学习，可以培养自身的实验操作技能，能为以后专业实验的开展打下良好的实验基础；约5%的学生对大学物理实验课程抱着无所谓的态度。通过这个调查可以看出农林院校的学生对大学物理实验内容与自身专业的关系认识不足，缺乏学习的兴趣。从另一个方面来说，由于大学物理实验课程本身为基础学科，许多农科院校无法在相关实验设施方面提供足够的支持，许多教师的教学及科研水平无法得到相应的提高，这也极大地削弱了农科院校教师从事大学物理及大学物理实验的积极性与主动性。为此，农科院校的大学物理及实验课程的教学模式的改革已经成为众多大学物理实验教学改革研究者关注的重点。近些年来，在相关的大学物理实验教学改革方面已经有一些初步的探索，然而其主要集中在如何开展综合性实验、设计性实验、研究性实验以及如何改进实验方法、技术等方面，但是对学生理解各学科间的关系、培养学生科研思维及提高学生及教师的积极性和主动性方面却没有得到足够的重视。
基于以上现状，我们构建了大学物理实验与优势学科相结合的教育改革模式，特别是与生物学科科研创新相结合的教育改革模式，其目的是整合高校的优势资源，将大学物理实验技术充分应用到生物医学检测等相关的研究领域，这不仅从根本上改善了学生对大学物理实验课程的认识，而且提高了学生主动学习、思考与创新的热情。此外，相关从事大学物理及实验教学的教师也可发挥自身的专业特点，在提高教学水平的基础上还可充分利用生物学科的科研平台来提高自身的科研水平。
二、通过大学物理实验开发大学生科研创新思维的探索研究
1.基础性实验与生物检测相结合的创新模式
对于一些传统的实验内容，我们也改进了相应的实验方案，如利用拉脱法来测量液体的表面张力系数的实验，传统的实验开展主要是测量自来水的液体表面张力系数，实验内容单一，学生在学习中感到枯燥，没有兴趣。而我们将其与液态生物样品的检测相结合，如开展利用液体表面张力来测量牛奶的变质情况（实验结果如图1所示）、农药中农药成分及浓度与农药液体表面张力系数的关系以及细胞培养液质变等。虽然从表面上看只是简单地将测试的样品进行调换，但是在测量过程中所产生的效果会完全不同。我们不仅注重学生在实验的理解、操作上的培养，还从根本上锻炼了学生分析实验数据及结果的能力。如学生进行完实验后只要分析实验结果误差，找出误差产生的原因即可。而对测量生物样品的液体表面张力则需要通过学生自己测量得到的实验数据来分析牛奶的变质情况、农药成分浓度与农药液体表面张力的关系以及细胞培养液的变质与其液体表面张力系数的关系等。这不仅有利于提高学生的创新性思维，而且培养了学生利用大学物理实验来解决他们在相关专业面临实际问题的解决能力。
图1 牛奶在温度为50℃下加热不同时间下的热体表面张力系数
2.数值仿真与生物检测相结合的创新模式
图2 不同折射率环境下金纳米棒的归一化散射强度
微量生物分子的检测及传感一直都是生物学科研究领域的热点，其中利用的最多的是通过光学的方法来实现的，然而对于众多的农科专业的学生而言，对于利用光学的方法来检测微量生物分子的物理原理并不清楚，只是从课本上知道有这种方法可以用来检测生物分子。其实利用光学的方法来实现少量生物体检测的原理是通过测量生物样品中折射率的变化来表征微量的生物分子，然而对于一般的光学方法很难表现出这种微量的变化，为此，我们适当将最近兴起的利用贵金属纳米颗粒的特殊光学性质来实现少量生物分子的检测引入大学物理实验的教学当中，其主要的做法是利用数值仿真的方式让学生去了解其具体的实验原理。由于贵金属纳米颗粒对其周围的介质环境非常敏感，周围环境中折射率的微量变化将直接通过颗粒的散射谱峰值的移动来进行表征，而这个物理过程可以很方便地利用计算机编程的方式来得以实现。我们将程序包集成化，学生只需修改具体的参数（折射率的变化）即可模拟出微量生物分子检测的整个过程，其模拟曲线如图2所示。
通过对该实验的操作与实践，不仅能够让非物理专业的学生对利用光学的方法来实现生物检测的机制有了一个全新的理解，而且可以通过实验了解当今微量生物分子探测领域的研究热点，开阔了学生的视野，为他们以后在相关专业的发展提供了新的思路。更重要的是，由于结合了学科最新领域的发展动态，学生从事大学物理实验热情以及在实验操作中表现出来的创新性思维也得到了明显的提高。
3.创新性实验与生物技术相结合的创新模式
图3 a为普通显微镜拍摄的细胞照片，b为利用全息技术生成的细胞图片
生物细胞的培养是农科院校学生必修的一门实验操作技能，然而对于正常细胞的培养，学生可以通过普通的显微镜即可观察细胞的生长发育情况；而对于细胞的病变，特别是一些细胞初期的病变及无法在细胞形态上表达的病变往往通过普通的显微镜难以观察到，因此利用其他有效的方式来实现细胞病变的早期诊断已经成为生物学研究的重点。在这个创新项目当中，我们将大学物理中的光全息成像技术应用到细胞成像领域，该技术不仅可以实现对细胞的成像，还可以利用病变细胞与正常细胞在折射率上的差别所引起的相位差来识别是正常细胞还是病变细胞。在实验中，学生得到的细胞成像如图3所示：其中a为在普通显微镜下观察到的生物细胞，而b为利用全息技术实现对细胞的成像。通过对该实验的学习，使得学生对光全息成像有了更系统的了解，他们从根本上认识到大学物理实验课程并不像他们此前所想象的与自身所学专业无关，而是与所学专业相辅相成的。此外，我们还可以将此实验的开展进行进一步的拓展，充分发挥学生的想象力与创造力，将大学物理实验应用到大学生的实验创新当中。
三、总结
针对以往农科院校大学物理实验课程在教学上存在的不足之处，我们提出了以大学物理实验结合优势学科进行科研创新的新型教学模式。通过初步的探索与实践，对完成新型实验项目的学生进行问卷调查发现，90%的学生认为：将大学物理实验项目与自身所学的专业相结合不仅提高了实验技能、操作水平及创新能力，更重要的是通过改革后，学生学习大学物理实验的热情及积极性得到了极大地提高。此外，通过这种教学改革，广大从事基础大学物理实验的教师可以很好地将自身的研究项目与农科优势学科相结合，进行科研合作，提高自身的教学及科研水平。
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注：本课题得到广东省自然科学基金博士启动项目（批准号：S2012040007719）研究的资助。
作者简介：邓海东（1976— ），男，江西宜春人，博士，讲师，研究方向：纳米光子学。