摘 要

物理学是一门以实验为基础的科学^[1]，这就要求物理学和应用物理学专业的研究生首先要具有良好的动手能力，然而，这也是物理学研究生存在的一个普遍弱点，动手能力差就成了物理学研究生教育方面的一大问题。当然，产生能力差的原因是多方面的，通过和学生交流了解，认为主要有两方面的原因，一则是中学教育阶段不能有效地提供物理实验教学设备，再则是本科学习阶段，重视理论课程的学习和考试，忽视实验课程科学方面的学习。课程教学是研究生培养的基础，是保障研究生培养质量的必备环节^[2]。现代物理实验是面向物理学和应用物理学研究生开设的一门实验课程，是物理学科研究生教学的重要组成部分，实验内容的开设应结合本校物理学学科的研究方向。研究生担负着学习和科研的双重任务，研究生首先需要学习自己的基础课程，打下宽厚的知识基础^[3]；然后还需要深入钻研专门知识，掌握本学科的前沿动态，开展科学研究，做出创新性成果。在这些过程中，他们必须通过课程学习来获得大量的基础知识，现代物理实验课程是物理学科研究生基础核心课程之一。

研究生经过本科学习在理论知识、实验操作和技能方面已经有了一定积累，具备了进行深入科学实验能力培养的基础。但是由于设备硬件条件、资金投入及场地等多方面原因，我校于最近两年才对物理学及应用物理学专业研究生开设出现代物理实验课程。基于物理学和应用物理学学科特点，结合我校物理学和应用物理学科研方向的需求，我们在现代物理实验课程建设中特别重视学科基础训练以及相关知识和方法的深厚积累，只有基础牢固，学科方法熟练，才能适应学科研究和发展，满足提高物理学专业研究生科研能力的需求。在我校研究生课程建设项目的支持下，我们结合理学院物理学科优势和现代物理实验课程教学团队教师都是教学科研双肩挑的优势，基于我校物理学科研究方向，开设适合我校物理学和应用物理学研究生科研能力提高的现代物理实验课程，把课程学习过程变成学生主动探索与研究过程，提高学生的科研能力。

1 依托学科建设，开展现代物理实验室建设

现代物理实验课程授课对象是经过本科学习后的物理学硕士研究生，具备一定的实验训练和技能。在配置现代物理实验课程仪器设备时，我们尽量避免购置纯教学仪器，在经费条件允许下，购置可以开展科学研究工作的仪器装置。依托物理学科建设，申请教育部修购项目，并结合我校物理学科研究方向，近两年购置了 X 射线衍射仪、高真空磁控溅射镀膜仪、薄膜测厚台阶仪、变温霍尔效应特性测量仪、傅里叶变换红外光谱仪、紫外可见吸收光谱仪、荧光光谱仪、脉冲核磁共振仪、光速及介质折射率测量和激光多普勒测试设备等；这些实验教学设备为基于提高物理学研究生科研能力的现代物理实验课程教学提供了有力的设备保障。

资源建设是现代物理实验室建设的一项任务，现代物理实验要求学生要进行自主探究和探索，特别是课前需要相关实验的文献调研和预习，这就需要具备充足的优质学习资源和课程资源，现代物理实验室的计算机里存储着相关实验讲义、课件和视频录像等供学生学习，另外，充分利用我校图书馆资源库，指导刚入学的研究生正确查阅检索相关文献，实现科研教学资源共享。

实验室安全建设是教学过程顺利开展的保障，由于大型科研设备使用安全的重要性，现代物理实验室在设备放置处的墙面位置均放置醒目的安全标识，在实验教学过程中任课教师首先开展安全教育，特别是仪器设备的正确操作和安全使用，并严格执行设备使用记录制，潜移默化地对学生进行安全教育。另外，现代物理实验室均安装了电子摄像头和报警器，进一步从硬件上加强实验室的安全。

2 基于学科研究方向，设计课程内容

基于我校物理学科研究方向，现代物理实验课程是按照专题研究系列设置，我们共开设出六个专题，分别是现代光谱专题、现代光学专题、真空技术与镀膜专题、晶体结构与物相专题、核磁共振专题和半导体专题，现代物理实验课程具体设置如图 1 所示。每个专题中都有 2~3 个实验，但都是围绕这个专题来进行，通过对实验过程的深入学习和不同实验方法的对比，使研究生基本掌握这一专题的研究思路和研究方法。在专题实验学习过程中，学生置身于一种富有探索和研究性的实验学习环境中，激发他们积极主动地学习思考，并能提高他们分析解决问题的能力，使研究生在从事硕士研究生课题科研工作前，就能在课程学习过程中初步了解并感受了专业科研人员从事科研的方法和思路，为课程学习完成后的科学研究工作打下基础。

学生可以根据自己未来从事的研究方向来选择实验专题并系统化的开展实验内容研究，比如从事发光学研究方向的学生大都选择做现代光谱专题，首先让学生从光谱学和光谱分析法开始学习，明确光谱学是光学的一个分支学科，了解光与物质相互作用引起光的吸收、发射和散射这些现象，这些现象的规律和物质的组成、含量、原子分子和电子结构及其运动状态有关，通过测试光的吸收、发射和散射等强度与波长的变化关系为基础了解物质特性。然后让学生对所测样品材料相关光谱特性进行文献调研，开展材料的傅里叶红外光谱、紫外可见吸收光谱和荧光光谱的测试研究，掌握每一个测试实验光谱产生的机理、光谱仪的工作原理、测试方法、结果分析和应用。最后，学生通过测试所得光谱的结果进行分析，获得所测样品材料的组分、结构等特性。特别是傅里叶红外光谱和紫外可见吸收光谱一样，都是分子吸收光谱，且都可以用来鉴别物质，但两个吸收光谱的原理不同，紫外可见吸收光谱与电子跃迁有关，分子中的价电子经紫外或可见光照射时，电子吸收相应波长的光从低能级跃迁到高能级，由价电子的跃迁而产生的。红外吸收光谱属于分子振动和转动光谱，主要通过分子的振动和转动特性研究较复杂大分子的结构。通过这两种方法测试过程的学习和测试结果的分析比较，让学生掌握这两种方法的实验原理、仪器原理和光谱反映的意义等方面不同，并总结归纳出两种方法的不同点及其应用范围。

在所开设的六个专题中均存在系列关联专题的研究，从事功能材料与器件研究方向的学生基本都要选做真空技术与镀膜专题，同时要求选择晶体结构与物相专题。首先让学生从获得真空的技术开始学习，熟悉真空泵的类型，掌握机械泵和扩散泵的工作原理，熟悉真空的测量，利用真空蒸发镀膜仪进行镀银膜的练习。在此基础上，还需要开展磁控溅射镀膜的实验研究，了解磁控溅射镀膜的原理与应用，同时还要了解磁控溅射镀膜的影响因素，掌握磁控溅射镀膜的技术，利用磁控溅射镀膜仪开展溅射铜膜和铌酸锂薄膜的制备，最后通过学习掌握台阶仪的正确规范使用，利用台阶仪对所得到的薄膜进行厚度测量。对所研制的薄膜，要求学生结合晶体结构与物相专题实验中的 X 射线衍射仪对所制备的薄膜进行结构和物相分析，同时结合相关薄膜研究文献的结果，进行对比分析研究。通过利用X射线衍射仪对所制备薄膜样品的结构与物相分析，让学生了解并掌握X射线衍射仪在材料结构与物相领域的重要应用价值。通过上述专题系列关联化实验内容进行的研究，能更好地锻炼物理学研究生的动手能力，使研究生初步掌握科研的基本步骤和方法，有利于培养学生的科研兴趣，提高学生的整体科研综合素质。

3 强化综合训练，提升教学效果

现代物理实验教学的目的是为了培养物理学研究生动手、创新和分析解决实际问题，以提高学生的科研能力。现代物理实验涉及的知识面相对较广且技术性相对较高，这将对教师的学术水平提出了更高的要求，这就要求教师熟悉所授专题实验课程的内容，并且还要与时俱进的跟踪相关学科方向研究的最新进展，将学科方向前言内容引入专题实验教学，提倡基础课程教学与科研实践相融合^[4]，在完成教学任务的同时，提升自己的学术水平，并有可能推进自己的科研工作，有助于教学和科研的协同发展。

相关专题的课前文献调研和预习是实验课之前必备的工作，根据所选专题实验查阅资料。学生根据所要研究的专题实验通过在实验室查看讲义和视频资料，并到图书馆及其数据库查阅与专题实验相关的资料，让学生不仅能学习到很多专业的基础知识，而且培养了学生的信息筛选能力和独立思考问题的能力，提高了学生独立学习的能力。通过文献的调研和资料的查阅，写出预习报告，在预习报告中要提出实验研究的方案、实验过程中的重点和难点。教师将针对所进行的具体实验提出问题，一方面可以了解学生课前文献查阅和预习的情况提问，另一方面依据学生回答问题的情况进行重点讲解，并明确本实验专题实验的研究目标和总体要求，要求学生在课后认真查阅相关实验的资料，分两到三次课完成一个专题实验的内容。专题实验结束后，要求学生以论文的形式提交一份完整的实验报告，实验课程结束后，教师要和学生就实验中出现的问题和解决方法进行讨论，每个学生要对所完成的专题实验进行口头总结报告，侧重于实验中物理概念和原理的理解、实验现象的观察、测试数据结果分析和相关综合技能的掌握。教师通过和学生交流，总结实验课程的收获和体会，对教学效果进行分析和反思实验设置的合理性。通过学生在现代物理实验课程学习过程中的反馈，不仅促进教师的教学技能，而且能够更合理的设置实验内容，进一步提升现代物理实验课程的建设，同时多方面提高实验教学的效果。

4 全方位考核，完善课程评价体系

每一个专题实验都是让学生从相关实验文献查阅、预习回答问题、实验研究方案设计、实验过程、现象分析、数据结果讨论与总结的完整的研究过程，对于基于专题实验教学模式，我们建立了全过程综合评价办法。从学生选择专题实验预习、文献总结、实验方案、实验操作、数据处理分析、报告论文与口头总结讨论各个环节进行全过程评价，给定每个学生的实验成绩，考核评价体系如表 1 所示。进行全过程评价时有 4 个侧重点：（1）强调自我学习能力，主要考核学生对课前问题的回答、相关实验研究的文献调研、提出实验过程中可能遇到的重点和难点问题；（2）强调创新能力，考查学生在专题实验过程中善于提出问题，并表现出来的独特分析解决问题的能力，创造性意识和思维；（3）强调报告论文写作能力，论文的逻辑性，现象的正确讨论，数据结果的正确分析，正确的结论；（4）强调实验完成后的口头报告，培养口头表达与交流能力。开展选择相同专题实验的同学进行自评和互评相结合的方式，鼓励大家相互学习和讨论，增加对实验讨论环节的考核。这种多元化考核制度更全面地考察了学生的综合实验研究能力和物理学基本理论，促使学生更加全面地掌握科学研究方法，以提高学生的科研能力。

5 结语

根据我校现代物理实验课程教学组近年的教学经验和学生反馈情况，本文总结了课程教学组在该门课程的实验室建设、课程内容设置、教学方法和考核评估四个方面进行的建设和积极探索，在课程建设中不断总结经验教训，逐步解决研究生基础实验课程传统教学模式理念和考核形式单一等问题。我们依托物理学学科的建设与发展，坚持基础课程教学与科研实践相融合的模式，实现实验课程专题研究训练，达到提升学生课程学习效果和科研素养的目的。这些尝试可为高等院校物理学研究生的培养和国内院校研究生基础实验课程的教学改革提供一定参考。

参考文献

基金项目：北京交通大学研究生课程建设项目（No.134001045522）。

通讯作者：陈云琳，女，北京交通大学教授，主要从事光子学材料、器件、非线性光学研究和现代物理实验教学研究，[email protected]。