以大学生创新项目的融入促进大学物理学习

【摘 要】文章依托新疆大学大学生创新实验进行了大学物理研究型教学模式的探讨，用一些具体的实例进行了说明。通过两年的实践，学生不仅对大学物理的学习产生了浓厚的兴趣，而且学生的创新意识、科研能力、学术规范意识和团队协作精神都得到了培养。

【关键词】大学生创新项目 大学物理 兴趣 科研工作

大学物理是理工类高校一门重要的基础课程。物理学的发展不仅对人类物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起到了重要的推动作用，而且为科学技术，尤其是高新技术提供了理论证明和技术支持。当今的大学物理课程，无一不与高新技术和其他尖端学科相互交叉，相互渗透，这也决定了大学物理广泛的适用性、巨大的活力和很强的重组能力。针对大学物理这种知识结构较为宽泛且逻辑性强，对高等数学要求高，又和当前各个学科研究的前沿似乎相去甚远等现象，如何激发学生的学习兴趣，如何让经典的物理知识进入科学研究的前沿，成为一个值得探讨的问题。

科学研究是学校的基本职能之一。近年来，许多高校用“以科研促进教学，以教学带动科研”的理念来指导大学物理教学，教给学生基本的科研方法和初步的科研创新能力，使学生自主地学习物理知识，促进学科建设，实现文化传承和创新。大学生创新实验计划是教育部为推动创新人才培养工作的一项重要举措，它的主要目的是探索并建立以研究课题为核心的教学模式，倡导以本科生为主体的创新性实验改革。通过项目实施，充分调动学生的学习主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，提高学生的实践动手能力。笔者在从事大学物理教学的同时也在进行科研工作，科研方向为纳米光学材料。下面笔者将国家级本科生创新项目实施融入到大学物理教学中进行一系列的探讨，为进一步推动高等教育教学改革，提高教学质量提供一些经验和借鉴。

一、用纳米世界引发学生求知兴趣

人类对客观世界的认识永无止境，一方面向无限大的宇宙探索，一方面向无限小的微观世界开拓。纳米世界就是人类探索微观世界发现的新大陆。物质在纳米尺度上发生了许多不同于宏观世界的奇妙物理和化学变化，蕴藏着更多的神秘莫测但又充满诱惑的奥秘。在真正进入科研工作前，除了让学生多读一些科研文献外，还要让学生有一个直观的认识，以引起学生对科研的兴趣。比如先给学生看制备样品的表面及截面形貌图，而不是像培养研究生那样要等到良好的物理性质测出来后再测形貌图。这种测试顺序与从事科研的测试顺序相反，主要目的是让学生能从新奇的事物上找到兴趣，进行自主自发的学习。

图1：（a）多孔硅表面形貌图；（b）多孔硅截面形貌图

图1是用电化W腐蚀的方法将N型（100）的硅基浸泡在体积比为1∶3的氢氟酸与乙醇混合溶液中，通以电流密度为50mA/cm2的电流腐蚀20min制备得到的多孔硅表面及截面形貌图。多孔硅呈现出海绵状的表面形貌，其孔径大小约为2-3.5μm，厚度约为7μm。当学生看到自己制备样品的形貌后，由于其形貌与自己在课堂上所学的知识点不尽相同，会对其表示出极大的兴趣。这个时候教师可以告诉学生大学物理中的波动光学就是扫描电镜成像的基本原理，电子与物质相互作用会产生透射电子、弹性散射电子、能量损失电子、二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光和电动力等，扫描电子显微镜就是利用这些信息来对样品进行形貌观察、成分分析和结构测定的，且具有很多优越的性能，广泛地应用于生物、医学、材料、地质等领域，是用途最为广泛的一种多功能仪器。当学生了解到这一点时，教师可以顺理成章地启迪学生思考这样一个问题：大学物理是不是验证了过去最先进的科学研究成果？而我们现今的研究工作究竟能不能离开物理学？

二、从大学物理最基本的概念过渡到科研工作

在正式进入到科研工作前，教师问学生一个问题：为什么当光照射到某些物体时物体会发光？引导学生开始思考物体发光的各种可能性。从最基本的几何光学入手，当光照射到物体上时，一部分被反射和散射，另一部分进入物体内部，除了透过的部分外，光被吸收。发光材料只有吸收激发能以后才能发光，所以就有激发光谱的概念。激发光谱表示发光强度随着激发光波长的变化，它表示某一发射光可以被什么光激发。学生了解到材料的发光需要外部光源的激发，不同材料的发射光谱不同，就会讨论究竟哪些因素会影响材料的发光。

三、让具体的科研工作来促进大学物理的学习

图2：（a）新制备的多孔硅光致发光谱；（b）氧化后

的多孔硅光致发光谱

图2是用电化学腐蚀的方法将N型（100）的硅基浸泡在体积比为1∶3的氢氟酸与乙醇溶液中，通以电流密度为50mA/cm2的电流腐蚀20min的多孔硅光致发光光谱。（a）图是新制备出来的多孔硅光致发光图，从图上可以看到多孔硅在625nm处有很强的光致发光峰；（b）图是将制备出的多孔硅在双氧水中浸泡24h得到的彻底氧化的多孔硅，从图中可以看到多孔硅的光致发光峰完全消失。针对图2，让学生去寻找形貌完全一样的多孔硅和氧化后的多孔硅为什么光致发光谱会有如此的差异，从而让学生了解多孔硅光致发光的机理。这个阶段是学生学习最快的阶段，同时也可以让学生更加深刻体会大学物理在科研中的重要作用。

通过大学生创新项目的实施，很多学生在物理学习和科研能力培养上有了很大的收获。

首先，学生参与大学生创新实验最大的收获是对物理知识有了一个系统的认识和掌握，大学生可以自己确定实验课题，制定实验方案，用书本上的物理知识来解释实验结果，使实践能力得到了极大的提高。

其次，学生在脑海中对多孔硅薄膜的生长有了较为清晰的直观认识，了解到不同的制备条件影响薄膜的表面及截面形貌，同时也会表现出不同的物理光学性质。

再次，提高了分析和综合能力，并且通过对创新实验中每个细节都进行分析，运用各种方法和物理知识为实验服务，真正开始接触研究性实验的精髓，同时对物理学习的兴趣也越来越浓厚。

四、结束语

笔者依托大学生创新实验平台，启发引导学生自主开展创新研究，从提出问题、选题立项、阶段汇报、解决问题、结题答辩等各环节让学生体会到研究型学习的完整过程。在这一过程中，学生体会到了物理学的重要性，并将物理学习变成一种自主的行为。这种以大学生创新实验为平台，让学生成为学习的中心，把教学和科研有机结合，让学生有更多的机会参与科学研究，不仅可以深化学生对大学物理基础课的学习，更重要的是激发了学生的物理学习热情，提高了大学物理教学质量，为社会培养出更多的适应社会发展的创新性人才打下了基础。

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