大學(xué)物理實(shí)驗項目?jì)?yōu)化及內容拓展論文
摘要：針對目前應用型人才的培養目標，基于現有大學(xué)物理實(shí)驗課程的教學(xué)條件和師資水平，對大學(xué)物理實(shí)驗項目、內容進(jìn)行優(yōu)化和拓展。構建了基礎性必做實(shí)驗、綜合性選做實(shí)驗和創(chuàng )新性拓展實(shí)驗三個(gè)層次的項目?jì)热莸慕虒W(xué)模式，并積極引導學(xué)生參加各類(lèi)創(chuàng )新實(shí)驗競賽。實(shí)踐結果表明，新的教學(xué)模式能有效地提高學(xué)生的自主學(xué)習和創(chuàng )新能力。
關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗;項目?jì)?yōu)化；內容拓展
近年國內外經(jīng)濟發(fā)展形勢對人才類(lèi)型的需求產(chǎn)生了深遠的影響，就目前分析，高素質(zhì)應用型人才的培養是工科院校的首要目標。大學(xué)物理實(shí)驗主要是針對高等學(xué)校工科學(xué)生開(kāi)設的一門(mén)必修基礎課程，該課程對提高學(xué)生初步的研究能力和實(shí)踐學(xué)習能力是至關(guān)重要的。因此，大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)內容和方式與高素質(zhì)應用型人才的培養息息相關(guān)。我國一般高等院校的多數物理實(shí)驗項目、內容仍采用老舊的模式，主要偏重對經(jīng)典驗證實(shí)驗，而對有助于提高應用能力、創(chuàng )新能力，解決實(shí)際問(wèn)題的能力的拓展實(shí)驗缺少開(kāi)發(fā)，這與當代科學(xué)發(fā)展的綜合性和交叉性趨勢是相違背的，也不利于當代所需應用型人才的培養。進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗項目?jì)?yōu)化和內容拓展勢在必行[1-3]。針對大學(xué)物理實(shí)驗項目、內容的改革也引起了國內學(xué)者的關(guān)注[4,5]，依據遼寧工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)我校）的實(shí)驗室設備投入情況和師資條件，抓住我校實(shí)施提高大學(xué)物理實(shí)驗教師教學(xué)能力和實(shí)驗設備維修能力，開(kāi)發(fā)設計性、綜合性實(shí)驗項目能力，指導創(chuàng )新、創(chuàng )業(yè)項目的能力活動(dòng)之契機，對大學(xué)物理實(shí)驗項目進(jìn)行了優(yōu)化，對內容進(jìn)行了拓展。通過(guò)具體實(shí)施、實(shí)踐，結果表明，新的項目?jì)?yōu)化與內容拓展的教學(xué)模式有效地提高了工科學(xué)生應用能力、創(chuàng )新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
一、大學(xué)物理實(shí)驗項目?jì)?yōu)化
針對我校工科學(xué)生的專(zhuān)業(yè)特征和應用型人才培養的需要，在現有實(shí)驗室面積和實(shí)驗設備數量及實(shí)驗室教師的師資水平基礎上，對本學(xué)期開(kāi)設的實(shí)驗項目：用復擺測重力加速度、穩態(tài)法測量不良導體的`導熱系數、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(chǎng)、計算機仿真-熱敏電阻的特性研究、熱電偶的定標、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(cháng)度、用衍射光柵測光波波長(cháng)、霍爾效應測磁場(chǎng)這14個(gè)實(shí)驗項目進(jìn)行優(yōu)化。為了兼顧工科各專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)和培養目標，通過(guò)現有的大學(xué)物理實(shí)驗網(wǎng)上選課系統，將學(xué)生所上實(shí)驗項目分為必做項目和選做項目?jì)纱箢?lèi)。必做實(shí)驗項目為具有代表性的經(jīng)典實(shí)驗，必做實(shí)驗可以使各專(zhuān)業(yè)學(xué)生對基本的實(shí)驗知識、實(shí)驗方法和實(shí)驗技能得到系統地學(xué)習和掌握；而選做實(shí)驗可以使學(xué)生按照自身的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)自行分類(lèi)，發(fā)揮自己的專(zhuān)業(yè)特長(cháng)�？紤]到知識的全面性，力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)實(shí)驗都不能缺少，故用復擺測重力加速度和穩態(tài)法測量不良導體的導熱系數保留作為必做實(shí)驗項目。同為電學(xué)實(shí)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(shí)驗項目。電子束綜合試驗儀的實(shí)驗有助于學(xué)生進(jìn)一步理解電子示波器的原理，同時(shí)電子示波器又是多數工科學(xué)生必用的儀器，因此，兩個(gè)實(shí)驗都作為必做實(shí)驗項目。用模擬法測繪靜電場(chǎng)和計算機仿真-熱敏電阻的特性研究這兩個(gè)實(shí)驗同為模擬實(shí)驗，計算機仿真實(shí)驗是目前模擬實(shí)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(shí)驗�；魻栃獪y磁場(chǎng)作為電氣、電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的選做實(shí)驗項目會(huì )更為合適。光學(xué)實(shí)驗選干涉和衍射的典型實(shí)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(cháng)作為必做實(shí)驗，可以達到對光學(xué)實(shí)驗的基本方法和基本操作的掌握。經(jīng)過(guò)上述分析，優(yōu)化后的大學(xué)物理實(shí)驗項目如表1所示。在原有的大學(xué)物理實(shí)驗項目的基礎上進(jìn)行篩選，將實(shí)驗項目調整為必做實(shí)驗和選做實(shí)驗兩大類(lèi)，各工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生通過(guò)必做實(shí)驗可以獲得有關(guān)物理實(shí)驗的基本知識、基本方法和基本技能。通過(guò)選做實(shí)驗，學(xué)生按照專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、興趣愛(ài)好自主分類(lèi)，充分調動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習興趣。同時(shí)要求學(xué)生做選做實(shí)驗時(shí)，能自己預習、自己選擇實(shí)驗器材、自己設計實(shí)驗過(guò)程和自己分析實(shí)驗結果，教師給予最后的指導和評判，實(shí)現開(kāi)放式的實(shí)驗教學(xué)過(guò)程，這樣可以大大促進(jìn)學(xué)生的獨立思考和創(chuàng )新能力的培養。
二、大學(xué)物理實(shí)驗內容拓展
通過(guò)必做和選做項目的分類(lèi)固然可以使學(xué)生在專(zhuān)業(yè)上獲得各有所長(cháng)的發(fā)展，但是學(xué)生物理實(shí)驗能力和水平也是參差不齊的，一些學(xué)生對物理實(shí)驗的渴求遠不是這些經(jīng)典物理實(shí)驗能夠滿(mǎn)足的。因此，還需要通過(guò)內容拓展來(lái)開(kāi)發(fā)出一些創(chuàng )新性拓展實(shí)驗，使得有這方面愛(ài)好和專(zhuān)長(cháng)的學(xué)生有用武之地。創(chuàng )新性拓展實(shí)驗源于基本的大學(xué)物理實(shí)驗項目，但也不拘于原有的基礎實(shí)驗。飛速發(fā)展的電子技術(shù)使得一些基礎物理實(shí)驗項目的方法顯得落后，而基礎物理實(shí)驗項目中的物理思想又是永遠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(shí)驗項目，如用邁克爾遜干涉儀測量鈉黃光的光波長(cháng)和相干長(cháng)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(cháng)度實(shí)驗，可拓展出金屬細微絲的直徑的測量。在衍射法測量微小長(cháng)度項目?jì)�，又可增加利用劈尖干涉測量金屬絲直徑的內容。針對霍爾效應測磁場(chǎng)實(shí)驗可以拓展出非接觸方式測量導線(xiàn)電流強度的實(shí)驗，利用霍爾原理設計實(shí)驗測量裝置，通過(guò)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(dòng)進(jìn)行數據計算與處理，最后通過(guò)LED屏輸出計算載流導線(xiàn)的磁感應強度。針對用復擺測量重力加速度實(shí)驗進(jìn)行內容拓展，可以要求利用光電管制作一個(gè)計時(shí)器測量周期，利用單片機處理、分析數據，計算出加速度值和不確定度，再利用LED將結果顯示出來(lái)。實(shí)驗內容拓展所需的軟件和硬件部分分配給不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生完成，又可以培養學(xué)生們團結協(xié)作的精神。這些創(chuàng )新性拓展實(shí)驗項目被安排在必做和選做實(shí)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(shí)驗具有強烈愛(ài)好又擁有專(zhuān)業(yè)特長(cháng)的學(xué)生參與，并有專(zhuān)門(mén)教師指導，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(lèi)創(chuàng )新競賽，可以用于發(fā)表文章，還可以作為畢業(yè)設計內容。
三、結論
近三年，利用創(chuàng )新性拓展實(shí)驗項目和實(shí)驗內容，組織教師和學(xué)生，設計并制作了《智能溫度計》、《可視化手動(dòng)發(fā)電機》、《一鍵式智能密度測量?jì)x》、《智能家庭空氣環(huán)境測控儀》、《一鍵式金屬膨脹系數智能精密測量?jì)x》、《音頻與聲波儀的制作》、《智能便捷加速度測量?jì)x》、《非接觸式智能電流強度測量?jì)x》、《磁感應強度矢量自動(dòng)測量?jì)x》等設計作品，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(shí)驗競賽”，獲得一等獎、二等獎和三等獎多項，并將設計制作的實(shí)驗儀器應用在大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)中，對原有的實(shí)驗方法、實(shí)驗儀器等進(jìn)行有效補充。這些作品的設計制作者和實(shí)驗學(xué)生可能來(lái)自同一個(gè)專(zhuān)業(yè)、同一個(gè)學(xué)院，他們彼此熟悉，這樣就進(jìn)一步增強了學(xué)生參與實(shí)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。
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