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一门课,踏进科研大门

发布时间:2014-04-28来源:作者:7920


    “一组盆子叫验证性实验,但够得上‘科研’,起码要准备10组盆子同时做。”一位正在做“土冰箱”实验的学生,因为“组份”不够,被老师要求改进试验方案。物理系实验课指导老师鲍德松经常挂在嘴边提醒学生的一句话是:“验证性实验和探究性实验,要求是不同的。”
    
    自去年年初,物理系成立了“实验课改革工作小组”之后,在实验课上唱了几十年主角的验证性、重复性实验课“变脸”了。取而代之的,是教授的实验室向本科生全面开放,学生自选导师,与教授确定实验题目,进行探究性的实验。这一改变会受到学生的欢迎,记者觉得可以想象,毕竟学生是直接的受益者,但也很受老师欢迎,这是为什么?老师们说,这样能让他们尽早地遇到好学生。
    
    一年来,物理系有7篇本科生为第一作者的论文发表在NatureCommunication,EurophysicsLetters,OpticsExpress等高水平杂志上。

一门课,30个教授带
    
    
物理系的实验课改革工作小组主推探究性实验,由理学部副主任沙健担任组长,成员有系领导、教授和实验课老师,系里每年特设30万元经费,支持实验课程“变身”。副系主任赵道木教授说:“探究性的实验,是没有标准答案的实验,或者蕴含着很多答案的实验,除了巩固知识,更能够激发学生的兴趣,培养学生的创新能力。”|
    
    鲍德松老师为物理系学生开设大学物理实验(三)和近代物理实验(一)、(二)。“常常有一些‘吃不饱’的学生会来问我,能不能做一些水平更有‘挑战’的实验?”以往,鲍老师会准备一些带有科研性质的小课题,让学生去做。“但真正的前沿的研究,在系里的那些大教授们那里,学生如果能去跟着教授做实验,有机会接触到学科最前沿的内容,得到的锻炼也许比在我这里多很多。”鲍老师专门建立了一个实验课的服务器和网站。系里30位教授的照片、个人介绍和实验室介绍都清晰地放在网站上。
    
    去年秋季的第一堂课实验课,鲍老师向同一级100位本科生宣布:每个人都要进行一项探究性实验,课题可以找系里的30位大教授商量,实验可以进入教授本人的实验室去做。“我的主要职责,就是当好‘后勤部长’。学生在实验上有任何需要,都可以来找我。”
    
    一年半下来,有一半的学生进入了一线教授的实验室,进行了探究性实验的课题。还有一半的学生则选择在在实验中心完成一项探究性实验。“令人惊喜的是,有20%的同学,同一个题目坚持做了一年半。”
    
    目前物理系本科生探究性实验的来源基本上不自三个方向:一类是一线教授的实验室,这类实验的课题学术性和前沿性都是最强的;第二类是每年的全国大学生物理竞赛的题目,这类兼顾了探究性和趣味性;第三类就是实验中心的老师们设计的课题。
    
    课堂上的逆问题
    

    赵道木教授在大二本科生开设的《光学》课上布置了一道讨论题:给定光阑形状和入射光束性质,如何求解衍射图案?也可以反过来想,想得到一个特定的衍射图案,应该怎么设计?———一个“正问题,一个“逆问题”。逆问题比正问题难得多,吴宜家和曹世民两位同学决定挑战。整个寒假,两位同学都把时间花在了如何通过计算机程序优化来设计新型衍射光阑上,一开学,他们带着“成果”找到赵教授。
    
    在赵教授的鼓励下,两位同学确定了探索性实验的主题。教授还给他们“派”来一位博士生,在实验操作上“协助”两位学弟。在实验室“捣鼓“了三个月,酷似二维码的光阑制作成功,能投射出预想的“浙江大学”四个字。
    
    赵教授认为,这个成果,在光通信、信息处理、信息加密、光束变换等领域有着应用价值,两位学生撰写了英文很快被光学领域的著名期刊《OpticsLetters》录用发表。该杂志主编得知论文的第一和第二作者都是大三的学生,连说“verynice”。现在,物理实验中心正在考虑如何把这项研究“沉淀”为一个面向更多本科生的教学演示仪器。
    
    “一步步走下来,已经知道科研是怎么一回事了,需要提出问题,设计解决问题的方案,理论演算、实验验证、撰写论文……有一个完整的过程,最重要的,是我建立了科研的信心。”吴宜家毫不掩饰自己的兴奋,“也许对我们本科生来说,没有研究生的科研压力,反而能放开手脚大胆地去探索、去验证,现在,我已经在考虑下一篇论文了。”
    
    师生互动 教学相长
    
    
“我发现这两个学生的创新能力很强,完全比得上我的硕士研究生。我要创造条件让他们保持兴趣,让他们在行动中建立科研自信。”赵教授毫不掩饰对两位学生的喜爱。
    
    探究性实验平台的建立,一方面让学生走进了教授的实验室,激发了科研兴趣,另一方面,教授也通过这一机制更早更多地接触到具有创新潜质的“好苗子”。据介绍,物理系的教育部长江学者特聘教授袁辉球一开始带3位本科生,现在一口气带上了6位。有的学生本科生毕业后就被直接吸纳进入袁辉球教授的实验室,从事极端条件下物性测量方面的实验研究。
    
    “进实验室有很多的好处,这些研究好像离课堂上很远,但是只要真正的钻研进去,多和老师和学长交流沟通,作为一个本科生是完全有能力做出自己的研究的。而且还可以发现自己的真正的研究兴趣在哪里,为之后的研究打下很好的基础。”本科生林彭夏雨目前在王浩华教授的实验室做研究,他的师兄,刚刚本科毕业的钟有鹏也在本科阶段写出了一篇以他为第一作者的论文,发表在NatureCommunication上。
    
    据学校本科生院常务副院长陆国栋教授介绍,浙大近年的教学改革,以“激励教师、激励学生、师生互动、教师投入、学生鲜活”为主导,集中资源,为各院系推行探究性实验提供支持和保障,从近一年各院系的反馈来看,取得了预期的效果,探究性实验是很好的“师生互动”的载体,能有效的“激励学生,让学生鲜活”,本科生院还会继续支持和促进,进一步提升全校探究性实验的总体水平。
    
    (周炜)