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清华大学实验物理教学中心 改革的思路与实践

清华大学实验物理教学中心 改革的思路与实践. 葛惟昆 邓景康. 热烈欢迎各位专家 莅临指导. 一切改革都是为了 实验物理教学质量提高 与 拔尖实验人才培养. 坚持一个目标： 建世界一流大学应该拥有的 实验物理教学中心 牢记两项任务： 为全校所有学生，打下扎实的 物理基础 培养拔尖的物理人才. 一、中心改革是关系物理系全局的工作

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清华大学实验物理教学中心 改革的思路与实践

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Presentation Transcript

  1. 清华大学实验物理教学中心改革的思路与实践 葛惟昆 邓景康

  2. 热烈欢迎各位专家 莅临指导

  3. 一切改革都是为了 实验物理教学质量提高 与 拔尖实验人才培养

  4. 坚持一个目标： • 建世界一流大学应该拥有的 • 实验物理教学中心 • 牢记两项任务： • 为全校所有学生，打下扎实的 • 物理基础 • 培养拔尖的物理人才

  5. 一、中心改革是关系物理系全局的工作 改革的基本方向是使实验教学与我系的实验研究相结合，使实验教学（特别是近代物理和高等物理）的内容和设施与时俱进，跟上物理发展的前沿，反映当今物理学的新成果，新概念，新技术。同时在体制上与国际接轨。 改变部分教师局囿于中心的现有条件和单纯教学任务当中的状态，同时使实验研究第一线的教师参与实验教学。 改革的基本思路

  6. 二、目前中心的状况和主要问题 1、人员问题：实验教学缺少科研一线教师； 2、实验物理教学的宗旨，应当是培养和训练实验技能，和深入了解物理学的学科内容等，两个方面不可偏废。 3、课程内容：不够全面深入的情况。以近代物理为例， 过于偏向凝聚态物理倾斜。 4、演示实验：课堂演示部分效果显著，是清华物理教学的特色之一。另一部分为演示厅，目前停留在参观浏览的运作方式，利用效率不高，没有充分发挥应有的作用。

  7. 三、体制改革的基本方向是教学与科研相结合 1、中心应在三年内过渡到由全系从事实验研究的教师轮流任教为主。 2、鼓励将理论课与实验教学相结合的尝试， 总结经验， 予以推广。 3、与本系相关研究所合作，注意更新实验课程， 开设如量子信息，微探针，核探测，穆斯堡尔谱等实验课程。 四、体制改革的核心问题是教师 1、目前在中心的教师中， 有相当一部分研究与教学结合得很好，这种类型的实验教学主力应继续保留， 并扩大队伍。

  8. 2、通过实践， 在从事实验研究的教师中发现和培养一批有能力、有热心的骨干力量， 逐步形成实验教学的主力队伍， 但不使他们脱离实验研究。 3、从现在起， 中心不再引进纯教学人员， 人员编制逐步过渡到完全由各级实验技术人员和必要的管理人员组成。 4、目前仍承担科研与教学双重任务的中心在编教师， 一部分转变成高级实验技术或研究人员，仅保留现有人员中富有教学经验的教师，如王合英、晋青珍副教授；另一部分归属一般教师行列，自行创造研究条件（可以在条件允许前提下利用中心相关设施），自行解决科研经费、或参与行政工作。

  9. 五、实验教学指导委员会 1、确定中心工作宗旨，包括培养目标、课程设置和人员安排 2、审议中心工作计划，包括课时安排大纲，指定课程负责人 3、原则上，课程负责人应从任课教师中推选 4、规划和实施中心的进一步发展和变革 5、向系领导报告工作，提出意见和建议 • 探索与一流大学接轨的实验室运行机制： • 核心是提高教研结合水平； • 前提是建高水平实验技术队伍。

  10. 目前人员状况 (详见附录)： 一、教师 (共 20名) 1、中心内部教师(14 名), 其中： 专职教学 4名, 2名课程负责人近退休, 2 名实验室主任，科研+教学 7名 2、兼职教师(4名) 3、返聘教师(2名) 二、实验技术人员(共16名) 高级职称(包括具有硕士以上学历者)：11名； 中级职称：5 名。

  11. 高智力引进2007 聘 Pao-kuang Kuo 为中心顾问 领导班子改造 新任一名中心主任， 三名副主任； 更换两名实验室主任， 一名副主任， 重组核心组 教师调整 原课程负责人逐步转为顾问， 两名教师从科研+教学改行政+教学 优秀实验专家参与教学 陈 曦、姜开利、蒋 硕 主持《基础物理学原理与实验》课程 提高实验技术队伍质量 陈宜宝、傅德勇转为实验技术系列 引进梁昌林博士从事实验技术工作 在人员构成方面采取的措施

  12. 近期工作的重点： 1、近代物理实验室：“更加全面， 体现近代”： 增添及调换实验项目，调整教师队伍。 聘请专家评议， 创造“精品课程”。 2、物理演示室：“提高人气，充分利用”： 专家制订方案、在文科物理和大学物理中增添相关成 绩， 使学生介入演示实验室成为制度。 3、普通物理实验室：“理工融合，统筹兼顾”； 4、高等物理实验室：“协助近物，更新提高”。 5、软件建设：中心平台 + 导学软件

  13. 新建、补充一批内容充实、高水准的近代物理实验：新建、补充一批内容充实、高水准的近代物理实验： • 量子信息中量子纠缠态的制备及测量实验; • 爱因斯坦佯谬及量子力学完备性实验验证; • 表面磁光克尔效应; • 脉冲核磁共振以及应用; • 半导体激光器性能测量; • 超磁致伸缩材料性能测量； • 等离子体综合实验； • 光学信息平台; • 网络平台. 这些实验的引入，丰富了实验内容，使近代物理实验教学水平提高。

  14. 量子信息中量子纠缠态 的制备及测量实验

  15. 表面磁光克尔效应

  16. 任务：在基础物理实验中，继续增加既反映近现代物理学成就，又注重又利于提高学生物理基础，激发学生创造思维的新实验。主要对象为没有机会修近代物理的。保持基础物理实验的优势地位。任务：在基础物理实验中，继续增加既反映近现代物理学成就，又注重又利于提高学生物理基础，激发学生创造思维的新实验。主要对象为没有机会修近代物理的。保持基础物理实验的优势地位。 • 完成情况: 新排实验 • 表面张力系数实验； • 钠原子光谱组合式仪器的研制； • 气体声速与温度关系测定； • 用白光反射谱测薄膜厚度； • 光纤传感器实验； • 光学相干断层扫描成像(OCT)实验(从科研移植)开始启动。

  17. 表面张力系数实验

  18. 用白光反射谱测薄膜厚度实验

  19. 新增选修实验： • 4个题目(旋光、声光、电光、光速测量) • 扩套、改造、更新： • 夫兰克—赫兹实验； • 粘度测量； • 偏振光学实验； • 近期自排创新实验成功之后产品推向市场： • “WZG型积木式多功能光学光谱组合实验仪” • “DH6108赛电桥综合实验仪”

  20. WZG型积木式多功能光学光谱组合实验仪

  21. DH6108赛电桥综合实验仪

  22. 任务： • 基础物理实验加大理科工科融合的步伐，逐步做到每学期所有实验都开放，使学生有更多选择机会，同时有利于喜爱物理实验的学生有更大的发展空间，脱颖而出。 • 完成情况: • 面向全校工科的物理实验(1)、(2)改为每学期都开； • 理科平台、数理基科平台课的开设，促使基础物理实验理科、工科融合的步伐加快，提高了整体水平。

  23. 课堂演示室， 应继续发扬为课堂教学认真服务的优良传统，利用已有的200余种、400余套装置， 继续成为清华物理教学的重要特色。 演示大厅， 必须使其广泛充分地发挥教学功能。主要的矛盾是如何充分利用现有100套以上装置的雄厚资源和宽阔场地，吸引学生，使它“热闹”起来。首先从本学期后半学期起，文科物理(约 400 名学生)将要求参观演示大厅，记录考勤(5分)，递交五个实验的参观报告，每个计1 分。学期末总结文科物理的经验，下学期开始争取尝试要求部分或全部选大学物理的学生进入演示大厅，考勤计2分。以上分数都作为附加分， 以资鼓励。 物理演示室的建设和运行

  24. 磁悬浮演示实验

  25. 加强物理实验文化与学术氛围建设： • 设计、制作并布置了一系列挂图如： • 在清华大学学习、工作过的实验物理学家等； • 历年诺贝尔物理奖介绍； • 筹备“宇称不守恒验证实验” (吴健雄)展示 等。 • 为学生喜爱，获来宾好评。 • 发动教师及实验技术人员研究实验 • 实验室交流、中心年会报告(07年提出20项) • 首届校级实验室创新基金项目获得四项

  26. 在清华学习、工作过的实验物理学家

  27. The Nobel Prize in Physics 2008 The Royal Swedish Academy of Sciences awarded  the Nobel Prize in Physics for 2008 with one half to Yoichiro  Nambu for the discovery of the mechanism of spontaneo  broken symmetry in subatomic physics and the other half jointly to Makoto Kobayashi and Toshihide Maskawa for the discovery of the origin of the broken symmetry which predicts the existence of at least three families of quarks in nature Our world does not behave perfectly symmetrically. Nature’s laws of symmetry or broken symmetries seem to have existed in our universe from the very beginning and that have spontaneously lost their original symmetry somewhere along the road. Inherent asymmetry determines our fate A hug? Wait until the symmetry is clarified first! If the alien being is made of antimatter, a hug will result in both of you vanishing in a puff of energy. Why is there something? An unexplained brok -en symmetry at the birth of the universe. In the Big Bang, if as much matter as antimatter was created, they should have annihilated each other. But a tiny excess of one particle of matter for every ten billion antimatter particles was enough to make matter win over antimatter. This ex- cess material filled the cosmos with gala-xies stars, planets and eventually life. Solving the mystery of the broken symmetry Mirror symmetry. It is broken in the picture on the left and retained in the picture on the right, where it’s impossible to decide if your are in your own world or in the mirror-world. Why the symmetries were broken is the solution in a 3 x 3 matrix by quantum physics calculations. Yoichiro Nambu 1/2 of the prize Enrico Fermi Institute, University of Chicago Chicago, IL, USA b. 1921 (in Tokyo, Japan) Makoto Kobayashi 1/4 of the prize High Energy Accelerator Research Organization (KEK) Tsukuba, Japan b. 1944 Toshihide Maskawa 1/4 of the prize Kyoto Sangyo University; Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP), Kyoto University Kyoto, Japan b. 1940 A kaon can switch between being itself and being its anti-self – from kaon to anti-kaon and back again. All quark families must contribute to the process where in a few cases the symmetry will be broken. Symmetries and asymmetries Symmetry lies hidden under spontaneous violations The pattern emerges more clearly The Standard Model today. It unifies all the funda-mental building blocks of matter and three of the four fundamental forces. Matter is built with particles from the first family, the other particles exists but only for extremely short time periods. The Higgs particle hoped to be found in the new built accelerator LHC at CERN in Geneva is needed to complete the Model. Spontaneous broken symmetry. The lowest state of energy, does not correspond to the most symme-trical state. As with the fallen pencil, the symmetry of the quantum field has been broken and only one of many possible field directions has been chosen. Reference: Nobelprize.org Into the matter. Electrons and quarks are the smallest building blocks of all matter.

  28. 敬请 指正！

  29. 一、教师（共 20名） 1、中心内部教师（14 名） A、专职教学（4） 朱鹤年（教授. 课程负责人）； 张连芳（教授, 课程负责人） 王合英（副教授， 中心副主任， 近物室主任）； 晋青珍（副教授， 中心副主任， 普物室主任）。 B、科研+教学（7） 葛惟昆（教授，博导， 中心主任） 邓景康（教授，博导， 中心副主任， 高物室主任）； 董占民（副教授， 演示室主任）; 宁传刚（副教授）；侯清润（副教授）；张慧云（副教授）； 何元金（教授，博导, 课程负责人）； 李俊林（光学，讲师）。 附录: 目前人员名单

  30. C 行政+教学（3） 王 敏（副教授）; 陈 宏（副教授）； 厐文宁（副教授）。 2、兼职教师（4 名） 孙加林（光学， 副教授）； 肖志刚（核物理， 助理教授）； 姜开利（纳米所， 教授）。 3、返聘教师（2 名） 郁伟中（凝聚态， 教授）； 路峻岭（基础， 教授）。

  31. 二 实验技术人员 （共 16名） 1、普通物理实验室（9） 柯伟平（高级实验师，中心常务副主任）； 常 缨（高级工程师，硕士，普物室副主任）； 高 红（高级实验师）； 丁小冬（高级工程师）； 傅敏学（高级工程师、实验中心党支部书记）； 刘滢滢（硕士，工程师）； 黄 列（工程师）； 王长江（实验师）； 梁昌林（博士后）。 2、近代物理实验室（3） 陈宜保（硕士，工程师）； 茅卫红（工程师）； 孙文博（工程师）。

  32. 3、高等物理实验室（2） 傅德勇（高级工程师）； 张 钊（工程师） 4、物理演示室（2） 陈默轩（高级实验师）； 秦联华（高级实验师）。 一支强大的、高水平和负责任的技术队伍，是建设和运转一流实验中心的主要保障。

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