北京地区高等学校精品课程评选.

北京地区高等学校精品课程评选

《大学物理实验》

课程建设报告

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北京科技大学

二○○五年六月

北京科技大学是一所以工为主，工、理、管、文、法、经相结合的多学科综合性全国重点大学，本科年招生人数超过2500人。崇尚实践，勇于实践是北京科技大学的优良传统。大学物理实验课程则是实践教学中具有重要意义的一环。大学物理实验课程经过物理系几代教师的努力，已经形成了较好的实验室硬件设备和环境条件，浓厚的教学研究气氛和良好的师资队伍。1997年以来，在教育部“国家工科物理基础课程教学基地”、“211”工程一期和世界银行贷款之“自然科学实验中心”项目等项目的支持下，在改善物理实验硬件条件的同时，大学物理实验课程组特别注重教学理念的转变和课程内容与课程体系的改革，按照新的教学思想和改革方案，引进新的实验项目和开发具有自己特色的物理实验项目。在新的实验设备逐步到位的基础上，大学物理实验课程进行了深层次的改革，形成了“系列化与层次化的课程体系”，制定了新的教学大纲，确定了系列课程中各实验课程的教学目标、实验项目和教学方案，编写了系列配套使用的讲义。

1物理实验课程改革的总体思想

近年来，北京科技大学的办学目标转变为建立研究型大学，并朝着建设国内一流、国际著名的高水平研究型大学目标而努力。大学物理实验课程是为我校工科和理科学生开设的独立的、必修的基础课程，是理工科学生进入大学后最先接触的实践课，是学生接受系统的实验方法和实验技能训练的开端。课程中所涉及的实验知识、实验技能和实验方法是后继实践训练的基础，也是学生以后从事各项科学探索和工程实践的基础，对学生实践能力培养和创新意识的形成起着至关重要的作用。根据我校的人才培养目标，大学物理实验课的具体任务包括：1）物理实验的基本理论和知识的学习；2）实验技能的学习和动手能力的培养；3）实验数据处理能力的培养和提高；4）实验结果的综合分析和表述能力的培养；5）针对我校的研究型大学定位，突出以物理实验为载体，进行实验设计能力、实践探索精神、创新意识和创新能力的培养。

目前大学物理实验课所涉及的学生群体主要是需要一定量基本

实验训练的工科学生，以及需要较强物理实验训练的理科学生。理科物理实验的门数在物理实验室所开实验课中占的比例最大，占用的教师、实验室房屋和设备资源也较多。但这些课程每年只有一个学期开课，实验室房屋及设备资源得不到充分的利用。从实验内容上讲，理科物理实验所包含的主要是反映近代物理学进展和现代科学技术与

测试手段基本原理的综合性和设计性实验，测试手段也较为先进。为了让非物理类的学生能够更多地接触到近、现代物理学重要进展的内容，满足不同学生的学习需要，同时也合理地利用有限的人力资源和设备资源，在进行物理实验课程体系和内容改革时，我们将面向理、工科学生的各门物理实验课作为一个整体通盘考虑，开设系列化课程，以适应不同学生群体的学习要求；在教学思想上注意从“知识传授型”转向“能力培养型”，在教学过程中既注意加强学生基本知识和能力的培养训练，也注意引导学生进行探究性和研究性学习；在实验项目的选择和设置上，在保留经典的基础上努力改变物理实验的老面孔，激发学生做物理实验的兴趣，注重选择物理思想鲜明、实验内容贴近现代生活、实验手段比较先进，能够反映现代科学技术的发展与进步的综合性的实验。

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3实现物理实验课程的系列化设置

打破理、工科界限，按照实验的难易程度和对学生实验技能培养目标的要求，把大学物理实验课分成从基础到前沿，从接受知识到培养综合能力，逐级提高的I、II、III、IV、V级物理实验，并辅以专业近代物理实验（36学时）、仿真物理实验（27学时）、光信息技术实验（36学时）和传感测试技术实验（27学时）等选修课的新的系列化物理实验课程体系，工科学生必修I、II级物理实验，并可根据自己的兴趣选修仿真物理实验，IV、V级物理实验、光信息技术实验和传感测试技术实验等公共选修实验课，理科学生必修I、II、III、IV、V级物理实验，选修专业近代物理实验、仿真物理实验、光信息技术实验和传感测试技术实验等选修课。

过去，理科物理实验课是按照力热、电学、电磁学、光学和近代物理实验划分并从大学第二学期开始，而工科普通物理实验课则从大学第三学期开始。我们修改了理科物理实验课的教学计划，安排理科学生从大学一年级第一学期开始与工科二年级学生一起做普通物理实验，使理、工科的学生有机会在同一个实验室里合作实验，有利于不同学科背景的学生相互间交流和影响，有利于思维方式和知识的交叉融合，而且提高了教学资源的利用率。

在实验内容安排上，将理科力热、电学实验、部分光学实验、部分近代物理实验和工科普通物理实验加以整合，形成理、工科通修的I、II级物理实验课；更新和整合理科电磁学实验、理科光学实验、

理科近代物理实验，使理科物理实验仍然成为一个完整的体系，形成III、IV、V级物理实验；将理科IV、V级物理实验中的部分实验项目作为公共选修课向非理科学生开放，满足对物理实验有浓厚兴趣的非理科同学的学习要求，为其提供了解现代科学技术与测试手段的基本原理、提高实验技能的机会，同时也使理科物理实验的设备得到较充分的利用（表1列出经过近几年教学研究与改革后确定的V级物理实验设置方案，其中打*号的项目为非物理类专业学生近代物理实验公共选修课实验项目）；开设大学物理仿真实验公共选修课，充分发挥仿真实验软件三维动画和实时仿真的特点，使学生能够较为直观地了解复杂、抽象的实验原理，并可借助仿真实验取得适当扩充实验内容、扩展覆盖面的效果。开设光信息技术实验和传感测试技术实验公共选修实验课，与现代科学技术接轨。

*：非物理类专业学生近代物理实验公共选修课实验项目

4建构I、II级物理实验课的层次化教学体系

在系列化物理实验课程设置中，I、II级物理实验课是理、工科学生的必修课。课程总学时数为60学时，分两学期完成。近几年我们对I、II级物理实验课进行了力度大范围广的改革和整合：1）重新整合实验内容，建构层次化教学体系

彻底打破过去按力、热、电、光等学科设置实验项目的界限，依据教学目标，实验难易程度和对学生的实验知识、技能的要求，将课程分为三个层次：（I）基础实验，（II）应用物理实验和设计实验，（III）综合性实验。三个层次的实验不是截然分开，而是具有一定的重叠与交叉，形成了从低到高，从接受知识到培养综合能力，逐层提高的新的层次化课程体系。其中，基础实验主要为基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能和基本测量方法的学习训练与误差分析等；应用物理实验和设计实验涉及到力、热、电、光等物理技术的一些应用和小型设计实验；综合性实验则是以现代物理实验技术为主，涉及到多方面的应用技术。

新的I、II级物理实验课实验项目设置方案是基于以下三方面的要求：⑴所选实验的物理思想要鲜明；⑵实验内容、测试手段要有时代气息；⑶适当加大综合实验的比重。例如，由我校教师根据自己科研工作中所使用的仪器开发的“直流溅射法制备金属薄膜”、“金属薄膜电阻率的测量”、“磁性薄膜的磁电阻测量”、“金属薄膜生长过程中薄膜电阻的动态监测”等实验，使学生在普通物理实验阶段就接触到了当今材料科学领域中的重要领域之一--薄膜材料领域中的薄膜材料制备技术和电学、磁学性质测量技术，向同学们提供了一个了解和进入薄膜材料科学研究领域的机会。高温超导材料电特性测试实验综合了温度测量、小电阻四端法测量等实验内容，把普通物理实验的温度范围一下子扩展到了液氮温度（77K），同时使学生在实验中接触到了当前科研领域中的热点问题。在霍尔效应实验中去除了电位差计，改用目前科研与生产中广泛应用的数字表测电压，使普通物理实验技术与科研及生产实际更紧密地结合。而良导体热导率实验不