《大学物理实验》课程实验教学大纲
一、课程基本信息
课程名称 |
大学物理实验 |
适用专业 |
工科各专业 |
课程编号 |
0140402001 |
课程类别 |
通识必修课 |
课程学时 |
32 |
课程学分 |
2 |
实验项目数 |
工程应用型 |
7 |
验证性 |
3 |
综合性 |
5 |
设计性 |
1 |
创新性 |
0 |
项目总数 |
16 |
开课单位 |
数理学院 |
开课实验室 |
物理实验室 |
二、课程教学目标
教学目标：通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习并掌握相关实验项目的基本测量原理、常规测量方法和常见的数据处理方法，加深对相应物理课程的知识点理解，并在此基础上培养学生的独立实验能力、分析与研究能力以及知识应用能力：
（一）培养学生对常用物理实验仪器的调节，并使用仪器正确进行实验测量的能力；
（二）培养学生正确处理数据、分析实验测量结果并撰写实验报告的能力；
（三）培养学生科学系统的实验思维方式、严谨的实验态度、实事求是的工作作风和团队协作的精神；
（四）通过对不同类型（验证性、综合性、设计性）实验内容对应实验工作过程的重复训练，培养学生能够自主设计实验方案，选择合适的实验仪器实施实验的能力；
（五）通过教学过程中开发和挖掘课程及各教学环节的思政育人功能，培养学生爱国情怀，职业道德，劳动素养以及发展性素养，培养学生精益求精、创造创新的工匠精神和匠心品格。
三、本课程实验教学主要任务
项目名称 |
仪器与设备 |
教学目标（学习目标） |
教学实施 |
考核标准 |
长度的测量 |
50分度 游标卡尺 |
目标1：使用游标卡尺测量任意工件的尺寸并能正确书写测量结果； 目标2：使用误差评定和不确定度评估对测量结果进行误差评价； 目标3：培养学生精益求精的工匠精神和匠心品格（课程思政）。 |
1. 实验预习； 2. 方法讲解及演示； 3. 数据分析及不确定度评估； 4. 结果分析与反思 |
标准1：游标卡尺的使用（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） 标准2：不确定度评估（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：评价量表） |
Excel在数据处理中的应用 |
计算机 |
目标1：计算若干组数据的算数平均值、标准偏差、算数平均偏差； 目标2：使用Excel软件描绘实验曲线； 目标3：使用Excel软件完成逐差法数据处理； 目标4：使用Excel软件完成实验数据的一次线性拟合处理。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； |
标准1：使用Excel计算若干组数据的算数平均值、标准偏差、算数平均偏差（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） 标准2：使用Excel描绘实验曲线、逐差法分析、一次线性拟合（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
三线扭摆测圆盘的转动惯量 |
FD-IM-C 三线摆 |
目标1：陈述转动惯量的物理意义； 目标2：测量任意刚体绕定轴转动的转动惯量； 目标3：使用累计测量法测量圆盘转动的周期； 目标4：给出工程实践中涉及圆盘转动惯量的应用实例； 目标5：立足高素质技术技能型人才，提升学生职业素养（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； 5.工程应用举例； |
标准1：转动惯量的物理意义、累计测量法的理解、工程应用举例（考核要求：知识应用能力考核；考核方式：评价量表） 标准2：圆盘转动惯量的测量（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
弹性模量测定 |
HLD-YCM-II 杨氏模量实验仪 |
目标1：正确使用CCD成像仪对金属丝的拉伸形变进行测量，陈述微小形变Δl与测微旋钮读数Δn之间的换算关系； 目标2：使用逐差法处理数据，计算弹性模量并分析误差产生的原因； 目标3：给出工程实践中涉及金属丝弹性模量的应用实例； 目标4：立足高素质技术技能型人才培养，提升学生职业素养（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； 5.工程应用举例； |
标准1：逐差法的应用、工程应用举例（考核要求：知识应用能力考核；考核方式：评价量表） 标准2：CCD成像仪测微小形变、金属丝弹性模量的测量（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
空气比热容比测定 |
FD-NCD-2 空气比热容比测定仪 |
目标1：陈述比热容比在工程实际中的应用； 目标2：正确使用实验仪，产生近似的绝热过程，并画出绝热过程的P-V曲线； 目标3：推导比热容比的实验测量表达式，并计算出结果； 目标4：给出工程实践中与气体绝热系数相关的应用实例； 目标5：立足培养学生知识总结能力、提升学生发展性素养（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； 5.工程应用举例； |
标准1：比热容比的物理意义、绝热过程P-V曲线的物理意义（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：比热容比的测量（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
金属线膨胀系数测定 |
FD-LEA-B 线胀系数测定实验仪 |
目标1：正确使用千分表测量金属杆的热胀形变； 目标2：使用最小二乘法处理实验数据； 目标3：给出工程实践中与金属热膨胀相关的应用实例； 目标4：立足材料学科发展趋势，增强学生对所学专业的学习兴趣和学习信心（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； 5.工程应用举例； |
标准1：最小二乘法的应用、线膨胀系数的工程应用（考核要求：知识应用能力考核；考核方式：评价量表） 标准2：千分表的安装及使用、线胀系数的测量（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
硅光电池特性测试 |
YJ-JYX-2 硅光电池特性测试 |
目标1：画出PN结示意图，并陈述硅光电池的工作原理； 目标2：正确使用硅光电池测试仪测量开路电压、短路电流; 目标3：测量不同负载下，硅光电池的输出功率并绘制硅光电池负载-功率曲线； 目标4：给出工程实践中硅光电池的应用实例； 课程思政：立足高素质技术技能人才培养，增强学生科技创新能力（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； 5.工程应用举例； |
标准1：PN结工作原理、硅光电池特性参数概念（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：硅光电池特性参数测量电路连接、硅光电池特性参数测量（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
声速测定 |
SV-DH-7A 声速测量综合实验仪 |
目标1：写出机械波的波动方程和质点的振动方程，并解释其区别； 目标2：使用相位法测量声波在空气中的传播速度; 目标3：使用逐差法处理实验数据； 目标4：立足培养学生知识总结能力、提升学生发展性素养（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.实验原理讲解； 3.实验组件功能介绍； 4.确定实验过程； 5.实验测量 6.结果分析与总结； |
标准1：对机械波波动方程的理解、相位法测声速的原理（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：声速的测定（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） 标准3：逐差法的应用（考核要求：知识应用能力考核；考核方式：评价量表） |
电表的改装与校准 |
DH4508B 电表改装与标准试验仪 |
目标1：陈述磁电式指针电流表的构造； 目标2：正确选择电阻，并进行电流量程扩大改装； 目标3：正确连接电路，测量改装电流表的校准曲线； 目标4：以设计性实验的团结协作为切入点，让学生感受到到从自信到自强的心路历程，积极弘扬社会主义核心价值观（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.实验电路设计； 3.实验组件选择； 4.实验电路连接； 5.电流表参数测量； 6.电流表校准； |
标准1：电流/电压量程扩大原理（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：电表参数测定的电路连接、电压表校准曲线的描绘（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
模拟法描绘静电场 |
YJ-MJ-3 棋心静电场描绘仪 |
目标1：使用静电场的高斯定理和环路定理描述静电场； 目标2：陈述模拟法测量静电场电势分布的理论依据； 目标3：正确使用静描仪对同轴线缆模型进行静电场电势分布描迹； 目标4：从对客观世界的数学模拟出发培养学生跨学科的交流、渗透和借鉴的学习能力（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； |
标准1：静电场高斯定理、环路定量的掌握（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：平行极板静电场分布描迹（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
双棱镜干涉实验 |
FB760-6 双棱镜光干涉试验仪 |
目标1：观察实验现象，加深对干涉条件的理解； 目标2：正确使用双棱镜干涉装置及光路调整的方法； 目标3：正确使用测微目镜进行测量； 目标4：以自然界的对称为切入点，培养学生对美的认识和感知能力，以美育人、化美育德（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.实验原理讲解； 3.实验组件功能介绍； 4.确定实验过程； 5.实验测量 6.结果分析与总结； |
标准1：对相干光产生干涉原理的理解（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：双棱镜干涉装置的搭建、测微目镜的使用（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
超声光栅衍射实验 |
FD-UG-A 超声光栅实验仪 |
目标1：观察透射式光栅的分光现象，理解光栅衍射的基本规律； 目标2：陈述超声波形成“光栅”的原理； 目标3：正确使用螺旋测微器进行测量； 目标4：通过身心素养教育，培养学生坚韧不拔的顽强性格及较强的心理适应及调节能力（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.实验原理讲解； 3.实验组件功能介绍； 4.确定实验过程； 5.实验测量 6.结果分析与总结； |
标准1：对光栅衍射原理的理解（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：衍射装置的搭建（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） 标准3：超声在在不同液体中形成“光栅”的光栅常数测量考核要求：知识应用能力考核；考核方式：评价量表） |
光电效应测普朗克常数 |
DH-GD-1 光电效应实验仪 |
目标1：观察实验现象，陈述光电效应产生机理； 目标2：验证光电效应方程，并陈述光电效应方程所揭示的物理本质； 目标3：正确使用光电效应仪，测量不同频率入射光对应截止电压及h. 目标4：从物理学史的角度，弘扬科学理论不畏迷信和传统束缚的诞生过程，以及对中国社会主义道路的自信（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.实验原理讲解； 3.实验组件功能介绍； 4.确定实验过程； 5.实验测量 6.结果分析与总结； |
标准1：光电效应实验原理的掌握（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：光电管伏安特性曲线的描绘（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） 标准3：普朗克常数的计算（考核要求：知识应用能力考核；考核方式：评价量表） |
氩原子第一激发电势测定 |
FD-FH-C 弗朗克赫兹实验仪 |
目标1：描绘弗兰克-赫兹管的伏安曲线并计算氩原子第一激发电势； 目标2：陈述弗兰克-赫兹管的工作原理； 目标3：准确陈述玻尔提出的原子结构模型； 目标4：从人类对原子结构的探索历程角度，弘扬建国以来国家通过艰苦奋斗所取得的优异成果（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； |
标准1：弗兰克-赫兹管工作原理介绍、弗兰克-赫兹管伏安特性曲线的分析、波尔原子结构模型的描述（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：弗兰克-赫兹管伏安特性曲线的描绘（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
直流电位差计的使用 |
UJ336直流电位差计 |
目标1：陈述补偿法测位置电动势的实验原理； 目标2：使用电位差计测量未知电源的电动势； 目标3：给出工程实践中与电位差计相关的应用实例； 目标4：以知识点应用为切入口，引入新时代中国在科技领域内为世界作出的贡献，坚定四个自信（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.方法讲解及操作演示； 3.实验操作； 4.分析与总结； 5.工程应用举例； |
标准1：直流电位差计的工作原理（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：直流电位差计的使用（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
PN结物理特性及微弱电流测试 |
FD-PN-4 PN结物理特性测试仪 |
目标1：通过PN结伏安特性曲线描述其正向、反向特性； 目标2：通过数据处理证实PN结电流和电压遵循指数关系； 目标3：采用电流-电压变换器测量微弱电流（10-6~10-8A）； 目标4：从半导体行业发展，引入新时代中国在科技领域内为世界作出的贡献，坚定四个自信（课程思政）。 |
1.实验预习； 2.实验原理讲解； 3.实验组件功能介绍； 4.确定实验过程； 5.实验测量 6.结果分析与总结； |
标准1：微弱电流测试原理、玻尔兹曼常数的计算（考核要求：分析与研究能力考核；考核方式：答辩） 标准2：PN结发射极电流的测定（考核要求：独立实验能力考核；考核方式：评价量表） |
四、本课程实验项目设置
实验项目编号 |
实验项目名称 |
实验项目 类型 |
实验 学时 |
每组 人数 |
备注 |
|
014040200101 |
长度的测量 |
工程应用性 |
2 |
2 |
大学物理实验（上） |
014040200102 |
Excel在数据处理中的应用 |
验证性 |
2 |
1 |
014040200103 |
三线扭摆测圆盘的转动惯量 |
工程应用性 |
2 |
2-3 |
014040200104 |
弹性模量测定 |
工程应用性 |
2 |
2-3 |
014040200105 |
空气比热容比测定 |
工程应用性 |
2 |
2-3 |
014040200106 |
金属线膨胀系数测定 |
工程应用性 |
2 |
2-3 |
014040200107 |
硅光电池特性测试 |
工程应用性 |
2 |
2-3 |
014040200108 |
声速的测定 |
综合性 |
2 |
2-3 |
014040200209 |
电表的改装及校准 |
设计性 |
2 |
2-3 |
大学物理实验（下） |
014040200210 |
模拟法描绘静电场 |
验证性 |
2 |
2-3 |
014040200211 |
双棱镜干涉 |
综合性 |
2 |
2-3 |
014040200212 |
超声光栅衍射 |
综合性 |
2 |
2-3 |
014040200213 |
光电效应测普朗克常数 |
综合性 |
2 |
2-3 |
014040200214 |
氩原子第一激发电势测定 |
验证性 |
2 |
2-3 |
014040200215 |
直流电位差计的使用 |
工程应用性 |
2 |
2-3 |
014040200216 |
PN结物理特性及微弱电流测试 |
综合性 |
2 |
2-3 |
五、考核方式及成绩评定
（一）实验课程过程考核
项目类型 |
实验教学方法与过程 |
项目占比 |
原理 教学 |
实验方案设计 |
实验仪器选取 |
实验操作 |
记录实验数据 |
分析实验结果 |
实验结果分析讨论 |
总结反思 |
其他（资源推送、演示等） |
工程应用性 |
√ |
|
|
√ |
√ |
|
√ |
|
√ |
43.75% |
验证性 |
√ |
|
|
√ |
|
|
√ |
|
√ |
18.75% |
综合性 |
√ |
|
√ |
√ |
√ |
|
√ |
|
√ |
31.25% |
设计性 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
|
√ |
√ |
6.25% |
过程化考核说明：
1.所有实验项目均应体现过程化考核量表，旨在对学生实验学习过程进行量化评分，单次满分为10分；
2.实验项目需按照大纲规定的实验类型选择打“√”环节作为过程量化评分的依据，在学生实验过程中现场给出相应实验环节的分值，其余不需要现场评分的环节可在课后完成评分；
3.所有实验项目的评分载体均为实验报告册，评分细则可参照报告册“【过程化考核评价】填表说明”部分；
（二）实验课程的结论性考核
大学物理实验课程的结论性考核评价以高教委课程目标设定为基础，立足课程能力培养要求，通过独立实验、项目答辩、知识应用等多维度对学生进行课程能力测评。经数理学院教学指导委员会审核、教务处批准。学生在完成大学物理实验所有必修实验的学习后，基于学生兴趣、学生专业特色，由实验中心组织并辅导学生完成大学物理实验课程考核的选题、自主学习以及能力鉴定等课程评价环节，各考核环节应遵循：
自主选题环节：考核选题根据大纲学习目标和考核目标设定，选题的设置应具备针对性、内容丰富、且满足能力测评的基本特征。选题公开后，学生按实验中心对相关项目的考核要求进行考核内容自主选题。
自主学习环节：学生结合所选题目进行有目的的自主复习与实验操作练习，该阶段实验室开放供学生练习，教师全程给与学生一定的指导。
能力测评环节：中心根据当年课程教学情况和大纲考核目标要求，分别制定出独立实验能力、分析与研究能力、知识应用能力评价量表和对应评分依据，按照考试安排，在确定的考试时间完成学生的现场能力测评。
成绩评定环节：教师现场按能力测评量表和评分标准对考生给出测评得分，该部分占学期总分的30%。实验报告册学期总评占学期总分的70%。两者按权重相加得学期课程总评。
能力鉴定证书颁发：考核结束后，实验中心根据实际情况对所有参与能力鉴定的学生进行筛选（选拔标准：现场能力测评为满分且学期总分排名前50），筛选结果上报数理学院与教务考试部门，按能力测评方向和测评结果，给予学生相应的能力鉴定证书。
六、参考教材（实验指导书）选用
参考教材 （实验指导书） |
名称 |
主编 |
出版社 （校本自编） |
出版 时间 |
教材层次 |
实验指导书 |
大学物理实验教程 |
郦文忠 |
科学出版社 |
2018.08 |
其他 |
参考教材 |
大学物理实验 |
张志东 |
科学出版社 |
2019.07（第六版） |
国家级规划教材 |
课程资源 |
科大奥瑞虚拟实验仿真平台、微课 |
课程资料 |
大学物理实验报告册、新工院基础实验中心微信公众号 |
