重力加速度 声速的测量 声速的测量 热导系数的测量 热导系数的测量 用示波器测量电压 用示波器测量电压 交流谐振电路 石英晶体振荡器测量时间参数 超声波的应用——探伤及测厚 热胀系数测量 探伤及测厚 超声波的应用 弱电流放大及应用 RL，RC电路的稳态过程 ， 电路的稳态过程 用示波器测动态磁滞回线 居里温度测试仪的设计与制作 光的干涉衍射 偏振光的研究
填写成绩
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一级物理实验
长度测量 用天平测量质量 用天平测量质量 时间测量中随机误差的分布规律 时间测量中随机误差的分布规律 用示波器测量时间 用惯性秤测量质量 直流电表和直流测量电路 热敏电阻测温度的原理 热敏电阻测温度的原理 发光强度的测量 用弦振动形成的驻
玻璃(液体 温度计的工作原理及其校准 玻璃 液体)温度计的工作原理及其校准 液体 半导体温度计的设计与制作 发光强度的测量 半导体温度计的设计与制作 发光强度的测量
著名物理实验及其在物理学发 展史上的作用
核磁共振实验 迈克耳逊——莫雷实验 电子衍射实验 X射线的发现
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4. 在高速宽带网上的功能扩展： 在高速宽带网上的功能扩展：
建立网上实验教学实时讨论区（语音）。 建立网上实验教学实时讨论区（语音）。 教师端可监视学生的实验过程， 教师端可监视学生的实验过程，实现网上 考试。 考试。
学生选课
教师编组
教师公告
学生登录
实验科目
实验报告
学生填写报告
教师批改报告
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打破传统的实验课程体系，建 立物理实验课程新体系
力、热、电、光、近代物理各自封闭的 旧物理实验课程体系。 新体系实验由基本实验、综合性实验、 设计性实验、科学小实践组成 。 四级物理实验课程新体系
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突出时代性与先进性的实验内容
物理实验必须与现代科学技术接轨 科学研究的成果融入物理实验课程 教学与科研，课堂与科技前沿紧密结合 学生站在课堂，能时时眺望科研前沿 面向21世纪的课程教材－－“大学物理 实验”
大学物理实验教学改革的思考和实践
改革的背景 打破传统的实验课程体系， 打破传统的实验课程体系，建立物理实 验课程新体系 突出时代性与先进性的实验内容 营造创新人才培养的多元化教学环境 面向21世纪的教材－“大学物理实验”
改革的背景
物理学在人的科学素质培养中有重要的地位， 物理实验教学是人才培养的重要环节。 实验教学应该面对时代的发展、科技进步的新 趋势和新挑战不断有所创新。 站在培养21世纪优秀人才的角度， 21世纪优秀人才的角度 站在培养21世纪优秀人才的角度，审视教学中 存在的弊端： 存在的弊端：
面向21世纪教材－“大学物理 实验”
按照四级物理实验新体系，体现学生素质和能 力提高的阶梯性和开放性。 内容丰富、注意物理实验内容的先进性同时兼 顾传统、经典、里程碑的著名实验。 配有“大学物理仿真实验”和“远程大学物理 仿真实验系统”，为改革教学方法、营造多元 化的教学模式创造了条件。 广泛适用于各专业、各层次的学生