南科课程 | 点我!一起上物理实验课

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南科课程 | 点我!一起上物理实验课

【编者的话】

大学的课堂,世界之大在这里徐徐展开,思想之美在这里碰撞升华。“南科课程”专栏,带你走进南科大的课堂,与师生们一同探索专业知识,展开前沿思考。本期“南科课程”,让我们一同走近基础物理实验。

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在南科大有一门省级线上线下混合式一流课程,包括21个实验和14个课题,是本科生进入大学后第一门科学实验课程,也是全体本科生的必修公共基础课程,这就是

《基础物理实验》

下面,让我们走进这门课程,看看这门课程的打开方式是怎样的吧!

这个实验课程让我体会到了要成为一名合格的科研工作者所需的严谨、坚持的精神。

——白祥龙同学

《基础物理实验》课程共64学时,由物理系物理实验教学中心负责开课。课程通过21个实验和14个课题,让同学们掌握科学实验的基本知识、基本方法和基本技巧,并接受严格、系统的实验技能训练,目的是为了培养同学们严谨的科学思维和创新精神,以及由理论联系实际从而提出问题、分析问题和解决实际问题的能力,从而更好地适应高速发展的科学技术。

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▲实验室课堂实景图

课程采用南科大物理实验教学中心自编(何佳清、霍剑青主编)的教材。教材涵盖了深邃的物理实验思想、巧妙的实验方法以及精湛的实验技术等内容,对实验的阐述清晰明了,具有很强的可操作性。

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课程教材封面

在这门课程的学习过程中,白祥龙同学从实践中体会到了要成为一名合格的科研工作者所需的严谨、坚持的精神,“我们在做实验的时候遇到过数据误差较大的问题,在测完所有数据后发现数据选取不严谨,没有理论支撑。于是我们调整实验方案,选取多个点,测得了多组数据。这节课让我们懂得即使花费很多的时间和精力也要坚持保证科研工作的严谨性。”

在这门课程里,我学到了不少做实验需要具备的技巧和心态,认识到误差和错误并不可怕。

——唐婕同学

多样性

基础物理实验课程实验室硬件条件完善,涵盖力、热、光、电、近代物理等各方面的有代表性的实验内容。

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实验室内景

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声速测量

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气垫导轨实验

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示波器原理及其应用

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测量螺线管磁场

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光电效应法测量普朗克常数

密立根油滴实验

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氢氘光谱

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热敏电阻温度特性测量

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固体杨氏模量的测量

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干涉法测微小量

……

唐婕同学在上学期的基础物理实验课答辩结束后告诉我们“物理之前是我最不喜欢的课程之一,但其实做实验还是有些意思的,能学到很多知识,而且我好像做实验还挺有天赋的。最重要的是,在这门课程里,我学到了不少做实验需要具备的技巧和心态。误差和错误并不可怕,可怕的是为了结果去修改数据。要相信自己的结果,不要人云亦云,不要以别人的结论为准,要通过实验和重复实验去证明。总之,我从一开始抱怨这个课程的无聊和繁琐,到现在的适应和收获,也许就说明我还是挺适合做实验、搞科研的吧。”

线上线下结合

《基础物理实验》课程应用现代教育技术,建立了适合学生自主学习的丰富网络教学资源,结合开放性、设计性教学模式,在实验教学实践中产生了良好的教学效果。学生可以通过线上虚拟仿真实验平台提前了解实验原理,仪器的动态运行机理,并在电脑上操作设备完成实验预习。

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分光计实验

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干涉法测微小量实验

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示波器实验

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液体表面张力系数实验

在开放性设计实验中,我们小组自己搭建实验装置,和老师探讨改进实验设计,共同分享实验的乐趣。

——黄辉嵘同学

设计性

是基础物理实验课程的一大亮点。

在课程的最后三周,将进行四人一组的设计性课题实验,每周一次课。

学生在选定课题之后,第一次课,学生会进行小组讨论,自行查阅资料,拟定实验方案,教师分别对每组学生进行针对性指导,讨论实验方案的可行性。

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方案设计、讨论与指导

第二次课,学生来实验室以小组为单位,自行进行实验,完成数据记录等工作。

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小组课题实验

第三次课,组织学生进行课题答辩,学生要完成5分钟的课题自述和3分钟的提问,提问环节可以是教师提问或者其他学生提问,教师根据答辩现场进行评分,课题论文成绩也是课程成绩的一部分。

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课程课题答辩现场

“基础物理实验课的探究性实验,不仅锻炼了我们的物理实验思想,更重要的是锻炼科学的严谨性,团队合作能力,自学能力。这些能力不论我们是否最终选择物理专业,都将让我们受益终身!”黄辉嵘同学在实验课上感受到了物理原理的美,“最后一次的开放性设计实验,我作为组长,带领组员们多次开展物理实验探讨会,自己搭建实验装置,和老师探讨改进实验设计,共同分享实验的乐趣,感谢学校和老师给了我们做物理实验的环境和机会,感谢伟大的物理前辈们,让我们领悟了如此美的物理原理,期待今后的实验越来越精彩!”

课程教学团队

一支热爱实验教学、教学科研水平高、责任心强、团结合作好的实验教学团队是课程成功的重要因素。物理系王克东教学教授为团队负责人,具有丰富的物理实验课程设计以及教学科研经验。团队成员全部来自物理实验教学中心,均毕业于国内外知名高校,其中6人是深圳市认定的高层次人才,先后有多人获得我校杰出教辅奖,最佳教学竞赛组织奖以及青年教师教学竞赛一二等奖。团队中多人主持省级、校级各类教学教改、质量工程项目,有丰富的教学、主持教改项目经验。

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王克东,2005年获得中国科技大学理化科学中心博士学位。2006年11月至2007年10月,于香港中文大学物理系从事博士后研究。曾在香港科技大学物理系担任副研究员、香港中文大学物理系担任研究助理教授等。现为南方科技大学物理系教学教授。2021年深圳市先进教育工作者。王克东老师的研究领域包括高分辨超高真空低温/变温扫描隧道显微术(STM)、表面和表面纳米结构的电子学和动力学性质、掺杂多环芳烃有机超导体以及新型能源材料的表面研究等方面。

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基础物理实验教学团队。左起张欢、王晓峰、徐婷婷、王才林、陈佶、杨珺、邵明珍、邓冬梅、张贤高、曾孝奇

物理实验教学中心于2018年获得了广东省实验教学示范中心荣誉称号。

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获批广东省实验教学示范中心

“我和我的小组成员解决实验接触问题后,灯亮的那一刻,我们无比喜悦。那一刻的激动和世界杯进球相比更甚。我觉得就是这份喜悦铸就了无数的科学狂人,他们就是为了这份喜悦痴狂。但是,为了得到这份喜悦,需要经历多次失败,需要花费大量的时间和经历,在探索的过程中注定要经历窘境和孤独。”

——王为钏同学

教学成效

在老师的鼓励下,基础物理实验课程的同学们积极参加相关竞赛活动,频频取得佳绩。如:

2014-2020年,学生参加美国大学生物理竞赛,获得一次金奖,五次银奖;

2016-2020年,学生参加全国大学生物理学术竞赛,获得一次二等奖,三次三等奖;

2013-2020年,学生参加广东省大学生物理实验竞赛,获得三次一等奖,八次二等奖,五次三等奖。

▲基础物理实验课程

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