現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)下農(nóng)林院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

摘 要:本文分析了農(nóng)林院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，針對(duì)農(nóng)學(xué)生物類專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了包括教學(xué)指導(dǎo)思想的轉(zhuǎn)變、教學(xué)內(nèi)容的選擇，教學(xué)方式的調(diào)整等方面的改革，以適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求?；诔醪降慕虒W(xué)實(shí)踐，闡述其對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生積極性及提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的積極意義。

關(guān)鍵詞:物理農(nóng)業(yè) 物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革

中圖分類號(hào):G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0151-02

1 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理課程中的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、實(shí)際操作能力的重要手段，也是提高學(xué)生整體素質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。對(duì)于農(nóng)林生物類專業(yè)學(xué)生來講，雖然探索內(nèi)容不多，卻是進(jìn)入大學(xué)后受到試驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能系統(tǒng)訓(xùn)練的開始。在培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)手段去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力方面起著重要的作用，同時(shí)也為學(xué)習(xí)后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程，乃至今后獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究打下良好的基礎(chǔ)。本文立足于我校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際，結(jié)合高等農(nóng)林院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，在發(fā)展現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)背景下，就物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與農(nóng)學(xué)生物專業(yè)如何銜接和融合，在授課方式和仿真實(shí)驗(yàn)等方面提出改革方案并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。

2 農(nóng)林院校農(nóng)學(xué)生物類專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

長期以來，高等農(nóng)林院校的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)總體水平尚處在一個(gè)較低的層次上，始終無法突破儀器配置、學(xué)時(shí)設(shè)置和傳統(tǒng)教學(xué)模式瓶頸，與培養(yǎng)適應(yīng)面向社會(huì)需求的應(yīng)用型人才的要求相去甚遠(yuǎn)。

2.1 學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的積極性

對(duì)于高等農(nóng)林院校農(nóng)林生物類專業(yè)的學(xué)生來說，普遍認(rèn)為大學(xué)物理和實(shí)驗(yàn)課程無論是對(duì)眼前的學(xué)習(xí)，還是對(duì)將來的考研和工作都不起什么作用，學(xué)習(xí)缺乏積極性，基本是按照老師講解的步驟按部就班的操作，嚴(yán)重存在“走過場(chǎng)”的現(xiàn)象。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知停留在表面的操作上，很少考慮更深層次的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模粫?huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)自我總結(jié)，這對(duì)于鞏固理論知識(shí)、擴(kuò)展學(xué)生思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力是很不利的。物理專業(yè)和工科的物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已形成較為完整和系統(tǒng)的知識(shí)架構(gòu)。對(duì)于農(nóng)林院校的物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置，一般是從中抽取部分實(shí)驗(yàn)作為農(nóng)林生物類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而很少去考慮根據(jù)農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)自身的個(gè)性和特點(diǎn)來選取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，且傳統(tǒng)的教學(xué)模式教師很少提及物理原理和技術(shù)在農(nóng)業(yè)生物專業(yè)中的應(yīng)用。這也是在農(nóng)林院校的農(nóng)科學(xué)生中造成物理無用論和缺乏積極性的原因。

2.2 儀器設(shè)備不適應(yīng)教學(xué)要求和科技進(jìn)步

由于歷史原因和物質(zhì)條件的限制，在大部分高等農(nóng)林院校，物理實(shí)驗(yàn)器材長期得不到更新，只能不斷重復(fù)使用已不適應(yīng)時(shí)代要求和不能反映現(xiàn)代科技進(jìn)步的“古董”儀器。另外，一些價(jià)格昂貴的近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)儀器，除了一些有物理專業(yè)的重點(diǎn)農(nóng)林院校，在國內(nèi)大部分兄弟院校更是鮮有配置，即使勉強(qiáng)開設(shè)了一些近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，局限于師生比例和課時(shí)，也很難達(dá)到預(yù)期效果。

3 農(nóng)林院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐

針對(duì)以上問題，我們以本校農(nóng)科生物類學(xué)生為對(duì)象，做了一些有益改革和探索。

3.1 構(gòu)建農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)體系

鑒于傳統(tǒng)的農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均來源于工科實(shí)驗(yàn)的翻版或簡(jiǎn)化卻并沒有體現(xiàn)農(nóng)科物理的特色，這不利于現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)新概念的倡導(dǎo)和培養(yǎng)高素質(zhì)的農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)應(yīng)用型人才的需求。考慮到課時(shí)的限制和農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)自身的特點(diǎn)，同時(shí)又要和現(xiàn)代科技接軌，我們分別從力學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)方面選取實(shí)驗(yàn)，完善了農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目即能夠體現(xiàn)物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本思想和研究方法，又與農(nóng)學(xué)和生物學(xué)密切相關(guān)。比如在農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要意義的液體表面張力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，選用硅壓阻力敏傳感器進(jìn)行測(cè)力[1]。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的思想，接觸到硅壓阻力敏傳感器這一較先進(jìn)和現(xiàn)代的儀器，更重要的是該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)力學(xué)、電學(xué)和農(nóng)學(xué)、生物學(xué)進(jìn)行了很好的融合，能夠使農(nóng)林生物類專業(yè)的學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到物理在其本專業(yè)的重要作用，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.2 強(qiáng)化現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)概念

由于農(nóng)學(xué)生物類專業(yè)學(xué)生先入為主的物理“無用論”，再加上物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)不出現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成分以及傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式使得學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，針對(duì)這一現(xiàn)狀，我們從改變學(xué)生思想入手，在物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式和講授內(nèi)容上引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)物理的原理、工程技術(shù)、研究方法等在農(nóng)業(yè)和生物領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行初步了解，強(qiáng)化以電、磁、聲、光、熱等物理學(xué)原理為基礎(chǔ)的現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)概念。這樣可以從本質(zhì)上調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，讓學(xué)生在思想上有較大轉(zhuǎn)變，認(rèn)識(shí)到物理對(duì)他們是不可或缺的，自然也就調(diào)動(dòng)起學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，主動(dòng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理。例如電子束實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以從電子束輻照技術(shù)在食品殺菌、保鮮和電子束輻照防治農(nóng)業(yè)害蟲等物理工程技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和研究前沿展開。模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)可以融入電場(chǎng)處理種子、分選種子、空間電場(chǎng)防病促生技術(shù)、電場(chǎng)果蔬保鮮的應(yīng)用及其產(chǎn)生的電場(chǎng)生物學(xué)效應(yīng)等現(xiàn)代科技前沿[2]。這些在學(xué)生看來與農(nóng)業(yè)、生物毫無關(guān)聯(lián)的物理實(shí)驗(yàn)，通過教師適度的引導(dǎo)，不僅能夠讓學(xué)生懂得學(xué)習(xí)這門課程的重要性和必要性，而且拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，開闊了學(xué)生的視野。

3.3 利用演示實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)緩解教學(xué)資源不足

隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的高速發(fā)展，物理仿真實(shí)驗(yàn)作為一種重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助手段，在很多高校已經(jīng)應(yīng)用到教學(xué)中并逐漸走向成熟，取得了良好的教學(xué)效果[3～4]。但就普通院校尤其是農(nóng)林院校尚處于起步探索階段甚至空白狀態(tài)。我們基于以學(xué)生為本和農(nóng)科院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了物理仿真實(shí)驗(yàn)的初步探索。

農(nóng)科物理實(shí)驗(yàn)與理工科一樣也應(yīng)該與社會(huì)發(fā)展接軌，讓學(xué)生感受到現(xiàn)代科技進(jìn)步以及走向社會(huì)后能夠?qū)W以致用。以我校物理實(shí)驗(yàn)室開設(shè)的“示波器的原理和使用”為例，由于教育資源的制約，實(shí)驗(yàn)室使用的是單蹤示波器和函數(shù)發(fā)生器，而絕大多數(shù)科研單位、大中型相關(guān)企業(yè)所用均為雙蹤示波器，教學(xué)內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上市場(chǎng)更新和社會(huì)需求。學(xué)生一旦在以后的學(xué)習(xí)和工作中遇到使用比較廣泛的雙蹤示波器，可能會(huì)產(chǎn)生挫敗感。我們通過仿真實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解雙蹤示波器的結(jié)構(gòu)和各按鍵及旋鈕的作用，并進(jìn)一步探索使用和測(cè)量方法，很好的提升了學(xué)生層次。同時(shí)，由于仿真軟件可操作性及重復(fù)性好，并配有語音解說及動(dòng)態(tài)原理圖，詳細(xì)的解釋了物理實(shí)驗(yàn)的原理和操作步驟，并且實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間不受客觀條件限制，可以盡量讓學(xué)生自己去摸索和探究，以強(qiáng)化其獨(dú)立思考和解決問題的能力，增強(qiáng)其求知欲。

在普通農(nóng)科院校教學(xué)資源相對(duì)匱乏、物理學(xué)課程定位邊緣化及課時(shí)進(jìn)一步縮減的背景下，農(nóng)科院校開設(shè)比較前沿的現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的，同時(shí)傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)不能反映現(xiàn)代信息處理、農(nóng)業(yè)遙感、激光等高科技技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用。為完善學(xué)生的物理學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，有必要讓學(xué)生接觸一些比較前沿的現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)。因此，在普通農(nóng)科院校中利用演示和仿真實(shí)驗(yàn)作為有益補(bǔ)充更顯其重要性和緊迫性。我們從物理實(shí)驗(yàn)的客觀規(guī)律出發(fā)，兼顧農(nóng)林生物類專業(yè)的特點(diǎn)，選取一系列的近現(xiàn)代演示和仿真實(shí)驗(yàn)作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充。比較典型的有核磁共振、超聲波探測(cè)實(shí)驗(yàn)、光的偏振、音頻信號(hào)的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)等物理演示實(shí)驗(yàn);全息照相、微波布拉格衍射實(shí)驗(yàn)、聲光效應(yīng)、氫原子光譜、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)等物理仿真實(shí)驗(yàn)，共計(jì)20個(gè)實(shí)驗(yàn)供學(xué)生選擇。這在很大程度上緩解了教學(xué)儀器的緊張，擴(kuò)展了學(xué)生的視野，收到較好的效果，得到學(xué)生的普遍認(rèn)同。

4 結(jié)語

在農(nóng)科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，注意物理與農(nóng)業(yè)和生物領(lǐng)域的銜接和融合，在思想根源上轉(zhuǎn)變學(xué)生的物理“無用論”觀點(diǎn)，更利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效果。利用演示和仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有力的突破了儀器陳舊和匱乏的瓶頸，為課堂注入了新的活力，有利于增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和知識(shí)面。但是在實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，也存在一些必須注意的地方。首先，定位要準(zhǔn)確，物理實(shí)驗(yàn)有其自身的特點(diǎn)、規(guī)律和優(yōu)勢(shì)，對(duì)物理在農(nóng)業(yè)和生物領(lǐng)域的應(yīng)用的講解絕不可在授課過程中舍本逐末，喧賓奪主。其次，演示實(shí)驗(yàn)和仿真軟件有其自身的局限性，比如實(shí)驗(yàn)環(huán)境過于理想化就是仿真軟件無法克服的缺陷[5]。所以真實(shí)實(shí)驗(yàn)是仿真實(shí)驗(yàn)無法替代的，在教學(xué)過程中，真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主、演示和仿真實(shí)驗(yàn)為輔的地位是不可改變的。

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