朱培玉 郭小建
摘要:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是所有理工科院校必須開設(shè)的公共基礎(chǔ)課程,本文歸納總結(jié)了新建物理實(shí)驗(yàn)中心在規(guī)劃建設(shè)過程中的幾點(diǎn)體會。
關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn);建設(shè)規(guī)劃;定位特色
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-0568(2013)35-0124-03
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是高等理工科院校對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程,是本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端,教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會對高校開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課提出了系統(tǒng)具體的基本要求。[1]物理實(shí)驗(yàn)課覆蓋面廣,具有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法、手段,同時能提供綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。它在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實(shí)際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面,具有其它實(shí)踐類課程不可替代的作用。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室是對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練的必備場所,高校對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)都很重視。新建本科院校如何以教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會關(guān)于“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程基本要求”為目標(biāo),結(jié)合本校的辦學(xué)思想、人才培養(yǎng)目標(biāo),高質(zhì)量地進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè),快速完成從專科(高職)教育向本科教育的轉(zhuǎn)變,滿足本科專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求,是關(guān)系新建本科院校發(fā)展的關(guān)鍵問題。
一、背景介紹
金陵科技學(xué)院(以下簡稱“我院”)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室是2008年底才開始籌建的,由于專科階段對學(xué)生基礎(chǔ)課程的要求是以“必須、夠用為度”,所以當(dāng)時各個專科學(xué)校紛紛撤消大學(xué)物理教研室,大學(xué)物理的內(nèi)容也被合并到相應(yīng)專業(yè)課中進(jìn)行教學(xué)。升本之后,我院非常重視基礎(chǔ)課的教學(xué),及時成立了大學(xué)物理教研室,并投入了一定的人力物力,在新落成的實(shí)驗(yàn)大樓成立了物理實(shí)驗(yàn)中心,占地1100多平方米,設(shè)立了力、熱、光、電及近代綜合實(shí)驗(yàn)室,基本滿足了目前的教學(xué)需要,在大家的努力下,我院已經(jīng)圓滿開設(shè)了《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程。由于筆者有幸參加了物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃的整個過程,本文就軟硬件建設(shè)過程遇到的一些問題談?wù)勼w會和想法。
二、建設(shè)過程
1.定位建設(shè)方案
我院的物理實(shí)驗(yàn)中心是為工科非物理專業(yè)的學(xué)生服務(wù)的,因此在定位問題上應(yīng)符合我院學(xué)生的特點(diǎn),與學(xué)校的定位相一致。由于我院的定位是教學(xué)型應(yīng)用性本科院校,所以物理實(shí)驗(yàn)中心的定位就要突出“教學(xué)型應(yīng)用性”的特點(diǎn)。這樣的定位主要通過硬件建設(shè)和教學(xué)理念來體現(xiàn)。為此我們調(diào)研了多所建設(shè)經(jīng)驗(yàn)豐富的老牌院校,多次到南京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國藥科大學(xué)等高校的物理實(shí)驗(yàn)中心參觀學(xué)習(xí),了解他們的物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀,從而把握物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展的趨勢。吸取成功的經(jīng)驗(yàn),同時了解建設(shè)過程中應(yīng)該避免的一些問題。
在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)中心室的功能定位,初步擬訂好物理實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目。然后,學(xué)校組織邀請校外專家、教授來校論證、評估,廣泛聽取專家的意見并對建設(shè)方案進(jìn)行修改。如,在全院來講,物理實(shí)驗(yàn)中心扮演的還是基礎(chǔ)的角色,不可與各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室重復(fù)。另外,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)應(yīng)與學(xué)校的專業(yè)特色相結(jié)合。為此,我們與各專業(yè)教研室進(jìn)行了交流,讓他們提出希望開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。最后,在聽取了各方的意見后,考慮到我院專業(yè)偏重于力學(xué)和電學(xué),把建設(shè)重點(diǎn)放在了力學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)室,同是也考慮到作為一個實(shí)驗(yàn)中心的完整性和對學(xué)生素質(zhì)教育的要求,還適量建設(shè)了熱學(xué)實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及綜合性實(shí)驗(yàn)室。建成后的實(shí)驗(yàn)中心可開設(shè)24個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,能夠滿足日常的教學(xué)需要。修改后的建設(shè)方案在學(xué)院組織的第二輪專家論證會上順利得到通過。
此外,具體的建設(shè)過程分為三個階段、分層次進(jìn)行,這同樣是由學(xué)院的自身特點(diǎn)所決定的。因?yàn)椋以涸葲]有物理實(shí)驗(yàn)室,所有的設(shè)備都必須一次性購買,資金上有困難,而2009年之前,我院的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課只有32學(xué)時,所以第一階段的建設(shè)是為了滿足這32學(xué)時的教學(xué)需要。教育部課程指導(dǎo)委員會下發(fā)的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程基本要求》中規(guī)定,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課不得少于54學(xué)時,[1]為了滿足這個要求,學(xué)院組織我們到兄弟院校進(jìn)行了調(diào)研,最后將這門課從2010年開始增加到48學(xué)時。據(jù)此,第二階段的建設(shè)仍然是為了滿足基本教學(xué)的需要。第三階段的建設(shè),則是在繼續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)建設(shè)的同時,著重開發(fā)專題性實(shí)驗(yàn)、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn),進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容改革的研究,建成適合于我院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的、具有一定特色的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)體系。
2.凸顯特色
一個實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè),除了滿足其基本的功能之外,還應(yīng)有自身的特色。為了體現(xiàn)我院應(yīng)用型的特色,我們建設(shè)了一個演示實(shí)驗(yàn)室。演示實(shí)驗(yàn)是最直觀的教學(xué)手段,它對于傳授物理基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和思維能力,都有不可忽視的作用。在實(shí)驗(yàn)儀器、演示項(xiàng)目的設(shè)置問題上,既要考慮到體現(xiàn)學(xué)校的辦學(xué)水平,又要和學(xué)校的專業(yè)特色相結(jié)合,根據(jù)我院學(xué)生特色,規(guī)劃購置以力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)為主要組成的演示實(shí)驗(yàn)儀器,同時加強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)儀器的自制,以解決資金不足和培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力的問題。我院物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺可開設(shè)有茹科夫斯基轉(zhuǎn)椅、縱橫波演示儀、錐體上滾演示儀、三維磁場演示、手觸式蓄電池演示儀、熱力學(xué)第二定律演示儀、溫差電偶演示儀、記憶合金、魔球(等離子體放電的混沌現(xiàn)象)、偏振光演示儀等共64個項(xiàng)目,這些內(nèi)容有些是與大學(xué)物理課堂相關(guān)的,有些在大學(xué)物理課堂并不能涉及,這樣,還可以通過演示實(shí)驗(yàn)的開放拓寬學(xué)生的知識面。另外,物理演示實(shí)驗(yàn)室還是為大學(xué)物理課堂教學(xué)服務(wù)的,在物理教學(xué)的課堂上,把涉及到的物理知識通過實(shí)驗(yàn)演示給學(xué)生看,對提高學(xué)習(xí)興趣,加深對所講授內(nèi)容的理解、啟迪學(xué)生思維、活躍課堂氣氛起到十分重要的作用。最后,演示實(shí)驗(yàn)室還可以彌補(bǔ)學(xué)時的不足,我院的48學(xué)時和教育部要求的54學(xué)時還有一小段差距,通過開放演示實(shí)驗(yàn)室來彌補(bǔ)這段不足,同時完成開放實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。[2]
3.編寫適合我院學(xué)生的教材
教學(xué)過程離不開教材,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這門獨(dú)立開設(shè)的課程有其特殊性,因?yàn)槊克鶎W(xué)校的實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的項(xiàng)目都要反映本校的特色,所以開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都不盡相同,這就不可能有統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教材可以直接拿來用,必須要求教師自己編寫符合本校特色的教材。首先,要求實(shí)驗(yàn)教材能覆蓋本中心承擔(dān)的所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,其次要充分體現(xiàn)自身特色。此外,除了紙質(zhì)的教材,還應(yīng)制作相配套的多媒體課件。
教材的編寫同樣要考慮到學(xué)生的特殊情況。我院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)對象中幾乎一半是公辦學(xué)生,另一半是民辦學(xué)生,這些學(xué)生不在同一層次上。從專業(yè)特點(diǎn)上看,有幾乎一半是偏向于電學(xué)實(shí)驗(yàn)的,有一部分則是偏向于力學(xué)實(shí)驗(yàn)的,還有一小部分對光學(xué)實(shí)驗(yàn)比較重視。教學(xué)是為學(xué)生服務(wù)的,面對不同層次、不同要求的學(xué)生,當(dāng)然要區(qū)別對待,當(dāng)然要進(jìn)行分層次教學(xué),以滿足所有學(xué)生的需要。因此,教材的編寫也必須分層次進(jìn)行。[3]
我院把整個基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)分為三個層次。第一層次是物理實(shí)驗(yàn)基本知識,主要為基本量的測量、基本物理現(xiàn)象與規(guī)律的觀察和分析、基本儀器的使用、基本測量方法和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,以及不確定度的計(jì)算與分析,等等,包括實(shí)驗(yàn)理論知識,長度的測量,等等。本層次級實(shí)驗(yàn)臺階較低,有利于學(xué)生較快適應(yīng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的要求,這部分內(nèi)容是所有學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。第二層次為模塊化基本實(shí)驗(yàn),是物理實(shí)驗(yàn)知識、能力、素質(zhì)的基本訓(xùn)練階段,這部分采用單元模塊的形式,分為力學(xué)單元、電學(xué)單元、光學(xué)單元和熱學(xué)單元,這樣便于針對不同專業(yè)的學(xué)生組織教學(xué)。第三層次是提高型實(shí)驗(yàn),包括綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn),此階段為提高性階段,主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器,來解決實(shí)際問題的能力,通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新素質(zhì),為提高科研能力奠定基礎(chǔ)。我院已經(jīng)在南京大學(xué)出版社出版了《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》。
多媒體教學(xué)改變了傳統(tǒng)教學(xué)中粉筆加黑板的單一、呆板的表現(xiàn)形式,可以通過動畫模擬,把靜止的東西變成活動的東西,把抽象的知識形象化,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動其主動學(xué)習(xí)的積極性。為此,我們制作了與文字教材相輔相成的多媒體課件,生動的動畫和仿真,把書本上的原理表達(dá)得栩栩如生,便于學(xué)生理解和接受,從而能夠順利地完成整個實(shí)驗(yàn)。
4.建立適合我院的管理體制
實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)科研的重要場所,安全工作是實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)管理工作之一,做好實(shí)驗(yàn)室的管理工作意義非凡。加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)員、實(shí)驗(yàn)教師及學(xué)生的安全管理意識,必須建立健全操作規(guī)程和防盜、防火、防事故管理等規(guī)章制度,制定出具體要求和措施,并張掛在明顯的地方,嚴(yán)格貫徹執(zhí)行。[4]
先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)校后,要充分發(fā)揮儀器設(shè)備的效益,提高教學(xué)資源的利用率,其中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部管理是重要保障。物理教研室既承擔(dān)大學(xué)物理的教學(xué)任務(wù),又要完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué),且人員較少,只有一名專職的實(shí)驗(yàn)室管理維修人員,怎樣管理好實(shí)驗(yàn)中心就顯得尤為重要。在這特定的條件下,筆者認(rèn)為,每個上課的教師就要多負(fù)幾分責(zé)任。首先,對學(xué)生要加強(qiáng)管理,在每個實(shí)驗(yàn)室張貼嚴(yán)格制定好的規(guī)章制度,每次實(shí)驗(yàn)學(xué)生必須按座位簽到,盡量降低由于錯誤操作所導(dǎo)致的儀器損壞。如果情況發(fā)生了,應(yīng)及時登記并進(jìn)行賠償。其次,對一些易損耗的配件要提前備貨,以避免因?yàn)閮x器的損壞影響正常的教學(xué)。
實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是一項(xiàng)長久而復(fù)雜的工作,需要與時俱進(jìn)。以上僅僅是筆者在建設(shè)過程中不成熟的體會和想法,在今后的教學(xué)過程中將不斷尋找新問題,并及時解決。
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