物理实验室及课程建设任务与阶段实施计划

                 （2020.1-2023.1）

一、物理实验室及课程建设三年总任务

    首先，物理实验教学硬件满足2020人才培养方案中物理类课程最基本的教学需求。然后，着力打造应用型民办大学物理基础课教学的特色亮点。总任务如下：

    1、实验教学内容体系

     构建以前导实验、基础实验、综合性实验、设计性实验、创新研究性实验为基本架构的层次化实验教学内容体系。

   按上述层次设置的实验项目数大于20，必做与选做结合，根据学生兴趣和专业需求，选做15个项目。

    2.实验教学辅助条件

    每间实验教室配备一块大黑板供书写如实验原理、步骤、数据处理等。每间实验室一台联网电脑，一部投影仪（已有待修复）。每间实验室有仪器柜。需一间实验办公室并配备办公设施如电脑、打印机、办公桌椅、文件柜等。有一间仪器维修室并配备维修工具。房间要安装水池（有的实验需要用水，清洁卫生）。实验台桌要安装好电源。有的实验室需要配备交流稳压电源。

    需要编写实验教材或指导书，编写学生用实验预习册（每个实验原理简述、数据处理、思考题等关键性预习内容及实验原始数据记录表格，实验前计预习分、实验后记操作分）和专用物理实验报告册。

   3.现代化教学手段

     建立物理实验局域网和数字化网络教学平台，引进教学及实验设备信息化管理系统。建设物理仿真实验室并购置相应软件系统，一个房间，20台以上电脑，仿真实验实行开放式教学。 仿真实验功能：①预习功能：仪器结构及操作复杂的实验可上机预习，学生在课前、课内或课后均可随处访问网站，能提高实验预习的效果。②优化实验项目功能：某些简单的实验只做仿真实验而不必实做。③知识扩展功能：实验室不具备条件的实验通过仿真完成，学生可凭兴趣选做各种仿真实验，扩大知识面。将仿真实验与实物实验结合，实现不同教学方法、教学模式的互补。建立师生网上交互辅导答疑平台、学生讨论平台。

    在计算机终端输入学生每个实验成绩包括预习、操作和实验报告分数，网上打印综合评定的物理实验成绩。

    引进视频录像资料、实验辅导答疑软件等电子资源。

    4.大学生课外科技活动条件

    创造条件，丰富学生课外科技活动，方式：（1）建立物理演示实验和科技馆，配备专人负责；（2）开办物理知识讲座；（3）按期举办物理学习园地（含大学物理和物理实验）；（4）设立制作物理知识走廊；（5）制作著名物理实验专栏和著名物理学家介绍；（6）结合创新实验与工程实践，建立学生科技小制作基地，配备器材工具。学生兴趣小实验室（几个疫情居家小实验改进为小型设计性课外实验）。

（含理论和实验课，栏目如一题多解，难题解答，疑难问答，著名物理学家，著名物理实验，物理与生活，物理与技术等）。

   以上任务按轻重缓急分步实施。2020年建设任务是保证基本教学需求。其他条件或平台在三年内逐步建设完成，使我校物理实验教学达到同类学校领先水平，形成教学改革亮点和特色。

二、阶段实施计划

   分两个阶段实施，第一阶段：2020年底以前，在现有基础上（十分薄弱，只有少数实验能开出且套数不足，相当一部分仪器不能运转且无说明书，修复工作量极大，又缺乏教学辅助条件），建成满足2020人才培养方案中物理实验教学基本需要的实验项目20个，完善辅助条件。第二阶段：2020.1-2022.12 ，深化教学手段、教学方式改革，建设相应的物质条件，形成特色或亮点。

  1.2020年度工作

    根据2020本科专业人才培养方案，物理实验单独设课，必须在2020年底前完成必需的实验教学条件建设，确保2021年上学期按新的人才培养方案顺利开课，不得延误。

   （1）按48学时授课计划，完成实验项目建设

     整合清理现有实验项目及设备，修复问题仪器，不能修复的仪器报废处理，购置新的实验项目仪器，全部仪器调试到位并达到良好的工作状态。因许多仪器多年闲置，说明书丢失，要追索当年仪器代理商或厂家及购置人，联系维修，找到说明书，或到衡阳高校物理实验室寻找同型号仪器说明书，聘请南华大学等物理实验室仪器维修员（有退休维修员）来校兼职或打包维修。有的仪器多年没有保养通电，不能使用或维修成本太高，则报废。对现有仪器，逐台检查，列出状态清单。

     按照层次化教学框架体系，必做与选做实验结合（根据学生兴趣及专业需求，实验项目总数大于计划应做项目数），从培养学生的基本实验能力、综合实验能力和实验设计能力且利于学生理解和解剖实验原理的角度，认真论证、精心设置实验项目，充分利用现有能用的仪器，完善购置新的仪器，组成有特色的满足基本教学需要的物理实验教学内容体系。今后要认真执行物理实验仪器维修保养制度，确保所有仪器正常工作。

     原则上按照1人1组最多2人一组，保证每个实验的仪器套数。现阶段确保每个实验项目的仪器套数大于15，三年内逐步扩套到30。实验项目总数达要到20个（按专业需求和学生兴趣选择15个）。对不利于学生能力培养的实验仪器如箱式，尽量作为附加仪器重组结合到新的实验项目中。

   （2）教学辅助条件建设

    1）每间教室一块高质量黑板，现在安装的是教学大楼废弃的旧黑板，如果粉笔字擦不掉或已破烂，影响美观的，则需要更换。

    2）督促相关部门修复现有教室的投影仪，难以修复的安装新的。争取配置相应的计算机。

    3）只有一个房间空调能工作，其余空调要维修。

    4）有破烂窗户需要更换。

    5）需要实验用水的房间要安装水池，清洁卫生也需要用水。

    6）按实验要求，配备好实验台桌，安装好合适的电源插座。有的实验需要电压稳定，需配置交流稳压电源。

     7）每个实验桌一块仪器覆盖布，避免灰尘附在仪器避免或进入仪器内部。

     8）因实验场地不足，20个实验项目占地大，需要在每个房间配置仪器柜2个或在墙上安装仪器柜。每个房间置放两个或三个实验仪器，每学期开设8个实验，暂时未开的实验仪器装入柜中。

    9）编写适合本校教学的实验指导书包括实验绪论和各个实验项目，试用改进后，争取出版适合应用型民办大学教学特色的物理实验教材。

    10）每个实验成绩包括预习分、 操作分、报告分。需编写实验预习册发给学生（借鉴中南大学物理实验预习册）（含实验原理简述、数据处理方法、思考题等内容和实验原始数据记录表格）。实验前检查预习册记预习分，按实验过程表现及数据记录情况记操作分，交完实验报告记报告分，三个分平均或按权重计算一次实验成绩，综合评价学生实验能力。

   11）编写专用物理实验报告纸（一张四面）。学生实验前领取指导书、预习册、报告纸（含坐标纸）

   12）需一间实验办公室，配备办公桌椅若干、电脑一台、打印机一台、文件柜2个。

   13）需一间小的实验维修间，配备台桌及基本维修工具如电烙铁、维修钳工工具等。

   14）现有实验场地不足，需要扩充。

   以上工作要求在下学期末前完成，工作量巨大，需要多名专职人员。完成以上工作，才能确保2021年以后的基本教学需求。

   2.2021-2023年度工作

   在确保基本教学需求基础上，进一步深化物理实验教学手段改革，形成特色亮点。在经费允许条件下做好以下工作：

  （1）现代化教学及管理手段

    1）建立物理实验室局域网；

    2）引进实验教学及管理信息化软件；

    3）建立仿真实验室并入网，引进仿真实验软件，配置20台以上电脑终端；

    4）每个实验室配置一台电脑终端

    5）引进开放式教学管理系统，逐步实现部分或全开放式教学

    6）建立物理教学网站和师生、生生互动答疑讨论平台

    7）在计算机终端输入学生每个实验成绩包括预习、操作和实验报告分数，网上打印综合评定的物理实验成绩。

    8）引进视频录像资料、实验辅导答疑软件等电子资源。

 （3）大学生课外活动、科学氛围

    1）建立物理演示实验室或科技馆，场地选在教学大楼中间楼层一间或两间教室，或各院搬迁以后，308-608做演示实验室。

    2）开办物理知识或科技知识讲座，每学期2次以上。

    3）举办物理学习园地，每学期3-4次，场地：网上及教学楼走廊墙上如508外墙（内容：含理论和实验课，栏目如一题多解，难题解答，疑难问答，趣味物理等）

    4）物理知识走廊（经典和现代物理小知识，物理学历史，现代物理技术，著名物理学家，著名物理实验，物理与生活，物理与工程技术等）。地点：教学大楼某一层楼的部分外墙。

    5）物理实验室内外墙上挂科学家画像及名言

    6）创新与科技小制作基地，配备器材工具。学生兴趣小实验，如将疫情期间系列家居实验改造成小型设计性课外实验（如衍射法测手机屏幕分辨率等，实验室提供或学生自己准备简单器材做实验）。对已经做过的实验进行内容和方法扩展，根据实验任务和提示，自选实验器材，设计完成一些小型实验。完善扩展设计性实验器材，指导书中扩展设计性实验先写，实验器材后购置。

三、物理实验项目设置、仪器配置

    按2020本科专业人才培养方案设置的满足教学基本需求的实验项目，在2020年下学期必须建设完成。建设原则：知识覆盖性，基础实践性，专业适应性，方法多样性，原理解剖性（避免箱式实验仪器，以自组实验仪器为主，训练动手能力），突出应用型本科教学特色。保证每个实验的仪器套数15套，现有仪器10-12套需要扩套。

  （一）前导实验（不在20个实验项目之内）

    由一些简单的小型实验构成，内容为常用基本实验仪器的认识与使用，与中学物理实验接轨，中学物理实验基础较差的学生可以提前做这些小实验。采取开放式教学，学生可以在正式实验课前的规定的时间段，自由实验。仪器放在一个实验房间，每个实验5套以上器材。大部分器材由其他正式实验提供。

 实验一  长度、时间、质量测量仪器的认识与使用

       器材：游标卡尺、秒表、物理天平

 实验二  单摆测重力加速度（时间、长度测量）

       器材：单摆（已有），秒表

 实验三 限流分压电路连接及伏安法测电阻

       器材：电池，开关及导线，滑线变阻器，电阻箱，毫安表，  

    电压表，待测电阻

       注：此实验也可以与现有箱式仪器结合，作为一个基础实验

     开设。

 实验四 万用表测电流、电压、电阻

        器材：万用表，电阻元件

 实验五 望远镜与读数显微镜的使用

        器材：望远镜，读数显微镜，固定在小盒上的细钢丝。

        望远镜的调节：练习杨氏模量实验的望远镜，看清望远镜旁

     标尺，或调节分光计望远镜看清反射的绿十字。

  （二）基础性实验

   实验一 固体密度测量

    目的：掌握固体（规则和不规则物体）密度测量方法，掌握

游标卡尺、螺旋测微计、物理天平的使用（长度、质量测量），理解有效数字和不确定度计算。

   器材：游标卡尺，千分尺，物理天平，金属圆柱体，烧杯，蜡块或塑料块，重物和细线。

 实验二  转动惯量测量

    目的：学会正确测量长度和累积法测周期的方法，掌握一种测量转动惯量的原理方法，会用误差理论分析实验结果。

    器材：三线摆，水准仪，卷尺，游标卡尺，秒表

    注：实验室现有扭摆法测转动惯量12套，仪器需要修复。三线摆做实验时间较短，但数据处理复杂。可以结合三线摆和扭摆安排一个实验，安排合适的内容。实验名称改为:转动惯量的测量。

实验三 光杠杆测金属丝杨氏模量

   目的：掌握用光杠杆测量长度微小变化的原理，学会逐差法处理实验数据。

   器材：台式杨氏模量测量仪，游标卡尺，卷尺，千分尺

   注意选择厂家。

实验四 惠斯登电桥测电阻（自组+箱式）

   目的：电桥电路在电磁测量中有广泛应用，电桥不仅可以测电阻，还可以测量与电阻有函数关系的其他电学量和非电学量，能体现比较、替代、交换、平衡几种实验方法。通过该实验，掌握惠斯登电桥测中值电阻的原理，学会用逐次逼近操作技术调节电桥平衡，

    器材:直流电源或电池，开关，三个可变电阻箱，滑线变阻器，待测电阻板，指针式检流计，微安表（其他实验共用）。箱式惠斯登电桥。

   注：实验室有箱式惠斯登电桥，但不是真正有型号的箱式电桥。如果实验室箱式电桥可用，可以用自组电桥和箱式电桥构成总的实验项目。如果实验室箱式电桥坏了，则购置有型号的箱式电桥和自组电桥共同实验。

 实验五 电位差计原理与使用（板式+箱式）

  目的：电位差计不仅用来精确测量电动势、电压、电流、电流等，在非电量测量中也占有重要地位。通过实验，理解补偿测量原理，掌握电位差计的工作原理及箱式电位差计的使用。

   器材：十一线板式电位差计，滑线变阻器，直流毫安表，标准电池，待测电池，直流电源或甲电池，双刀双掷开关，标准型号箱式电位差计。

   注：清理实验室是否有箱式电位差计

 实验六 示波器原理与使用

   目的：示波器不仅可以观察电信号波形，测量电压信号幅度、周期频率等参数，而且一切可以转化为电压的电学量（电流、电功率、阻抗等）、非电学量（温度、位移、压力、磁场等）以及它们随时间的变化都可以用示波器观测。通过实验，大致了解示波器结构原理，熟悉示波器操作方法，观察信号，测量信号电压和周期，观察李萨如图及测未知信号频率。

   器材：二踪示波器，信号发生器，计数器，连接电缆

实验七 牛顿环测平凸透镜曲率半径

   目的：理解牛顿环干涉原理，学习读数显微镜使用，学会逐差法处理实验数据

   器材：读数显微镜，钠光灯，平凸透镜

   注：实验仪器扩套到15

实验八 分光计测调整和钠光波长测定

   目的：分光计可以精确测量光线各种角度，也可以测量光学中许多物理量如折射率、光波长等。配上专用光学元件，可以组成专用仪器。通过实验，理解分光计结构及原理，掌握调整方法，学习用光栅测光波长。

   器材：分光计，光栅，钠光灯，反光小镜

   注：分光计扩套到15，其他购置。

 实验九 气垫导轨实验

   目的 熟悉气垫导轨的调整与使用，熟悉数字毫秒计使用，加深对速度、加速度等概念理解，学习作图法处理数据。

   器材：气垫导轨，气垫附件箱，气泵，数字毫秒级，游标卡尺（其他实验共用），天平（其他实验共用）

   经费估算：

   注：实验室有该实验仪器12套，需要修复，现在高校一般不开该实验。基本上属于中学物理实验。

 实验十 电子束偏转实验

  目的：了解示波管结构，了解电子束电偏转、磁偏转、电聚焦、磁聚焦原理，学习一种测荷质比方法。

  器材：箱式电子束偏转实验装置，待修复

  注：实验室有仪器12套，需要修复扩套。

实验十一 RC串并联电路

  实验室有仪器12套，要修复扩套，供电信院学生选做。

实验十二伏安法测电学元件伏安特性（自组+箱式）

  该实验测量电阻和二极管伏安特性。实验室有箱式仪器12套，有的需要修复。自组电路测电阻配合箱式仪器构成一个实验。伏安法测电阻基本上属于中学物理实验。

 实验十三 模拟法测电场

   目的：学习用模拟法描述和测绘静电场分布，通过测电位面和描绘电力线，加深对电场强度、电势、电势差理解。

   器材：静电场描绘仪，直流稳压电源，滑线变阻器，电压表，检流计，导电纸，开关，游标卡尺

   说明：基础实验以前面八个为主，后面四个选做

（三）综合性实验、近代物理实验

   实验一 利用霍尔效应测磁场

    目的：综合性在于，将磁场测量换成电压进行测量(属于能量换测法），磁和电的综合。通过该实验，学习一种用电测法测量非电量的实验方法，学习“异向法”消除系统误差的操作技术，了解霍尔效应及其用霍尔元件测磁场原理。

    器材：自组实验器材，C型电磁铁（或螺线管），霍尔元件，直流稳压电源，安培表，箱式电位差计（UJ-36型）或毫伏表，甲电池，毫安表，电阻箱ZX21型，换向开关，单刀开关，导线等。箱式霍尔效应测磁场仪器。

    注：是否自组实验可以讨论，因为自组实验时间较长。实验室有箱式仪器12套，需要修复扩套，没有说明书，厂家网站虚设，电话空号。

   实验二 声速测量

   目的：实验综合性在于通过换能器将声波产生的压力和电信号进行转换（机械能与电能转换），电测法测非电量，多种常用仪器综合（声速仪、数字频率计、示波器、信号发生器）。通过实验，学习一种测声速方法，学习一种电测法测非电量的方法，理解振动、波、相位概念，逐差法处理数据。

    器材:声速仪、数字频率计、示波器、信号发生器,电缆。

    注：现有实验仪器12套，需要修复，无说明书，厂家网站虚设，电话空号。

    实验三：动态法测杨氏模量

    目的：综合性在于，能量换测法（力学量转换为电信号测量），电测法测非电量，仪器综合（示波器，换能器，信号发生器等），测量依据体现知识综合（有弹性力学知识）

    器材：游标卡尺，千分尺，天平，信号发生器，示波器，耦合放大器，金属式样杆件。

   注：不同于光杠杆测杨氏模量，光杠杆测杨氏模量主要体现微小长度变化的测量方法，且测量原理不同。现有实验仪器12套，需要修复扩套，无说明书，厂家网站虚设，电话空号。

   实验四：不良导体导热系数测量

 目的：综合性在于，热电转换，通过实验，了解热传导现象的物理过程，学习用热交换法测量良导体的导热系数。

器材：FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台，游标卡尺。

     注：现有实验仪器12套，需要修复扩套。

   实验五：金属线膨胀系数测量

   目的：综合性在于，仪器综合使用，通过实验学习测量金属线膨胀系数的一种方法

器材：金属线膨胀系数测量实验装置、FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台、游标卡尺、千分表、待测金属杆

    注：现有实验仪器12套，需要修复扩套。

   实验六：迈克尔逊实验

      光学知识与近代物理综合

   实验七：光电效应实验

     光学知识、近代物理知识综合

   实验八：密立根油滴实验

   掌握电子电量的测量方法和特殊的数据处理方法，力学、电学知识、近代物理知识综合。

  （四）设计性实验

   实验一 常温下弯曲等径金属丝（电炉丝）电阻率测量设计

   要求：测出从商店购买的电炉丝电阻率。按实验室提供的仪器，选择合适的测量条件与仪器进行测量，对得到的实验结果进行数据处理及不确定度分析，实验结果有效数字三位以上。实验前写出实验设计方案包括实验设计原理、实验步骤、实验器材要求、可行性分析等）。实验后写出完整的实验报告。

    实验室有下述器材供选择：游标卡尺、千分尺、物理天平、标准圆柱体、烧杯、比重瓶、量筒、细线、电炉丝、箱式惠斯登电桥、开尔文电桥、电阻箱、电位差计、检流计、滑线变阻器、电流表、电压表、标准电池、万用表等等。

    设计要点：测出电炉丝电阻、长度、截面积得到电阻率；弯曲电炉丝长度要通过测量密度计算出，密度的测量方法有多种（基础性实验一提供了一种测固体密度的方法，还有多种测密度方法）；电阻的测量方法有多种（如万用表、电桥、伏安法、电位差计加串联比较、标准电阻替代法、自组补偿电路测电阻）。

    实验二 电表改装设计

     要求：将微安表设计改装成一定量程的电压表和一定量程的电流表，并进行校准。

    器材：微安表，标准电阻箱，滑线变阻器，标准电流表（5mA、10mA ），标准电压表(1.5V 、3V、7.5V），干电池、箱式电位差计、开关、导线等。实验室要有这些常用基本仪器。现实验室有黑箱式电表改装仪器12套，用作设计性实验不合适（不需要学生设计和选择器材，学生动插头即可），可以将仪器放到一起。

    设计要点：将微安表设计改装成电流表、电压表、测电阻的欧姆表，并进行校准。

    实验三  万用表设计制作

    任务：自行设计电路组装一个简易万用表，属于设计制作性实验。

    器材：量程1mA、内阻约160欧姆表头，各种阻值的电阻及导线，标准毫安表、标准伏特表，电阻箱，干电池，滑线变阻器。改装万用表实验板，电烙铁。

    以上设计性实验，学生任选其中2个。

    以上要清理现有实验仪器，已经有的只扩套，没有的购置15套。通过下学期的建设，最低限度保证开出15个实验。

                   实验项目清单

（一）前导实验（不在20个实验项目之内）

    实验一  长度、时间、质量测量仪器的认识与使用

    实验二  单摆测重力加速度（时间、长度测量）

    实验三 限流分压电路连接及伏安法测电

    实验四 万用表测电流、电压、电阻

    实验五 望远镜与读数显微镜的使用

    开放式教学，不占学时，接轨中学物理实验

 （二）基础性实验

    实验一 固体密度测量

    实验二  转动惯量测量

    实验三 光杠杆测金属丝杨氏模量

    实验四 惠斯登电桥测电阻（自组+箱式）

    实验五 电位差计原理与使用（板式+箱式）

    实验六 示波器原理与使用

    实验七 牛顿环测平凸透镜曲率半径

    实验八 分光计的调整和钠光波长测定

    实验九 气垫导轨实验

    实验十 电子束偏转实验

    实验十一 RC串并联电路

    实验十二伏安法测电学元件伏安特性（自组+箱式）

    实验十三 模拟法测电场

   前面八个是主要实验

（三）综合性实验、近代物理实验

   实验一 利用霍尔效应测磁场

   实验二 声速测量

   实验三：动态法测杨氏模量

   实验四：不良导体导热系数测量

   实验五：金属线膨胀系数测量

   实验六：迈克尔逊实验

   实验七：光电效应实验

   实验八：密立根油滴实验

（四）设计性实验

   实验一 常温下弯曲等径金属丝（电炉丝）电阻率测量设计

   实验二 电表改装设计

   实验三  万用表设计制作