獨立學院大學物理實驗開發(fā)的研究①

王　帆　姚慶香　樊麗娜　沙金巧　王　軍

(1. 蘇州科技大學天平學院,江蘇　蘇州　215009;2. 蘇州科技大學數(shù)理學院,江蘇　蘇州　215009)

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獨立學院大學物理實驗開發(fā)的研究①

王帆1,2姚慶香2樊麗娜2沙金巧2王軍2

(1. 蘇州科技大學天平學院,江蘇蘇州215009;2. 蘇州科技大學數(shù)理學院,江蘇蘇州215009)

摘要：針對我院應用技術型人才培養(yǎng)目標和“大學物理實驗”課程開設現(xiàn)狀,筆者本著“加強基礎,工程導向,多方結合,提升素質”的理念,以應用為主題,結合教師教研和科研成果,面向不同專業(yè)背景學生,開發(fā)了一系列綜合性和設計性實驗，研究成果對于同類獨立學院“大學物理實驗”課程改革具有一定的借鑒作用.

關鍵詞：大學物理;綜合性、設計性實驗;獨立學院

“大學物理實驗”是工科大學生的一門重要的基礎課,它體現(xiàn)了科學實驗的共性,在實驗思想、方法以及手段等方面是各學科科學實驗的基礎.在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維和創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實際,特別是與科學技術發(fā)展相適應的綜合能力等方面起著重要的作用.根據(jù)人才培養(yǎng)目標、實驗教學改革、實驗室建設任務及國家教育部評估的要求,實驗教學項目中綜合、設計性項目應不斷增加.天平學院是蘇州科技大學的獨立學院,目標是培養(yǎng)適應地方發(fā)展的應用技術型人才,綜合性和設計性實驗在培養(yǎng)學生綜合實驗能力、動手能力和創(chuàng)新能力方面起到重要的作用,因此結合我院大學物理實驗課程開設現(xiàn)狀,筆者本著加強基礎、重視實踐的目標,面向不同專業(yè)對綜合性、設計性實驗進行開發(fā)和建設.

1綜合性、設計性實驗的特點

綜合性物理實驗涉及的物理理論基礎知識范圍較寬,儀器調節(jié)更加精細,有助于較全面地培養(yǎng)學生的學習能力、實驗動手能力和創(chuàng)新意識.設計性實驗是一種介于教學實驗與科學研究實驗之間的物理實驗,它具有對科學研究進行初步訓練的特點.設計性實驗的內容需要經過精心細致的挑選,即具有典型性、綜合性,又具有探索性的特點.同時在綜合性、設計性實驗項目和內容開發(fā)時,還要充分考慮學生的知識背景,如:上海機電學院的“大學物理實驗”課程中將全校工科專業(yè)分成機械、電子信息、電器三個大類,在綜合與應用型實驗模塊中,設計三個子模塊分別對應三個大類專業(yè),每個子模塊開設5-8項適應本專業(yè)的綜合性實驗,供不同專業(yè)學生選擇.通過該模塊的學習,使學生在本專業(yè)領域打下堅實的實驗基礎,服務于基礎實驗課及專業(yè)實驗課.

2我院大學物理實驗課程現(xiàn)狀

基于本校江蘇省物理實驗教學中心的建設基礎,我院的“大學物理實驗”課程體系包含驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗,但目前存在以下問題:一些驗證性實驗如惠斯通和雙臂電橋實驗,學生在連接電路和排查電路故障時可很好鍛煉動手能力,但由于儀器老化,實驗不能正常開設;有些綜合性實驗,如準穩(wěn)態(tài)法測導熱系數(shù)和比熱容實驗,儀器智能化程度高,對學生實踐能力鍛煉不足;實驗項目未能較好地考慮學生的專業(yè)特點和認知結構,針對不同專業(yè)可選擇的實驗項目較少.

3綜合性、設計性實驗項目的開發(fā)研究

根據(jù)我院應用技術型人才的培養(yǎng)目標,本著“加強基礎,工程導向,多方結合,提升素質”的理念,筆者調研了同類學院的物理實驗課程中實驗項目設置情況,結合我院不同專業(yè)特點,研究了我院各專業(yè)背景下物理技術方法的應用現(xiàn)狀.利用工程實踐、教研和科研成果開發(fā)綜合性、設計性實驗,修訂實驗項目內容,注重與工程實際的結合,在實驗方案的設計過程中充分考慮所學的知識點及應用背景,修訂或增加與不同專業(yè)相對應的、與工程實踐應用聯(lián)系緊密的一些綜合性、設計性實驗項目,延伸實驗教學的空間,盡早讓學生介入工程實踐應用,逐步培養(yǎng)學生由理論思維向工程思維過渡,提高學生學習興趣,增強動手能力和解決問題能力.

3.1以應用為主題，開發(fā)設計性實驗

以應用為主題,精心設計實驗內容,讓學生在設計實驗方案及完成實驗過程中提高自己分析解決問題的能力,使實踐創(chuàng)新能力得到一定的鍛煉.例如“固體密度的測定”實驗,測量規(guī)則和不規(guī)則固體的密度、密度大于水和小于水的固體密度;在“液體折射率的測量”實驗中,學生根據(jù)所學知識,設計用不同的方法測量液體的折射率,讓學生主動尋找方法來實現(xiàn)測量的目的;在設計性實驗“利用霍耳傳感器測量重力加速度”“利用霍耳傳感器測量半導體材料的電學參數(shù)”中,讓學生了解霍耳效應廣泛的應用,擴展視野,提高學生理論聯(lián)系實際和實踐的能力.

3.2保留經典實驗項目并升級,不同實驗項目面向不同的專業(yè)大類

“用惠斯通電橋測電阻”和“用雙臂電橋測電阻”是“大學物理實驗”課程中經典的電學實驗,要求掌握單、雙臂電橋測電阻的原理,學生在實驗操作中自己連接電路并完成實驗,可以較好地鍛煉動手能力.這兩個實驗集中在學會用電橋測量電阻,學生學習積極性很難提高,實際上電橋有更廣泛的應用,如用電橋對溫度、應力等非電學量的測量,課程中未涉及,而這些應用在電子類專業(yè)、土建類專業(yè)后續(xù)專業(yè)實驗課程涉及較多.將“用惠斯通電橋測電阻”和“用雙臂電橋測電阻”這兩個實驗改進升級后，變?yōu)殡姌驕y量和應用專題實驗,包含4個子實驗項目:惠斯通電橋和雙臂電橋測電阻;用電阻溫度傳感器制作溫度計;用應變片代替電橋一個臂,研究承重梁的應變與電橋輸出電壓的關系;設計電子秤,并研究如何提高電子秤的靈敏度.土建類專業(yè)和電子類專業(yè)可根據(jù)專業(yè)特點選擇不同子項目.土建類專業(yè)可了解應力的測量方法,通過實驗設計對承重梁靜態(tài)應力進行初步分析.對電子類專業(yè)可側重在如何對應變片進行溫度補償及提高電子秤的靈敏度.依據(jù)不同專業(yè)背景進行實驗項目選擇,提高學習興趣,對后續(xù)專業(yè)實驗課程起到很好的引領作用.

分光計是“大學物理實驗”要求掌握的一種光學測量儀器,開發(fā)“分光計上的綜合設計性實驗”,實驗要求掌握分光計的調節(jié)方法,觀察光柵的衍射光譜,了解光柵的分光本領,測量光柵的角色散率,并設計利用分光計完成一個或多個設計性實驗.通過本實驗學生可了解光譜的相關知識,為給排水、環(huán)境類專業(yè)后續(xù)課程中光學測量儀器的學習奠定基礎.實驗中,學生可根據(jù)分光計的特點,設計測量液體折射率、觀察光的偏振、測量菲涅耳棱鏡銳角等實驗,可充分發(fā)揮學生的主觀能動性,鍛煉學生的動手能力.

3.3與教研和科研成果相結合,保持課程的活力

與教師教研成果和科研成果相結合,推動實驗項目的開發(fā),實驗內容更貼近實踐應用,保證了課程的可持續(xù)性和活力.

與教師教研成果相結合，開發(fā)“利用復擺研究剛體的平動和平面平行運動”,用兩個相同的長圓柱形剛體,巧妙設計擺線的不同系線方法組成復擺,演示剛體的平動和平面平行運動,并通過光電門測量復擺的周期,可得到轉動慣量.

在改革實驗項目中，針對學生實踐動手能力訓練較少的實驗內容,增加更貼近實際應用部分的內容.在“用準穩(wěn)態(tài)法測不良導體的比熱容和導熱系數(shù)實驗”中,實驗原理推導從數(shù)理方程組入手,學生理解困難,通過教學研究，分析了準穩(wěn)態(tài)物理過程,學生更容易理解實驗的原理;該項目實驗儀器較集成化,對學生動手能力鍛煉不足,增加了熱電偶的定標和測量實驗,讓學生了解實際測溫元件應用時重要的定標步驟,滲透工程實踐應用內容.

與教師科研成果相結合,我們開發(fā)了設計性實驗“利用白光偏振干涉測量光學玻璃內應力”“利用泰伯效應測量光柵常量”等實驗項目.

4結論

綜合性和設計性實驗的開發(fā)是“大學物理實驗課程”改革的一個重要內容,根據(jù)我院應用技術型人才的培養(yǎng)目標,以應用為主題,結合教師教研和科研成果,并考慮不同專業(yè)背景學生的知識結構,開發(fā)了一系列綜合性和設計性實驗,以增強學生實踐動手能力、理論聯(lián)系實際能力，提高學生的學習興趣，增強就業(yè)競爭力.

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①本文系蘇州科技大學天平學院教育教學類研究項目“物理實驗課程綜合性、設計性實驗的開發(fā)和建設”(編號：2014TJGB-10)、蘇州科技大學天平學院教育教學改革研究重點項目“以培養(yǎng)創(chuàng)新、應用型人才為目標的獨立學院大學物理實驗教學改革研究”(編號:2015TJGA-04)的研究成果之一.