理工科類大學物理實驗課程教學基本要求
物理學是研究物質的基本結構、基本運動形式、相互作用及其轉化規律的自然科學。它的基本理論滲透在自然科學的各個領域,應用于生産技術的許多部門,是其它自然科學和工程技術的基礎。
在人類追求真理、探索未知世界的過程中,物理學展現了一系列科學的世界觀和方法論,深刻影響着人類對物質世界的基本認識、人類思維方式和社會生活,是人類文明的基石,在人才的科學素質培養中具有重要的地位。
物理學本質是一門實驗科學。物理實驗是科學實驗的先驅,體現了大多數科學實驗的共性,在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學科科學實驗的基礎。
一、課程的地位、作用和任務
物理實驗課是高等理工科類院校對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程,是本科生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端。
物理實驗課覆蓋面廣,具有豐富的實驗思想、方法、手段,同時能提供綜合性很強的基本實驗技能,是培養學生科學實驗能力、提高科學素質的重要基礎。它在培養學生嚴謹的治學态度、活躍的創新意識、理論聯系實際和适應科技發展的綜合應用能力等方面具有其它實踐類課程不可代替的作用。
本課程的具體任務是:
1. 培養學生基本科學實驗技能,提高學生掌握實驗基本素質,使學生初步掌握實驗科學的思想和方法。培養學生的科學思維和創新意識,使學生掌握實驗研究的基本方法,提高學生的分析能力和創新能力。
2. 提高學生的科學素養,培養學生理論聯系實際和實事求是的科學作風,認真嚴謹的科學态度,積極主動的探索精神,遵守紀律,團結協作,愛護公共财産的優良品德。
二、教學内容基本要求
大學物理實驗應包括普通物理實驗(力學、熱學、電磁學、光學實驗)和近代物理實驗,具體的教學内容基本要求如下:
1. 掌握測量誤差的基本知識,具有正确處理實驗數據的基本能力。
(1)測量誤差與不确定度的基本概念,能逐步學會用不确定度對直接測量和間接測量的結果進行評估。
(2)處理實驗數據的一些常用方法,包括列表法、作圖法和最小二乘法等。随着計算機及其應用技術的普及,應包括用計算機通用軟件處理實驗數據的基本方法。
2. 掌握基本物理量的測量方法。
例如:長度、質量、時間、熱量、濕度、壓強、電流、電阻、磁感應強度、光強度、折射率、電子電荷、普朗克常量、裡德堡常量等常用物理量及物性參數的測量,注意加強數字化測量技術和計算技術在物理實驗教學中的應用。
3. 了解常用物理實驗方法,并逐步學會使用。
例如:比較法、轉換法、放大法、模拟法、補償法、平衡法和幹涉、衍射法,以及在近代科學研究和工程技術中廣泛應用的其它方法。
4. 掌握實驗室常用儀器的性能,并能正确使用。
例如:長度測量儀器、計時儀器、測溫儀器、變阻器、電表、交/直流電橋、通用示波器、低頻信号發生器、分光儀、光譜儀、常用電源和光源等常用儀器。
各校應根據條件,在物理實驗課中逐步引進當代科學研究與工程技術中廣泛應用的現代物理技術,例如:激光技術、傳感器技術、微弱信号檢測技術、光電子技術、結構分析波譜技術等。
5. 掌握常用的實驗操作技術。
例如:零位調整、水平/鉛直調整、光路的共軸調整、消視差調整、逐次逼近調整、根據給定的電路圖正确接線、簡單的電路故障檢查與排除,以及在近代科學研究與工程技術中廣泛應用的儀器的正确調節。
6. 适當介紹物理實驗史料和物理實驗在現代科學技術中的應用知識。
三、能力培養基本要求
1. 獨立實驗能力——能夠通過閱讀實驗材料、查詢有關資料和思考問題,掌握實驗原理及方法、做好實驗前的準備:正确使用儀器及輔助設備、獨立完成實驗内容、撰寫合格的實驗報告;培養學生獨立實驗能力,逐步形成自主實驗的基本能力。
2. 分析與研究的能力——能夠融合實驗原理、設計思想、實驗方法及相關的理論知識對實驗結果進行分析、判斷、歸納與綜合。掌握通過實驗進行物理現象和物理規律研究的基本方法,具有初步分析與研究的能力。
3. 理論聯系實際的能力——能夠在實驗中發現問題、分析問題并解決問題的科學方法,逐步提高學生綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力。
4. 創新能力——能夠完成符合規範要求的設計性、綜合性内容的實驗,進行初步的具有研究性或創意性内容的實驗,激發學生學習的主動性,逐步培養學生的創新能力。
四、分層次教學基本要求
上述教學要求,應通過開設一定數量的基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗來實現。這三類教學層次的學時比例建議大緻分别為:60%、30%、10%(各學校可根據本校的特點和需要,做适當調整,建議綜合性實驗、設計性或研究性實驗的學時調整幅度分别不高于25%,并含一定比例的近代物理實驗)。
1. 基礎性實驗:主要學習基本物理量的測量、基本實驗儀器的實用、基本實驗技能和基本測量方法、誤差與不确定度以及數據處理的理論與方法等,可涉及力學、熱學、電磁學、光學、近代物理等各個領域的内容。此類實驗為适應各專業的普及性實驗。
2. 綜合性實驗:指在同一實驗中涉及到力學、熱學、電磁學、光學、近代物理等多個知識領域,綜合應用多種方法和技術的實驗。此類實驗的目的是鞏固學生在基礎性實驗階段的學習成果、開闊學生的眼界和思路,提高學生對實驗方法和實驗技術的綜合應用能力。各校應根據本校的實際情況設置該部分實驗(綜合的程度、綜合的範圍、實驗儀器、教學要求)。
3. 設計性實驗:根據給定的實驗題目、要求和實驗條件,由學生自己設計方案并基本獨立完成全過程的實驗。各校也應根據本校的實際情況設置該部分實驗内容(實驗選題、教學要求、實驗條件 、獨立的程度等)。
4. 研究性實驗:組織若幹個圍繞基礎物理實驗的課題,由學生以個體或團隊的形式,以科研方式進行的實驗。設計性實驗或研究性實驗的目的是使學生了解科學實驗的全過程、逐步掌握科學思想和科學方法,培養學生獨立試驗的能力和運用所學知識解決給定問題的能力。各校應根據本校的實際情況設置該類型的實驗内容(選題的難、易,涉及的領域等)。
五、教學模式、教學方法和實驗學時的基本要求
1. 各學校應積極創造條件學校開放物理實驗室,在教學時間、空間和内容上給學生較大的選擇自由。為一些實驗基礎較為薄弱的學生開設預備性實驗以保證實驗課教學質量;為學有餘力的學生開設提高性實驗,提供延伸課内實驗内容的條件,以盡可能滿足各層次學生的求知需求,适應學生的個性發展。
2. 創造條件,充分利用包括網絡技術、多媒體教學軟件等在内的現代教育技術豐富教學資源,拓寬教學的時間和空間。提供學生自主學習的平台和師生交流的平台,加強現代化教學信息管理,以滿足學生個性化教育和全國提高學生科學實驗素質的需要。
3. 考核是實驗教學中的重要環節,應該強化學生實驗能力和實踐技能的考核,鼓勵建立能夠反映學生科學實驗能力的多樣化考核方式。
4. 物理實驗課程一般不少于54學時;對于理科、師範類非物理專業和某些需要加強物理基礎的工科專業建議實驗學時一般不少于64學時。
5. 基礎性實驗分組實驗一般每組1-2人為宜。
六、有關說明
1. 本基本要求适用于各類高等院校工科專業和理科非物理專業的本科物理實驗教學。
2. 建議有條件的學校在必修實驗課程之外開設1-2門物理實驗選修課,其内容以近代物理、綜合性、應用性實驗為主,面可以寬一些,技術手段應先進一些,以滿足各層次學生的需要、各校應積極創造條件,開辟學生創新實踐的第二課堂,進一步加強對學生創新意識和創新能力的培養,鼓勵和支持拔尖學生脫穎而出。
3. 積極開展物理實驗課程的教學改革研究,在教學内容。課程體系、教學方法、教學手段等各方面進行新的探索和嘗試。并将成功的經驗應用于教學實踐中。
教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會
物理基礎課程教學指導分委員會
2010年3月31日