大學物理實驗教學中學生專業思維訓練的探索＊

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思維訓練的探索＊

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,能使學生的專業特點、興趣愛好得到張揚.有利于學生對專業的理解和對大學物理實驗課程的認識,強化專業思維意識,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于實驗的入門課程,是接受系統的實驗方法和實驗技能訓練的開端,在對大學生整個素質培養的過程中起著不可替代的基礎性的先導作用.但是,由于該課程在低年級開設,因學生對本專業缺乏深入了解,一般學生對該課程在專業中的地位認識不清,學習積極性不高,學習效果不理想,不利于專業人才的培養.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的基礎上,根據學生專業的不同,引導學生從專業學習的角度來思考和分析物理實驗問題,促進對專業的理解和對大學物理實驗課程的認識,強化專業思維意識,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,加強學生專業思維的訓練.隨著教學改革的開展,我們從以下幾個方面進行了探索.

2 構建模塊教學體系,適應專業思維訓練

2.1 實驗項目設置與專業思維訓練接軌

我們從2007年開始探索大學物理實驗專業大類模塊的設置,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,每屆開設大學物理實驗的學生有4500余人,共約37個理、工科專業.我們根據專業特點,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相關的物理實驗,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(綜合應用、設計性實驗)10個(6學時/個)、演示專項實驗3個(3學時/個).根據專業大類的劃分來配置實驗項目,形成模塊,以適應學生專業的發展需要.每個專業大類的學生,規定必做8～10個相應的實驗項目,剩余則由學生選做.做到在保證基礎知識、基本方法和基本技能訓練的基礎上,按專業大類設置專業思維訓練模塊,突出專業思維能力的培養.比如:給土木專業類學生開設金屬絲楊氏模量實驗、棒狀楊氏模量實驗等與本專業關系密切的實驗;電子信息專業的學生開設一些傳感器的實驗、光速的測定、數字信號光纖傳輸技術等實驗;材料類學生多開設物性測量方面的內容,如線膨脹系數、導熱系數、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的學生來做實驗等.

2.2 更新拓展實驗內容,促進專業思維訓練

一方面,通過引入實驗新理論、新技術、新方法,采用現代測驗手段升級傳統實驗,如在楊氏模量、分光計、牛頓環實驗中,在原有觀察系統功能上,增加CCD攝像顯示系統或激光瞄準系統,增強可視性;在力、熱實驗中增加低溫、真空、材料熱導等實驗;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、采集和處理數據的內容,同時開展計算機仿真實驗,模擬實驗中難以實現的效果等.開闊學生視野,讓學生了解應用物理實驗新技術與現代手段.

另一方面,結合工科不同的專業特點,在保留原實驗項目基礎上盡可能引申它在工程技術中的應用.例如:電橋實驗強調在工業檢測中對高、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用,特別是探傷橋梁、道路方面的使用.從而使學生領悟到物理學原理在工程技術中的應用價值,提高學生對物理實驗的學習興趣.

2.3 開發能結合學生專業思維訓練的典型項目

設計開發能訓練學生專業思維的綜合應用性、設計性實驗項目.如金屬線的楊氏模量系數的測定實驗中,傳統情況我們只采用“靜態拉伸法”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,我們現在采用“靜態拉伸法”和“動態懸掛法、支撐法”共同測量金屬線的楊氏模量系數,使得這一個實驗項目就綜合了力學、光學、電學、熱學的相關理論知識以及實驗基本能力.又如,超導磁懸浮力測量實驗中,有關于高溫超導的近代物理內容、有關于抗磁體磁懸浮的磁學內容、有關于壓力傳感器的力學和電學的內容,還有關于使用液氮降溫等方面的熱學實驗內容,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用情況.我們針對不同專業、不同基礎的學生設置了一些設計性物理實驗項目,供學生憑自己興趣選做.如熱敏電阻溫度計的設計、簡易萬用表的設計、鍍膜玻璃導熱率與透光率的測定、雙絞線斷點位置的確定等,引導學生充分利用圖書館、網絡資源,自行設計實驗實施方案,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,是對學生專業思維訓練的有效補充

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、拓創性于一體,不僅能幫助學生理解物理概念、掌握物理規律、激發學生探索科學奧妙的熱情、培養學生創新意識,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,與專業學習密切相關.

3 實現計算機管理的開放式教學,保障專業思維訓練

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——學生根據自己的時間安排實驗時間;各層次實驗室開放——學生根據自己的意愿選擇實驗項目.在滿足學時的基礎上,讓學生自主實驗.我們是以基于校園網的“實驗教學管理系統”來組織實施開放式教學的.老師利用管理平臺很容易實現各專業的每個學生的必做和選做項目的設置,可及時公布、調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定個數的實驗,還可以通過網絡實現仿真實驗和瀏覽演示項目,體現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,激勵專業思維訓練

我們制定了《物理實驗評分細則》,詳細規定了物理實驗考核的內容、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,按制度執行.課程成績是各個實驗項目成績的總評,每個項目成績應包含以下幾個部分: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、對實驗中問題的發現與解決情況;實驗結果成績——不同層次的實驗結果要求不同: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合,提高型的設計性物理實驗以設計方案、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練、提高.

5 結束語

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,能使學生的專業特點、興趣愛好得到張揚.有利于學生從專業的角度來看待和分析課程,從課程的角度來把握專業的學習方向,培養學生的專業思維能力,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建是一個長期研究的課題,每個學校的學生基礎、專業特點、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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[3] 沈元華等.深化教學改革,創建“平臺物理實驗”[J].物理實驗,2005,28(8):22～25

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[6] 姚合寶等.物理實驗的層次教學與思維能力的培養[J].大學物理實驗,2001,14(2):69～70

[7] 張銳波.大學物理實驗項目的系統設計[J].大學物理實驗,2003,16(2):84～86

[8] 周晶.大學物理實驗模塊教學及模塊管理體制的改革[J].實驗室科學,2006,13(5):136～137

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計的研究.