大學(xué)物理實驗的項目優(yōu)化與內(nèi)容拓展

袁 泉, 李久會, 李 義, 敬曉丹, 張云竹，王文新，邱忠媛

(遼寧工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

大學(xué)物理實驗的項目優(yōu)化與內(nèi)容拓展

袁 泉, 李久會, 李 義, 敬曉丹, 張云竹，王文新，邱忠媛

(遼寧工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

針對目前應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，基于現(xiàn)有大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)條件和師資水平，對大學(xué)物理實驗項目、內(nèi)容進行優(yōu)化和拓展。構(gòu)建了基礎(chǔ)性必做實驗、綜合性選做實驗和創(chuàng)新性拓展實驗三個層次的項目內(nèi)容的教學(xué)模式，并積極引導(dǎo)學(xué)生參加各類創(chuàng)新實驗競賽。實踐結(jié)果表明，新的教學(xué)模式能有效地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

大學(xué)物理實驗; 項目優(yōu)化；內(nèi)容拓展

近年國內(nèi)外經(jīng)濟發(fā)展形勢對人才類型的需求產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，就目前分析，高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是工科院校的首要目標(biāo)。大學(xué)物理實驗主要是針對高等學(xué)校工科學(xué)生開設(shè)的一門必修基礎(chǔ)課程，該課程對提高學(xué)生初步的研究能力和實踐學(xué)習(xí)能力是至關(guān)重要的。因此，大學(xué)物理實驗的教學(xué)內(nèi)容和方式與高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)息息相關(guān)。我國一般高等院校的多數(shù)物理實驗項目、內(nèi)容仍采用老舊的模式，主要偏重對經(jīng)典驗證實驗，而對有助于提高應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力，解決實際問題的能力的拓展實驗缺少開發(fā)，這與當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的綜合性和交叉性趨勢是相違背的，也不利于當(dāng)代所需應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。進行大學(xué)物理實驗項目優(yōu)化和內(nèi)容拓展勢在必行[1-3]。針對大學(xué)物理實驗項目、內(nèi)容的改革也引起了國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注[4,5]，依據(jù)遼寧工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）的實驗室設(shè)備投入情況和師資條件，抓住我校實施提高大學(xué)物理實驗教師教學(xué)能力和實驗設(shè)備維修能力，開發(fā)設(shè)計性、綜合性實驗項目能力，指導(dǎo)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)項目的能力活動之契機，對大學(xué)物理實驗項目進行了優(yōu)化，對內(nèi)容進行了拓展。通過具體實施、實踐，結(jié)果表明，新的項目優(yōu)化與內(nèi)容拓展的教學(xué)模式有效地提高了工科學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力。

一、大學(xué)物理實驗項目優(yōu)化

針對我校工科學(xué)生的專業(yè)特征和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，在現(xiàn)有實驗室面積和實驗設(shè)備數(shù)量及實驗室教師的師資水平基礎(chǔ)上，對本學(xué)期開設(shè)的實驗項目：用復(fù)擺測重力加速度、穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)、用雙臂電橋測低電阻、用惠斯登電橋測電阻、用模擬法測繪靜電場、計算機仿真-熱敏電阻的特性研究、熱電偶的定標(biāo)、電子束綜合試驗儀的使用、電子示波器的使用、光的干涉-平凸透鏡曲率半徑的測定、邁克爾遜干涉儀、衍射法測量微小長度、用衍射光柵測光波波長、霍爾效應(yīng)測磁場這14個實驗項目進行優(yōu)化。為了兼顧工科各專業(yè)的學(xué)科特點和培養(yǎng)目標(biāo)，通過現(xiàn)有的大學(xué)物理實驗網(wǎng)上選課系統(tǒng)，將學(xué)生所上實驗項目分為必做項目和選做項目兩大類。必做實驗項目為具有代表性的經(jīng)典實驗，必做實驗可以使各專業(yè)學(xué)生對基本的實驗知識、實驗方法和實驗技能得到系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握；而選做實驗可以使學(xué)生按照自身的專業(yè)特點自行分類，發(fā)揮自己的專業(yè)特長。

考慮到知識的全面性，力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)實驗都不能缺少，故用復(fù)擺測重力加速度和穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)保留作為必做實驗項目。同為電學(xué)實驗的用雙臂電橋測低電阻和用惠斯登電橋測電阻有較大的相同之處，故保留經(jīng)典的用惠斯登電橋測電阻作為必做實驗項目。電子束綜合試驗儀的實驗有助于學(xué)生進一步理解電子示波器的原理，同時電子示波器又是多數(shù)工科學(xué)生必用的儀器，因此，兩個實驗都作為必做實驗項目。用模擬法測繪靜電場和計算機仿真-熱敏電阻的特性研究這兩個實驗同為模擬實驗，計算機仿真實驗是目前模擬實驗的典型，故選計算機仿真-熱敏電阻的特性研究作為必做實驗。霍爾效應(yīng)測磁場作為電氣、電子類專業(yè)學(xué)生的選做實驗項目會更為合適。光學(xué)實驗選干涉和衍射的典型實驗——光的干涉-平凸透鏡曲率半徑的測定和用衍射光柵測光波波長作為必做實驗，可以達到對光學(xué)實驗的基本方法和基本操作的掌握。

經(jīng)過上述分析，優(yōu)化后的大學(xué)物理實驗項目如表1所示。

表1 優(yōu)化后的大學(xué)物理實驗項目

在原有的大學(xué)物理實驗項目的基礎(chǔ)上進行篩選，將實驗項目調(diào)整為必做實驗和選做實驗兩大類，各工科專業(yè)學(xué)生通過必做實驗可以獲得有關(guān)物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能。通過選做實驗，學(xué)生按照專業(yè)特點、興趣愛好自主分類，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時要求學(xué)生做選做實驗時，能自己預(yù)習(xí)、自己選擇實驗器材、自己設(shè)計實驗過程和自己分析實驗結(jié)果，教師給予最后的指導(dǎo)和評判，實現(xiàn)開放式的實驗教學(xué)過程，這樣可以大大促進學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、大學(xué)物理實驗內(nèi)容拓展

通過必做和選做項目的分類固然可以使學(xué)生在專業(yè)上獲得各有所長的發(fā)展，但是學(xué)生物理實驗?zāi)芰退揭彩菂⒉畈积R的，一些學(xué)生對物理實驗的渴求遠(yuǎn)不是這些經(jīng)典物理實驗?zāi)軌驖M足的。因此，還需要通過內(nèi)容拓展來開發(fā)出一些創(chuàng)新性拓展實驗，使得有這方面愛好和專長的學(xué)生有用武之地。

創(chuàng)新性拓展實驗源于基本的大學(xué)物理實驗項目，但也不拘于原有的基礎(chǔ)實驗。飛速發(fā)展的電子技術(shù)使得一些基礎(chǔ)物理實驗項目的方法顯得落后，而基礎(chǔ)物理實驗項目中的物理思想又是永遠(yuǎn)值得保留的智慧精髓。針對邁克爾遜干涉儀，可以拓展出一系列的創(chuàng)新性實驗項目，如用邁克爾遜干涉儀測量鈉黃光的光波長和相干長度，用邁克爾遜干涉儀測量薄玻璃片的厚度等。針對衍射法測量微小長度實驗，可拓展出金屬細(xì)微絲的直徑的測量。在衍射法測量微小長度項目內(nèi)，又可增加利用劈尖干涉測量金屬絲直徑的內(nèi)容。針對霍爾效應(yīng)測磁場實驗可以拓展出非接觸方式測量導(dǎo)線電流強度的實驗，利用霍爾原理設(shè)計實驗測量裝置，通過測量霍爾元件兩端的電勢差和工作電流等物理量，利用單片機編程自動進行數(shù)據(jù)計算與處理，最后通過LED屏輸出計算載流導(dǎo)線的磁感應(yīng)強度。針對用復(fù)擺測量重力加速度實驗進行內(nèi)容拓展，可以要求利用光電管制作一個計時器測量周期，利用單片機處理、分析數(shù)據(jù)，計算出加速度值和不確定度，再利用LED將結(jié)果顯示出來。實驗內(nèi)容拓展所需的軟件和硬件部分分配給不同專業(yè)學(xué)生完成，又可以培養(yǎng)學(xué)生們團結(jié)協(xié)作的精神。

這些創(chuàng)新性拓展實驗項目被安排在必做和選做實驗項目之后，而且不要求全體學(xué)生參與，也不作為必修課程，只鼓勵對物理實驗具有強烈愛好又擁有專業(yè)特長的學(xué)生參與，并有專門教師指導(dǎo)，學(xué)生以研究性的論文和作品形式展示成果。這些成果可以參加各類創(chuàng)新競賽，可以用于發(fā)表文章，還可以作為畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容。

三、結(jié) 論

近三年，利用創(chuàng)新性拓展實驗項目和實驗內(nèi)容，組織教師和學(xué)生，設(shè)計并制作了《智能溫度計》、《可視化手動發(fā)電機》、《一鍵式智能密度測量儀》、《智能家庭空氣環(huán)境測控儀》、《一鍵式金屬膨脹系數(shù)智能精密測量儀》、《音頻與聲波儀的制作》、《智能便捷加速度測量儀》、《非接觸式智能電流強度測量儀》、《磁感應(yīng)強度矢量自動測量儀》等設(shè)計作品，參加了近三年的“遼寧省普通高等學(xué)校本科大學(xué)生物理實驗競賽”，獲得一等獎、二等獎和三等獎多項，并將設(shè)計制作的實驗儀器應(yīng)用在大學(xué)物理實驗的教學(xué)中，對原有的實驗方法、實驗儀器等進行有效補充。這些作品的設(shè)計制作者和實驗學(xué)生可能來自同一個專業(yè)、同一個學(xué)院，他們彼此熟悉，這樣就進一步增強了學(xué)生參與實驗創(chuàng)新的興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

[1]張美茹, 吳富根, 衛(wèi)小波. 優(yōu)化大學(xué)物理實驗課程設(shè)置的實踐[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備, 2010 (23): 100-101.

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G424

B

1674-327X (2017)05-0130-03

10.15916/j.issn1674-327x.2017.05.040

2017-01-19

遼寧省教育廳教改項目(UPRP20160289, UPRP20140725); 遼寧工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項目(2014081)

袁泉(1973-)，女，遼寧錦州人，副教授。

(責(zé)任編校：付春玲)