大學物理實驗教學中學生專業(yè)思維訓(xùn)練的探索＊

唐貴平 唐立軍 何 興 鄧 敏 廖家欣

(長沙理工大學物理與電子科學學院,湖南長沙 410114)

大學物理實驗教學中學生專業(yè)思維訓(xùn)練的探索＊

唐貴平 唐立軍 何 興 鄧 敏 廖家欣

(長沙理工大學物理與電子科學學院,湖南長沙 410114)

大學物理實驗實行分專業(yè)大類的模塊教學,既考慮了物理實驗課程的普遍性,又考慮了學生的專業(yè)性,使教學有層次、有針對性;學生選擇適合自己的實驗項目,能使學生的專業(yè)特點、興趣愛好得到張揚.有利于學生對專業(yè)的理解和對大學物理實驗課程的認識,強化專業(yè)思維意識,提高學生的學習積極性和主動性.

探索;大學物理實驗;專業(yè)思維;模塊教學

1 引言

大學物理實驗是學生進入大學階段的關(guān)于實驗的入門課程,是接受系統(tǒng)的實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端,在對大學生整個素質(zhì)培養(yǎng)的過程中起著不可替代的基礎(chǔ)性的先導(dǎo)作用.但是,由于該課程在低年級開設(shè),因?qū)W生對本專業(yè)缺乏深入了解,一般學生對該課程在專業(yè)中的地位認識不清,學習積極性不高,學習效果不理想,不利于專業(yè)人才的培養(yǎng).如何在大學物理實驗教學中,在不改變課程學時和課程性質(zhì)的基礎(chǔ)上,根據(jù)學生專業(yè)的不同,引導(dǎo)學生從專業(yè)學習的角度來思考和分析物理實驗問題,促進對專業(yè)的理解和對大學物理實驗課程的認識,強化專業(yè)思維意識,提高學習積極性.這是我們從事物理實驗教育的廣大人員值得研究的一個課題.我校近年來很重視在大學物理實驗教學中,加強學生專業(yè)思維的訓(xùn)練.隨著教學改革的開展,我們從以下幾個方面進行了探索.

2 構(gòu)建模塊教學體系,適應(yīng)專業(yè)思維訓(xùn)練

2.1 實驗項目設(shè)置與專業(yè)思維訓(xùn)練接軌

我們從2007年開始探索大學物理實驗專業(yè)大類模塊的設(shè)置,我校大學物理實驗總共64學時,2個學分,一般安排在學生的第二或第三學期進行,每屆開設(shè)大學物理實驗的學生有4500余人,共約37個理、工科專業(yè).我們根據(jù)專業(yè)特點,分成交通、電力、水利、信息、材料、化工、機械和其他8大類.同時我們充分利用實驗室資源,盡可能多地開出與各專業(yè)相關(guān)的物理實驗,目前共計40余個項目,其中基本型實驗27個(3學時/個)、提高型(綜合應(yīng)用、設(shè)計性實驗)10個(6學時/個)、演示專項實驗3個(3學時/個).根據(jù)專業(yè)大類的劃分來配置實驗項目,形成模塊,以適應(yīng)學生專業(yè)的發(fā)展需要.每個專業(yè)大類的學生,規(guī)定必做8～10個相應(yīng)的實驗項目,剩余則由學生選做.做到在保證基礎(chǔ)知識、基本方法和基本技能訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,按專業(yè)大類設(shè)置專業(yè)思維訓(xùn)練模塊,突出專業(yè)思維能力的培養(yǎng).比如:給土木專業(yè)類學生開設(shè)金屬絲楊氏模量實驗、棒狀楊氏模量實驗等與本專業(yè)關(guān)系密切的實驗;電子信息專業(yè)的學生開設(shè)一些傳感器的實驗、光速的測定、數(shù)字信號光纖傳輸技術(shù)等實驗;材料類學生多開設(shè)物性測量方面的內(nèi)容,如線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、物體空隙度、密度檢測等項目;掃描隧道顯微鏡(STM)適合于物理學、化學、生物學以及機械加工等專業(yè)的學生來做實驗等.

2.2 更新拓展實驗內(nèi)容,促進專業(yè)思維訓(xùn)練

一方面,通過引入實驗新理論、新技術(shù)、新方法,采用現(xiàn)代測驗手段升級傳統(tǒng)實驗,如在楊氏模量、分光計、牛頓環(huán)實驗中,在原有觀察系統(tǒng)功能上,增加CCD攝像顯示系統(tǒng)或激光瞄準系統(tǒng),增強可視性;在力、熱實驗中增加低溫、真空、材料熱導(dǎo)等實驗;在電磁學實驗中加強“示波”測量,逐步使用讀出示波器和存儲示波器,增加虛擬儀器;在光學實驗中用平臺取代導(dǎo)軌,用光柵光譜儀代替棱鏡攝譜儀,用光電傳感器代替目視,變定性測量為定量測量.實驗中增加傳感器和計算機控制、采集和處理數(shù)據(jù)的內(nèi)容,同時開展計算機仿真實驗,模擬實驗中難以實現(xiàn)的效果等.開闊學生視野,讓學生了解應(yīng)用物理實驗新技術(shù)與現(xiàn)代手段.

另一方面,結(jié)合工科不同的專業(yè)特點,在保留原實驗項目基礎(chǔ)上盡可能引申它在工程技術(shù)中的應(yīng)用.例如:電橋?qū)嶒瀼娬{(diào)在工業(yè)檢測中對高、中、低值電阻測定的條件,尤其是橋式電路在智能儀器儀表、傳感儀器中的廣泛使用;等厚干涉實驗在當今檢驗表面粗糙程度和細絲直徑的應(yīng)用,特別指出其在精確測量微小位移等方面的重要意義;超聲波探傷儀檢測物體空隙度、密度實驗在探測金屬與非金屬材料的應(yīng)用,特別是探傷橋梁、道路方面的使用.從而使學生領(lǐng)悟到物理學原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用價值,提高學生對物理實驗的學習興趣.

2.3 開發(fā)能結(jié)合學生專業(yè)思維訓(xùn)練的典型項目

設(shè)計開發(fā)能訓(xùn)練學生專業(yè)思維的綜合應(yīng)用性、設(shè)計性實驗項目.如金屬線的楊氏模量系數(shù)的測定實驗中,傳統(tǒng)情況我們只采用“靜態(tài)拉伸法”這種方法,只牽涉到光學和力學知識以及實驗基本能力的綜合運用,我們現(xiàn)在采用“靜態(tài)拉伸法”和“動態(tài)懸掛法、支撐法”共同測量金屬線的楊氏模量系數(shù),使得這一個實驗項目就綜合了力學、光學、電學、熱學的相關(guān)理論知識以及實驗基本能力.又如,超導(dǎo)磁懸浮力測量實驗中,有關(guān)于高溫超導(dǎo)的近代物理內(nèi)容、有關(guān)于抗磁體磁懸浮的磁學內(nèi)容、有關(guān)于壓力傳感器的力學和電學的內(nèi)容,還有關(guān)于使用液氮降溫等方面的熱學實驗內(nèi)容,等;同時,這個實驗還包括了如何讀千分表、如何合理選取實驗點、如何列表、如何定標等實驗基本方法與技能的訓(xùn)練.又如,在膠片密度的測定實驗中,我們要求學生用米尺測量柯達照相膠片的長度、用游標卡尺測量膠片的寬度、用千分尺測量膠片的厚度、用讀數(shù)顯微鏡測量膠片的齒孔大小,從而計算它的體積,再用電子天平測量它的質(zhì)量,最后求出膠片的密度及其不確定度.這個實驗把實驗室常用的各種長度測量儀器都用到了,并且對各種情況下不確定度的估算也有較全面的訓(xùn)練.再如,在超聲波探傷儀檢測物體空隙度、密度實驗中,我們把金屬與非金屬兩種探傷儀組合在一起,同時備有銅、鐵、水泥等多種樣品材料,既訓(xùn)練掌握對不同材料的測試方法和儀器的操作步驟,又能了解各自的特點及應(yīng)用情況.我們針對不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)的學生設(shè)置了一些設(shè)計性物理實驗項目,供學生憑自己興趣選做.如熱敏電阻溫度計的設(shè)計、簡易萬用表的設(shè)計、鍍膜玻璃導(dǎo)熱率與透光率的測定、雙絞線斷點位置的確定等,引導(dǎo)學生充分利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)資源,自行設(shè)計實驗實施方案,分析方案的可行性,學生自己去思考、去動手、去分析問題與解決問題.

2.4 建立演示實驗室,是對學生專業(yè)思維訓(xùn)練的有效補充

我校于2007年投資90萬元,建立了演示實驗室,能開出演示項目110余個,我們把它們分成演示實驗1(力、熱學部分)、演示實驗2(電磁學部分)和演示實驗3(光學部分)三個專項,每個專項3學時,供學生們選做.演示實驗融知識性、趣味性、實踐性、拓創(chuàng)性于一體,不僅能幫助學生理解物理概念、掌握物理規(guī)律、激發(fā)學生探索科學奧妙的熱情、培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識,更能讓學生輕松切實地體會到物理知識與生活實際密切相關(guān),與專業(yè)學習密切相關(guān).

3 實現(xiàn)計算機管理的開放式教學,保障專業(yè)思維訓(xùn)練

分模塊教學以及實驗室的多樣化,實驗的需求增加,實驗室的利用率不斷提高,這些都要求大學物理實驗室全面開放:時間上開放——學生根據(jù)自己的時間安排實驗時間;各層次實驗室開放——學生根據(jù)自己的意愿選擇實驗項目.在滿足學時的基礎(chǔ)上,讓學生自主實驗.我們是以基于校園網(wǎng)的“實驗教學管理系統(tǒng)”來組織實施開放式教學的.老師利用管理平臺很容易實現(xiàn)各專業(yè)的每個學生的必做和選做項目的設(shè)置,可及時公布、調(diào)整與掌握各個實驗的開放情況,還可用作為學生實驗成績的計算機管理.學生通過網(wǎng)上利用管理平臺很方便選課,選擇感興趣的項目和適合自己的開放時間到實驗室完成規(guī)定個數(shù)的實驗,還可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)仿真實驗和瀏覽演示項目,體現(xiàn)了以學生為本的教育理念.

4 制訂多樣化的實驗評價與課程考核制度,激勵專業(yè)思維訓(xùn)練

我們制定了《物理實驗評分細則》,詳細規(guī)定了物理實驗考核的內(nèi)容、形式、成績評定標準等,讓學生和老師在考核時都有制度可依,按制度執(zhí)行.課程成績是各個實驗項目成績的總評,每個項目成績應(yīng)包含以下幾個部分:實驗準備成績——檢驗學生對所做實驗的理論理解、實驗儀器的掌握和實驗實施方案的確立程度;實驗操作成績——考核學生對實驗儀器的使用、對實驗中問題的發(fā)現(xiàn)與解決情況;實驗結(jié)果成績——不同層次的實驗結(jié)果要求不同:基本型物理實驗以撰寫實驗報告為主,提高型的綜合性物理實驗要求撰寫實驗報告和實驗分析討論相結(jié)合,提高型的設(shè)計性物理實驗以設(shè)計方案、作品展示為主,演示型物理實驗以心得體會為主.評價考核的原則是“重過程”,讓學生在實驗過程中訓(xùn)練、提高.

5 結(jié)束語

以上僅是我們對大學物理實驗教學改革的探索.實踐中體會到,大學物理實驗實行分專業(yè)大類的模塊教學,既考慮了物理實驗課程的普遍性,又考慮了學生的專業(yè)性,使教學有層次、有針對性.學生選擇適合自己的實驗項目,能使學生的專業(yè)特點、興趣愛好得到張揚.有利于學生從專業(yè)的角度來看待和分析課程,從課程的角度來把握專業(yè)的學習方向,培養(yǎng)學生的專業(yè)思維能力,提高學生的學習積極性和主動性.但是,物理實驗教學體系的構(gòu)建是一個長期研究的課題,每個學校的學生基礎(chǔ)、專業(yè)特點、師資力量及實驗條件都不相同,因此,只要找到適合自己實際情況的好路子,教學改革就是成功的.

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EXPLORATION OF PROFESSIONAL THOUGHTS TRAININGOF STUDENTS IN COLLEGE PHYSICS EXPERIMENTAL TEACHING

Tang Guiping Tang Lijun He Xing Deng Min Liao Jiaxin
(Physics and Electronics Science College,Changsha University of Science and Technology,Changsha,Hunan 410114)

The module teaching classified by speciality was carried out in the college physics experiment.Both the universality of physical experiment courses and the speciality of students were considered,which made the teaching have levels and target.Students,who chose the appropriate experiments suitable for themselves,expressed their speciality and interests.It was propitious to them to understand the speciality and college physics experiment courses,which strengthened their professional thoughts and consciousness,and improved their study enthusiasm and initiative.

exploration;college physics experiment;professional thoughts;module teaching

2010-07-07)

＊湖南省教學改革項目(J G0808z、sj0902)和長沙理工大學教改項目(J G0948、J G0949)資助.

唐貴平(1968年出生),男,四川省大竹縣人,碩士,副教授,大學物理實驗中心主任,從事物理實驗教學與功能分子器件設(shè)計的研究.