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??????????????????????????? 物理实验教学内容
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一、 课程设计的思想
? 物理学是探索物质世界奥秘的基础学科，《大学物理实验》是本科生进入大学后系统学习科学实验设计思想、方法和技术的入门基础课，在培养高素质创新人才中有着不可替代的重要作用。因而本课程的设计思想就是要抓住物理实验的基本特点，突出其科学性、基础性和实践性，引导学生主动观察物理实验现象和规律、发现和研究物理效应和机理、学习发现和提出问题、分析和解决问题方法和能力，将源头创新教育理念和以围绕“问题”组织教学的方法运用到各个教学层次之中。
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1.??? 提出了物理实验源头创新教育的教学思想，在向低年级学生传授严谨的科学思维方式和科学研究的作风的同时，就要注意培养他们的质疑精神、探索精神、创新意识和创造能力。引导学生主动观察物理实验现象、规律与效应，学习如何去发现问题和主动提出问题、学习运用学过的知识去分析和解决问题，得到科学的结论。整个教学过程将围绕“现象”、“规律”、“问题”、“思辨”、“总结”与“拓展”抽丝剥茧，不断深入。
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?? 效果： 源头创新教育的教学思想改变了传统学生只会照着教材和讲义的实验步骤，机械地完成实验测量，而不知道如何去观察实验的现象，寻找实验的规律，得出科学的结论。通过两种教学理念和方法的比较和多层次教学的实践，使本科生的科学实验综合能力得到了很大的提高。
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2.???? ?以学生为本，融知识与技艺传授、思维与能力培养于一体，建立符合学生认知水平和知识结构的物理实验教学课程体系。整个体系分为：基础物理实验（含自学与预备性实验室、基础物理实验I和基础物理实验II）；高级物理实验（含近代物理实验和专业实验）；物理实验设计与创新基地（含大学生自主学习与探索园地，综合设计与创新实验，课外科技活动和竞赛等），为因材施教和个性化教育提供体系的保障。
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??? 效果：学生参与制作的虚拟实验仪器和虚拟实验（如示波器、万用表、信号源、RC和RLC电路、整流滤波、磁滞回线和磁化曲线测试仪、超声速测定仪、语音和图片的混沌保密通讯装置、分形生长的实验模拟、黑体辐射与红外扫描成像仪、综合光学、多普勒效应测试仪、磁路与变压器的设计等虚拟实验）已经用于教学实践之中；学生参与设计的红外扫描成像装置、非线性电阻伏安特性测量、混沌电路与混沌同步实验装置，已用于基础物理实验，很受学生的欢迎。
学生已完成数十篇优秀的设计与创新的实验论文，学生的设计论文获得全校科技创新竞赛一等奖；有些优秀论文已在《物理实验》、《重庆大学学报》、《大学物理实验》和《试验技术与试验机》等期刊上发表。
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3.???? 将创新思维方法和科学实验方法论融入本课程整个实验教学训练环节和层次之中，引导本科生学会自主学习的能力（包含学习物理实验的基础知识和技能，物理现象的观察与分析方法，各种物理量的测量方法，实验数据的分析处理方法，初步的物理实验设计方法以及科学实验的总结与归纳方法等），提高理论与实验研究能力。
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效果：满足了不同层次本科生的学习需求。丰富的实验内容为全校不同学科和专业的本科生提供了选择的范围，为因材施教和本科生自主学习提供了学习的资料和指导，受到学生的好评。
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4.???? 建立虚实结合的物理实验教学平台，充分发挥现代教育技术的优势，克服实验教学长期受到课堂和学时限制的困扰，使实验教学内容得以扩充，教学资源在时间和空间上得到了延伸，有利于学生的自主学习和互动式教学模式的推广，使教师在教学中对学生的深层次个性化学习的指导、交流和讨论更方便易行。
《大学物理实验》课程的学生预约和成绩查询系统、信息化成绩管理系统，实现了物理实验教学网络化和智能化管理。
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效果：为全校7000多学生的开放式教学提供了保障。该系统开放程度和使用频率在国内同类课程中居于前列。每年学生选课和查询的点击率高于60万次。
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?二、?课程教学总体目标：
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??? 系统学习科学实验设计思想、方法和技术，为培养高素质创新人才打下坚实的基础。根据学生在不同阶段认的知水平和知识结构的特点教学目标的侧重点不同。
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1.???? 引导学生系统学习物理实验的基础知识和思想，掌握科学实验的基本方法和技术，培养学生观测、分析和问题的能力。
2.???? 通过基础物理实验的训练培养学生最基本的科学实验素质，创新意识和实验能力。
3.???? 培养学生实事求是的科学作风，严谨与务实的治学态度。
1. 通过对一系列典型近代物理实验原理的学习、实验过程的操作和实验结果的分析, 了解近代物理实验在物? 理学发展中和现代科技中的重要作用；
2. 掌握近代物理实验的基本原理和主要方法
??? 物理设计和创新实验课程注重学生创新意识与精神、创造性思维与能力的培养；并为基础物理实验II开设综合、设计性实验项目，进行多元化教学方法和模式的探索。鼓励大学生积极参加课外科技制作与发明以及各项竞赛活动，并为学生的各项设计与制作及竞赛提供指导、服务和技术支持。侧重以下几个方面的初步培养：
1.???? 求知欲望、探索精神、实事求是的科学态度；
2.???? 观察能力；想象能力；质疑能力；思辨能力；
3.???? 资料的收集整理、分析与归纳的能力；
4.???? 设计与规划能力、组织与协调能力、团队精神；
5.???? 自我学习的能力、独立进行科学实验的能力，数据处理与结果分析能力；
6.???? 科学总结的能力、论文写作能力等。
通过教学过程和各种设计与创新活动让学生了解上述6条是高素质创新人才的必备素质，并让他们知道上述能力的培养不是一、二门课程能够解决的，但千里之行始于脚下，必须一点一滴从基础做起，有意识的严格要求和训练自己，打好基础才能有所发现有所创造。
??? 主要针对文科学生的科学实验普及性课程，内容为定性与半定量的物理实验，着重介绍丰富多彩的物理实验现象、效应和规律，让文科生对物理实验有一个初步的了解。
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??? 主要为刚进校的低年级学生提高一个自我学习、预习和复习物理实验的实验训练平台，消除新生科学实验能力的差异，为喜爱物理实验的新生提供自我学习和进行实验研究的场地。
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三、基本教学内容与学时安排：
?绪论（物理实验的基本程序、基础知识和方法、不确定度评估与数据处理等内容），4学时（课堂讲授）
必做6个基本实验和基础实验，可选做1-2个简易的设计性实验或预备性实验。每单元4学时，着重“三基”的基本训练。
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实验项目名称：（备注：每年选做的实验有5％至20％的更新或内容扩充）
1)????? 转动惯量的测定；
2)????? 示波器的调节与应用；?
3)????? 分光计的调整和折射率的测量；
4)????? 金属线膨胀系数的测定；
5)????? 波尔共振仪研究受迫振动；
6)????? 超声声速测量；
7)????? 电子元件伏安特性的测定；?
8)????? 直流电桥及其应用；
9)????? 磁化曲线和磁滞回线测量；
10)? 平行光管的调节和应用；
11)? 霍尔效应
12)? 用补偿法测电动势与校准电表
13)? 塞贝克效应
14)? 热敏电阻的电阻温度特性（虚拟）
15)? 半导体温度计的设计（虚拟设计）
16)? 薄透镜焦距的测定（预备性）
17)? 三线摆测量转动惯量（预备性）
18)? 密度测量（预备性）
19)? 拉伸法测杨氏模量（预备性）
20)? 万用表的设计与组装（预备性）
21)? 重力加速度的测定（设计多种方法）
22）电位差计（预备性）
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必选5-6个基础实验，选做1-2个综合、设计与探索性实验，每个单元4学时。着重学生物理实验方法和技能的训练，物理实验现象观测、规律和效应的研究，基本科学实验素质的培养。
实验项目名称：（备注：每年选做的实验有5％至20％的更新或内容扩充）
1)????? 动力学法测定材料的杨氏模量；
2)????? 双光栅测量微弱振动位移量；
3)????? 音频信号光纤传输技术
4)????? 交流电桥；
5)????? 温度传感实验；
6)????? RLC串联电路的暂态过程；
7)????? 光的干涉与应用；
8)????? 衍射光栅的特性与光波波长的测量；
9)????? 激光全息照相；
10)? 双折射与偏振光；
11)? 旋光性及旋光性溶液浓度的测量；
12)? CCD原理与应用技术；
13)? 密立根油滴；
14)? 塞贝克效应；
15)? 光电效应；
16)? 核磁共振（仿真）；
17)? 光电效应（仿真）；
18)? 真空的获得与测量（仿真）；
19)? 弦振动的实验研究；
20)? 气体绝热过程的实验研究；
21)? 磁悬浮实验研究；
22)? 光电子元件工作原理和特性测量；
23)? 高温超导材料的特性测量；
24)? 黑体辐射；
25)? 钠黄光双线的波长差测量；
26)? 非线性电阻特性和混沌电路；
27)? 基础综合光学（光的衍射与偏振特性研究）；
28)? 转动系列实验；
29)? 普朗克辐射定律；
30)? 物体表面状态与辐射发射量的关系；
31)? 热辐射的传播规律研究；
32)? 热辐射扫描成像；
33)? 声信号及耦合振动傅立叶分析；
34)? 法拉第磁光效应；
35)? Pockels效应；
36)? 综合电路；
37)? 变压器的特性和应用设计；
38)? 碰撞过程的瞬态数字测量；
39)? 非线性电路中混沌现象的实验研究；
40)? 数字信号光纤传输技术实验；
41)? 利用超声波研究多普勒效应；
42)? 光速测量；
43)? 虚拟实验（虚拟示波器、混沌电路、基础光学等）
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? 目前包括以下6个模块，18个实验
能级与光谱模块
1)?????? 氢原子光谱；
2)?????? 原子吸收光谱；
3)????? 喇曼光谱；
光的场致效应模块
4)????? 塞曼效应；
5)????? 声光效应；
6)????? 磁旋光效应；
核物理与放射性模块
7)????? γ射线能谱测量；
8)????? 核衰变的统计规律；
9)????? γ射线的吸收；
?微波特性模块
10)? 微波光学；
11)? 微波参数测试；
磁共振模块
12)? 核磁共振；
13)? 电子自旋共振；
14)? 光泵磁共振；
固体特性模块
15)? 半导体的变温霍耳效应；
16)? 固体熔解过程的显微观察及熔点测试；
17)? 高温超导相变；
18)? 扫描隧道显微镜
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物理综合、设计与创新实验（物理必修64学时，全校公选32学时）
基础训练部分：
1)????? 利用FFT研究弦振动的基本特性与规律；
2)????? 利用温度、压强和体积传感器研究气体绝热过程的基本性质；
3)????? 磁悬浮原理和应用研究；
4)????? 黑体辐射；
5)????? 光电子元件工作原理和特性测量；
6)????? 高温超导材料的特性测量；
7)????? 声信号傅立叶分析；
8)????? 法拉第磁光效应；
9)????? Pockels效应；
10)? 变压器的特性和应用设计；
11)? 碰撞过程的瞬态数字测量；
12)? 非线性电路中混沌现象的实验研究；
13)? 数字信号光纤传输技术实验；
14)? 利用超声波研究多普勒效应；
15)? 光速测量；
16)? 钢丝弹性扭力系数的测量（转动综合）；
17)? 谐振管的实验研究
18)? 热导率的测量；
19)? 电流平衡仪的原理与应用
20)? 热引擎及气体定律
21)? 精密干涉仪设计与组装；
22)? 分光光度计
23)? ?碰撞过程的瞬态数字测量；
24)? 用闪光法测定不良导体的热导率；
25)? 组合式综合电路（自主设计谐振电路、整流滤波、各种交直流电桥，RLC电路的特性等）；
26)? 介电常数和损耗角的测量；
27)? 数字信号光纤传输技术实验；
28)? 普朗克常数的测定；
29)? 测量重火石玻璃的维尔德（Verdet）常数；
30)? 偶极子；
31)? 观察在临界温度附近的液态与气态的相变；
32)? 普尔阱实验；
33)? ?氢原子巴尔末系Hα、Hβ、Hγ谱线波长的测定；
34)? ?Kerr效应；
35)? 用场致发射显微镜研究钨的晶体结构
系列与专题训练实验：
36)? 动力学系列实验
37)? 转动系列实验
38)? 基础光学综合实验
39)? 非线性系列实验
40)? 微波光学系列实验
41)? 相对论专题
??? i.????????????? 单晶射线闪烁谱仪；
ii.????????????? β吸收
iii.????????????? 验证快速电子的动量与动能的相对论关系
42)? 热辐射专题
????? i.????????????? 普朗克辐射定律；
? ii.????????????? 物体表面状态与辐射发射量的关系；
iii.????????????? 热辐射的传播规律研究；
? iv.????????????? 热辐射扫描成像；
????? v.????????????? 红外无损检测原理与实验研究
43)? 真空与薄膜专题
??? i.????????????? 真空的获得与测量
ii.????????????? 薄膜的制备与工艺研究以及薄膜生长的动态电阻特性
iii.????????????? 薄膜的表面形态表征
iv.????????????? 薄膜厚度测量
43） 虚拟实验（虚拟示波器、普朗克辐射定律、物体表面状态与辐射发射量的关系、热辐射的传播规律研究、热辐射扫描成像、超声速的测量、单缝和双缝衍射光强分布的测量、偏振光的特性研究、非线性电阻特性、混沌电路与混沌同步，混沌保密通讯、交流电路、磁化曲线和磁滞回线、磁光效应等）
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课程组织形式与教师指导方法
基础物理实验I
基础物理实验I是大学生进校后第一门系统学习物理实验的基础知识和思想，掌握科学实验的基本方法和技术的基础课，重点传授物理实验的基础知识（实验的基本程序、基本的方法和技术、基本仪器的使用、实验报告的完整性和规范性），培养学生初步观测、分析和问题的能力。
绪论课以教师讲课为主（TA辅导和BBS答疑为辅），实施全开放的教学模式，20多个实验学生必选6个基本实验，根据自己的情况自选若干基础或预备性实验。
90％以上的实验是一人一组独立完成全实验过程，教师进行实验指导，讲解学习重点、基本原理和方法、解答疑难问题。
基础物理实验II
???? 在物理实验I的基础上，增加实验的一些综合、近代、组合与设计性实验的内容。实施全开放的教学模式，40多个实验学生必选5-6个基础实验（含近代内容），必选1-2个综合与设计性实验，根据自己的情况自选若干虚拟实验、综合与设计性实验。
?基础实验一人一组独立完成，选做的综合与设计性实验2人一组合作完成。教师进行实验指导，提出学习要求、引导学生自主学习、解答疑难问题。在综合与设计性实验在教学过程中，设计一些障碍和问题,训练学生发现问题、分析和解决问题的能力，有些实验无完整的讲义，要学生自己设计实验方案完成实验。
? 物理设计与创新实验
物理设计和创新实验课程注重学生创新意识与精神、创造性思维与能力的培养；进行多元化教学方法和模式的探索。教学分为2部分：基础训练、探索和研究性课题，学生可以根据自身情况选择是否做研究性课题。
实施全开放的教学模式，学生在40多个基本实验、系列和专题实验项目中必选4-8个基本训练课题，基本实验1-2人一组，系列和专题实验2-3人一组。在教学过程中教师提出学习要求、引导学生自主学习、并设计一些障碍和问题,训练学生发现问题、分析和解决问题的能力，部分实验无讲义，要学生自己设计实验方案完成实验，教师解答疑难问题。
探索和研究性实验3-5人一组，学生自选课题和教师提出参考课题相结合，教师引导学生独立完成文献调研、实验方案的设计、搭建实验装置或制作测量仪器、进行实验研究、教师解答疑难问题，指导学生完成小论文，在期末进行答辩。
鼓励大学生积极参加课外科技制作与发明以及各项竞赛活动，并为学生的各项设计与制作及竞赛提供指导、服务和技术支持。
高级物理实验:
? 一般是较为复杂的实验，因此课程教学的组织采取以小组（2-3人一组）为单位进行自主设计实验，小组活动可以培养学生的团队意思、讨论问题和协商解决问题的态度，互相帮助、互相照应的协作精神。教师在教学中主要采取引导式指导方法，引导注重三方面：一是目标引导，使学生尽量理解高级物理实验要达到的是知识、能力、方法和技术的综合性目标；二是问题引导，用问题引导学生进入实验，引导学生在实验中学会发现问题、分析问题，并力求通过小组讨论和师生讨论解决问题；三是扩展思维引导，引导学生通过所做的实验想到相关的理论和技术、方法，想到其他类似的实验，想到实验在现代社会和科技中的应用，
考核方法是检验学生掌握实验设计思想、方法、技能、分析和解决的能力，及综合能力的方法。根据不同学科和层次的教学目的和要求，应采用不同的考试方法。
基础物理实验考核内容和方法（I&II）
l???????? 考核主要平时成绩为主占总分的70％以上，评分的主要依据是：
1)??? 实验预习对实验原理和设计思想掌握的程度；
2)??? 实验课内学生实验动手能力、发现问题和排除故障的能力、数据记录的规范性等；
3)??? 数据处理与结果分析、实验报告的完整性和规范性；
4)??? 对能主动提出问题和设计方案、发现实验新现象、拓展实验内容和有新意的实验报告给加分鼓励。
5)??? 预备性实验不计成绩，实验室开放由同学根据自身情况自选。
l???????? 全校统考为辅，考试成绩占总分的20-30％，考核的内容：
1.?????? 对物理实验的基础知识、实验原理和设计思想掌握的程度；
2.?????? 对物理实验的基本方法和技术，的掌握程度；
3.?????? 数据处理和分析问题的能力
高级物理实验的考核内容
l???????? 考核方法采取平时为主。考核内容主要在三个方面：
1.???? 实验原理的深入理解；
2.??? 实验设计、组织、实施步骤和对实验现象的观察、测量的过程情况；
3.?? 实验结果的分析思路、方法和扩展思维情况。
物理综合设计与创新实验考核内容和方法
l??????????? 基本组合式、综合与设计性实验成绩占总分的50％，评分依据;
1)??? 能否在选定题目后，参照见实验内容和要求，独立或合作设计实验的方案和实验步骤，完成实验内容，对实验结果进行分析讨论和总结；
2)??? 考察对实验原理掌握的程度，实验的方案新颖性和可操作性；
3)??? 有无拓展实验内容，或有创意的改进意见或方法。
l??????????? 以课题研究小组完成的研究与探索性实验成绩占总分的50％，评分依据：
1)????? 课题研究小组在选定题目后，进行资料的收集整理、分析与归纳的能力；
2)????? 在实验研究过程小组的组织与协调能力、专研精神和团队精神、科学总结的能力；
3)????? 课程论文完成的情况和答辩时的表达能力等。 | 
