课程介绍

4-1 本课程校内发展的主要历史沿革

  复旦大学的“近代物理实验”源于1956年由周雄豪教授、郑广垣教授和戴乐山教授在“原子物理实验”的基础上建设的“中级物理实验”课程。在60年代中期的教学改革中,对教学内容和教学方法做了重要的改进,并在个别实验上进行试点,适当增加实验课时数,即不限定一周完成一个实验,以保证学生能在教师的指导下独立完成实验课题,同时,加强了实验技能方面的训练。

  1978年末,重新开始筹建实验室,并改名为“近代物理实验室”。提出:近代物理实验课应以指导学生学习用实验方法研究物理现象为主要教学内容,因此安排的实验应以近代物理学发展史中起重要作用的著名实验为主。教学内容包括实验思想、实验设计、实验技术及数据处理等四个方面,在各实验中可以有所侧重,要求学生通过亲自实践前人的科学实验,从中学习如何用实验方法研究物理现象,以及加深对物理实验与理论的相互关系的理解。20世纪80年代初,开始试行按“6周课时2周”完成一个实验的要求来准备实验,90年代开始实践按“模拟科研”实验的要求来准备实验,使同学能更好地在教师的指导下独立完成实验。在这一阶段,近代物理实验的发展和成长得到了王福山,周同庆,卢鹤绂,谢希德等物理学界老前辈的关心和大力支持。

  进入21世纪以后,我们采取“点面结合”的教学方式,即要求学生在完成必做实验之后,自选实验,考试方式中采用期末的口头汇报和小论文进行考核,强调实验的全过程训练。在2000-2005的五年中,实验中心得到了学校“实验室三年行动计划”和教育部“世行贷款”的支持,并承担了“设计性或研究性物理实验教学内容与仪器研究”这一新世纪高等教育改革工程项目,把提高人才培养质量作为建设高水平有特色实验中心的重要内容,构建了以能力培养为目标的多层次实验教学新体系;开设了以培养学生创造能力为宗旨的“设计性研究性物理实验”系列课程,吸引了一大批优秀本科生开展实验课题研究和实验学习,极大地提高了学生的实验素质和创新能力。

  2008年1月,学校落实了“985”二期的500万经费,主要用于建设近代物理实验系列课程。当年开始开设“近代物理实验II”,按“6周课时4周”完成一个实验的要求来准备每个实验,实验选题按经典实验和成熟的前沿研究成果两类,前沿研究成果部分实验是由科研课题组承担开发的。2009年起引入科研优秀青年教师参与专职的实验教学指导。

  近三年来,我们努力把设计性研究性物理实验的理念和实验模式融入到近代物理实验教学的全过程中;将“设计性研究性物理实验”、“近代物理实验I/A”、“近代物理实验II”四门课程内容打通,成为面向物理类专业学生的近代物理实验系列课程,使得学生能及早地有机会得到科学研究能力的训练,并一步步走近科研。

  为了使广大学生和教师能积极投入到实验教学的改革中来,我们于2007年7月开通了新实验中心网站,大胆采用灵活高效和互动性极强的Wiki系统,打破了传统教学在时间和空间上的限制;采取学科建设和中心建设互动发展,理论教学与实验教学相结合的新举措,依托物理系的国家重点实验室和多个科研组,把理论教学和实验教学,科研和实验有机地结合起来;并加快了人才引进的步伐,形成了一支由实验专职教师和兼职教师相结合的高水平实验教师队伍。

4-2 实验(践)课教学内容

4-2-1课程设计的思想、效果以及课程目标

  复旦大学在建设综合性一流大学的过程中,确立了本科教学“厚基础、宽口径、重能力、求创新”的办学指导思想。建立起了面向物理类专业学生的《近代物理实验》课程系列(见下表):

年级课程名称周学时性质授课对象
三年级(上)设计性研究性物理实验3选修物理学系
三年级(上)近代物理实验A3必修材料系/光信息科学与技术系/电气工程和自动化系
三年级(下)近代物理实验I4必修物理学系
四年级(上)近代物理实验II4选修物理学系

  (1)“设计性研究性物理实验”: 该门为物理系的高年级学生专门开设的选修课以让学生接受实验选题、文献查阅、实验方案设计、设备搭建改造、实验计划的执行、数据整理分析、实验报告的准备和讲演、科学论文的写作等全方位的模拟科研训练为目的,注重学生基本科研素养的提高和独立开展研究工作能力的培养,为将来从事科研工作打下基础,也让那些将来走向不同工作岗位的同学具备一定的解决问题的能力和经验。课程要求学生在一个学期中,两人一组或独自完成一个小型研究课题。通常我们每年向学生开设10个以上具有一定的创新要求的研究课题,选修学生在20人以上。近年来,我们结合系里多年科研积累的丰厚资源,积极和从事实验科学研究的教师合作,在课程内开设适合高年级本科生的前沿方向的研究课题。一方面,增强课程内容和研究前沿的结合,进一步改善教学效果,提高教学质量;另一方面,让学生通过课程更系统地了解相关课题组的研究工作,提高他们对科学研究的兴趣,并进行有针对性的学习。此外,各科研课题组的教师也可以通过以上教学发现优秀的学生,以便及早做有针对性的培养。

  该课程中发展成熟的部分实验项目将被推荐进入“近代物理实验I/A”或“近代物理实验II”的课程教学。

  (2)“近代物理实验I/A”: 该门课程以“诺贝尔奖实验”等在物理学发展史上起过重大作用的物理实验为主线,让学生学习和体会用实验方法研究物理现象和规律,进而建立新的物理概念的整个过程。对材料系和光信息科学与技术专业的学生,开设了“近代物理实验A”必修课,对物理系学生开设了“近代物理实验Ⅰ”必修课。在“近代物理实验A”和“近代物理实验Ⅰ”中,采用模拟科研的方式进行实验教学;使学生从文献查阅、实验设计、实验操作、结果分析、数据整理到撰写报告等各个环节,得到一次较为全面的科学研究思想和方法的训练,实施个性化的实验教学,形成良好的科学素养和科学研究的协作精神。

  (3)“近代物理实验II”: 该门选修课程专门针对在“近代物理实验I” 中表现突出的物理系学生开设。为了使科研与教学紧密结合,实验中心依托相关科研小组,将前沿的科研项目中的实验研究方法或思想引入到实验教学课程中,成为“近代物理实验Ⅱ”,努力反映现代物理的最新发展。为此,充分利用复旦物理系有4位“长江特聘教授”和11位“杰出青年基金”获得者的强大优势,聘请他们为实验中心的兼职教授,以他们的研究课题为基础,开设近代物理实验Ⅱ。

4-2-2课程内容(详细列出实验或实践项目名称和学时)

一、设计性研究性物理实验(每个实验54学时),每学期由相关教师给出实验题目,学生可2人一组或独立实验。以下列举的是2006-2009学年开设近代物理相关的实验题目:

2006年课题

  1. 对电流变现象的研究
  2. X-光系列实验部分实验内容的深入研究
  3. 用锁相放大器研究晶振的频率特性,
  4. 利用Matlab 做声波的波谱分析
  5. 用隧道显微镜探测腐蚀金属(钼、铜)表面状态
  6. 量子点的Raman光谱研究
  7. 调制光谱探索
  8. 声速测量引起的测量方法研究
  9. 谐振频率的测量及应用

2007年课题

  1. 血红蛋白的拉曼光谱研究
  2. 节能玻璃的物性测试
  3. 弗兰克-赫兹实验中的新物理特性研究
  4. 弗兰克-赫兹实验中电子能量分布的测定
  5. 测量电解质的电导率
  6. 范德堡法测量半导体量子阱结构样品的霍尔效应
  7. 液体对纳米颗粒的浸润性研究
  8. 磁光克尔效应测量磁各向异性
  9. 强关联电子新材料的生长
  10. 溶液和固体材料的时间分辨光克尔效应研究
  11. 显微磁光克尔效应测量

2008年课题

  1. 用反向恢复时间法测量二极管的少数载流子寿命
  2. 颗粒斑图形成可逆性及颗粒体系统计力学
  3. 电子自旋分析器的电子光学设计
  4. 界面形状对金属硅化物/Si纳米接触势垒的影响
  5. 激光微束对细胞光阱力的测量研究
  6. 压力传感器在生理信号测量中的应用
  7. 高精度直流稳流电源的研制
  8. 改装测PN结物理特性的装置
  9. 温度传感器特性研究及数字式温度计组装
  10. 太阳能热效应的应用和改进
  11. 非线性液体性质的研究
  12. 油料降粘实验
  13. 非线性物理——混沌

2009年课题

  1. 同步辐射光源用高频腔性能测试
  2. 高温超导材料YBaCuO薄膜的制备
  3. Bi/Ag系列高温带材超导转变温度的测量
  4. 二极管泵浦绿光激光器研究
  5. 微波元件的参数测量
  6. 透明胶带拉扯发射X光实验
  7. AES测量中数据采集和误差分析
  8. Si图形衬底的制作与表征
  9. 血液的非线性效应研究
  10. 利用LabVIEW实现计算机实测
  11. 纳米颗粒对Raman光谱增强效应的研究
  12. 有机发光二极管的性能评价及应用研究

二、 “近代物理实验Ⅰ”和“近代物理实验A”(“近代物理实验Ⅰ”每个实验8学时,“近代物理实验A”每个实验6学时;一学期内要求完成至少6个必做实验和不少于2个选做实验),实验题目如下:

三、近代物理实验Ⅱ(每个实验项目最少24学时,带*号的为在建设中的实验),实验题目如下:

4-2-3课程组织形式与教师指导方法

  设计性研究性物理实验:由实验中心或从事科研的教师开出若干实验题目,学生可自由选题。每个题目有1-2名学生,教师提出实验要求,学生自己查资料、设计实验步骤,师生在不断的讨论中推进实验。

  近代物理实验A:面向物理类高年级学生,学生需做6个必做实验和不少于2个选做实验。每个实验6学时,每个教师带2组实验,每组实验人数6-8人。

  近代物理实验Ⅰ:面向物理系三年级学生,学生需做6个必做实验和不少于2个选做实验。每个实验8学时,每个教师带2组实验,每组实验人数6-8人。

  近代物理实验Ⅱ:实验内容很大一部分来源于课题组,依托本系拥有的表面物理国家重点实验,聘请“长江特聘教授”和“杰出青年基金”获得者作为兼职教师,把最新的科研成果转化成教学实验,使学生尽早地接受严格的科研式的实验训练,熟悉科学研究的前沿和先进的实验技术。此实验课面向物理系四年级学生选修,学生在一学期内完成一个综合性的实验项目或若干实验小课题。

4-2-4考核内容与方法

  中心建立了相对完善的实验教学质量保证体制,采用多种形式评价学生的实验成绩,制定科学合理的实验评分制度和鼓励学生争取高分的机制,在评分中不单是做减法,而是增加了实验奖励分,让认真做实验的得好分,痴迷做实验的得高分。根据各类不同层次课程的具体要求,制定了相应的考核内容与评分标准。

  1. 设计性研究性物理实验:由这门课所有任课教师针对学生的实验论文和口头报告情况打分。评分注重实验设计的先进性、实验方案的合理性、实验结果的科学性和学生对实验的总结能力(文字表达能力和口头表达能力),要求学生按学术刊物的格式完成实验论文,鼓励在核心期刊发表高质量的论文。

  2.“近代物理实验I/A”和“近代物理实验II”: 平时实验操作和实验记录共占30%,实验报告占30%,期末作口头报告和小论文占40%。

  以上各类实验中,任何一个实验出现篡改、伪造数据的行为,该实验为零分。

4-3 教学条件(含教材选用与建设;促进学生自主学习的扩充性资料使用情况;配套实验教材的教学效果;实践性教学环境;网络教学环境)

  • 实验教材
  1. 已出版的教材
    1. 《近代物理实验》,上海:复旦大学出版社,1995年出版,1998年获上海市优秀教材二等奖。
    2. 《设计性研究性物理实验教程》,上海:复旦大学出版社,2004年出版,“21世纪重点教材•物理学系列”。
    3. 《设计性研究性物理实验教程教师用书(光盘)》,上海:复旦大学音像出版社2004年出版。
    4. 《近代物理实验》(第二版)北京:高等教育出版社,2006年出版。
  2. 自编讲义:《近代物理实验(补充讲义)》,收录实验9个,物理类学生使用。
  3. 网上讲义
  • 实验教学条件及环境

  “近代物理实验”系列课程面向全校4个专业学生,每年选课人数约有200名,实验年人时数超过5万人小时/年。“近代物理实验”系列课程现有面积920平方米,其中实验室用房800平方米,办公室和实验准备室120平方米。实验用房的年使用时间在240到660学时不等。现有仪器设备约700台件,总值近700万元,年使用时间在200-500学时。

  近5年来,为了让学生能够尽早熟悉科研前沿和先进的实验技术,“近代物理实验”系列课程以“设计性研究性实验”为基础,以四个“新”为指导,设计并更新了大量的实验内容:

  1. 新实验技术,如数据采集(LabVIEW, 采集卡)、STM、超高真空技术等;
  2. 新材料,如左手材料、高温超导、超硬材料、纳米、铁电薄膜等;
  3. 新(物理)现象,如非线性、等离子体、介观物理等;
  4. 新应用,如同步辐射光源用高频腔、超高真空腔体设计等。

  其中已有6种实验仪器投入生产,推广到全国各兄弟院校。

  • 网络建设

  建立了基于Wiki系统的实验中心的新网站(http://phylab.fudan.edu.cn)。实现了开放式的教学互动机制,在实验教学和管理等方面发挥着重要作用。一改以往的网站由专人负责维护和更新的做法,面向全体老师、选课同学,甚至是其他对实验感兴趣的人,都可在登陆后修改、补充和发表意见;学生可以直接发帖提问,老师和其他同学都可以随时作答或进行讨论,老师和同学们的迅速回复,让提问的同学有在进行“面对面”讨论的感觉;实验教材的更新和补充也可以由指导教师自行修改和维护;大大增强了网页的交互性和内容的有效性。实验中心网站于2007年7月正式开通,并投入使用,截止到2010年3月,网站的页面点击量已超过280万次,平均每年100万次以上。

  学生通过网站可以了解实验中心的基本情况、实验课程(包括课程表)、学术研究、规章制度、仪器设备等教学和管理方面的信息。学生可不受时间、地点的限制,通过网络选课、查看讲义、教案和各种参考资料,预习或进行实验讨论,并实现信息和资源的共享。网站真正做到了信息及时发布、教学管理、辅助教学与师生互动。

4-4 教学方法与手段(举例说明本课程教学过程使用的各种教学方法的使用目的、实施过程、实施效果;相应的上课学生规模;信息技术手段在教学中的应用及效果;教学方法、作业、考试等教改举措)

一、重视学生科学素养和综合素质的培养:大学教育不仅要教育学生如何学习,而且要培养学生团结协作精神,求真务实的学风和严谨的科学态度,不光会做实验,而且能够表达,全面提高学生的综合素质。为此中心在实验教学中从以下几个方面注重对学生进行相关的引导和教育。

  • 从进实验室开始,除要求学生遵守学习纪律外,我们还制定了相关制度,督促学生养成良好的实验室工作习惯和安全意识。
  • 从第一个实验开始,就要求学生如实做好实验记录,培养学生严谨求实的学风在近代物理实验I/A的评分标准中,实验操作和记录占到了总分的30%。对于有疑问的结果,均要求提供原始记录数据,中心还专门制定了《关于必须严肃诚实对待实验数据》的三项规定。
  • 在整个实验过程中,培养学生的团结协作精神:在“近代物理实验”系列实验中,都采取两位同学一组,共同协作实验的办法,加强学生团队协作能力。
  • 强调口头报告和写研究性论文的能力:在“近代物理实验”系列实验中,所有课程的期末考评都以“口头报告”和“小论文”的形式进行。所有学生都要走上讲台,对台下几十位学生和老师作“八分钟”的“口头报告”,并面对学生和老师的“尖锐”提问。所有选课学生全程参与期末报告,并对演讲者打分。最后还要求学生将实验结果总结成“小论文”,并推荐部分内容新颖写作规范的“小论文”投稿至国内外的学术期刊。

二、实施开放型教学模式:

  • 为了增加学生对实验的兴趣,开拓视野,多方位全面了解物理实验,实验中心在实验课程中减少了必做实验的数量,增加了大量选做实验。选做实验内容广泛多样,难度各不相同,有些是现代化程度较高的实验,有些是技术性很强的应用性实验,各有其精彩之处。学生可按照自己的兴趣、根据个人的特点从多个实验中选择一个或几个合适的实验来做。
  • 对具有设计性、研究性实验内容的课程,突破课时范围开放实验室,学生可以自行选择时间进行实验。由于采用了电子门禁控制系统,可以将实验室全时间开放给指定学生使用,能够充分发挥学生的自主性和积极性,有利于提高学生的实验能力和培养创新意识。

三、物理实验与现代科学技术紧密结合:

  • 实验中心将获得的经费大量投入到建设新实验室和更新实验仪器设备上:如与课题组合作购置网络分析仪建立“微波实验室”;与上海纽迈公司合作建立“核磁共振成像”实验室;更新实验设备,在原有实验中大量引入数字仪表、传感器、计算机等现代化实验技术与手段等等。
  • 实验内容尽量取自科技发展的最前沿,如表面磁光克尔效应、强关联电子新材料的生长、量子阱中的量子限制效应等。
  • 实验中心教师自行研制计算机接口,引入LabVIEW和Matlab等软件,和学生一起开发应用软件,自制探测器,并编写了相应的实验教材,让学生对现代化的实验手段有所了解。

四、实验考核方式的改革:

  • 在评分时注意拉开分值,尽量避免出现打分趋中现象;对于特别优秀的实验报告,在橱窗中展示,充分发挥榜样作用。
  • 建立了相对完善的实验教学质量保证体制,采用多种形式评价学生的实验成绩,已取得良好的效果。
  • 建立了科学合理的实验评分制度和鼓励学生争取高分的机制,在评分中不单是做减法,而是增加了实验奖励分,让认真做实验的得好分,痴迷做实验的得高分。
  • 在“近代物理实验”系列课程中有“小课题实验内容”和“设计性、研究性实验内容”的实验允许用交“小论文”代替实验考试。要求学生按学术刊物的格式完成实验论文,并在期末做口头报告;评分注重选题的先进性、实验方案的合理性和实验结果的科学性。
  • 在物理类学生的物理实验考核中,我们注重实验全过程,以及学生书面和口头的表达能力。

五、因材施教:

  • 在所有的实验课程中都含有选做内容,让学有余力的同学按自己的兴趣选做实验或钻研自己有兴趣的问题。更多地引导学生在实验过程中对相关知识的学习和实验技能培养(包括实验纪录的书写,观察实验现象的能力,并能及时发现有关的问题),提高学生对实验讨论的要求,培养学生的协作精神,并提供接触现代科研技术的机会,包括多种数据处理技术,计算机能力,实用软件(如LabVIEW 和 Matlab)的使用,文献检索阅读能力等。
  • 让部分实验课程中发掘出来的高年级优秀学生尽早进入课题组,鼓励学生申请“莙政学者”、“望道学者”、教育部“国家大学生创新性实验计划”以及“国家基础科学人才培养基金”等科研训练项目,采取课题组和实验中心老师相结合的指导方式,并充分发挥先进的科研设备的作用,使他们在本科学习阶段就有机会在前沿研究领域得到实验科学研究的熏陶和训练。
  • 实验教学中,组织定期组会,对特定的实验教学内容、实验中的疑问和心得展开深入的讨论。

4-5 教学效果(含校外专家评价、校内教学督导组评价及有关声誉的说明;校内学生评教指标和校内管理部门提供的近三年的学生评价结果)

  1. 吴思诚、霍剑青、高立模和顾牡等四位专家的推荐意见见附件一
  2. 复旦大学教务处的推荐意见见附件二
  3. 本课程为复旦大学校级精品课程的证明见附件三
  4. 学生评价见附件四
  5. 近5年的部分教学成果见附件五
  6. 很多学生经过近代物理实验课程的学习,表现出强烈的求知欲望和无限的想象力和创造性,他们的能力和才华得到了释放,真正体现了《近代物理实验》课程的价值。物理系三年级学生李力在我们实验中心网站的“网上教程”上发表的“SolidWorks腔体设计30分钟快速指南——[极速尝鲜版]”是一个很好的浓缩和写照。此文也可点击以下链接打开:SolidWorks腔体设计 30分钟快速指南

4-6课堂录像(课程教学录像资料要点)

录像目录:

《近代物理实验》目前提供四个教学录像,具体目录如下:

  1. “近代物理实验I”讲座:《从诺奖得主的故事看近物实验》,主讲教师:张新夷
  2. “近代物理实验I”绪论,主讲教师:俞熹
  3. “近代物理实验I”实验室教学,主讲教师:俞熹、白翠琴
  4. “近代物理实验I/II”课题讨论会:《等离子体发射光谱的实验研究》,主讲教师:乐永康

——最后更新: — 2010/04/11 17:53

 
jpkc/mpl/description.txt · 最后更改: 2014/11/04 23:43 由 xiaole
 
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