大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目優(yōu)化及內(nèi)容拓展論文
摘要：針對(duì)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(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)條件和師資水平，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和拓展。構(gòu)建了基礎(chǔ)性必做實(shí)驗(yàn)、綜合性選做實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性拓展實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次的項(xiàng)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(shí)驗(yàn)競賽。實(shí)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。
關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);項(xiàng)目優(yōu)化；內(nèi)容拓展
近年國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢對(duì)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(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)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(duì)提高學(xué)生初步的研究能力和實(shí)踐學(xué)習(xí)能力是至關(guān)重要的。因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容仍采用老舊的模式，主要偏重對(duì)經(jīng)典驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，而對(duì)有助于提高應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力，解決實(shí)際問題的能力的拓展實(shí)驗(yàn)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(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目優(yōu)化和內(nèi)容拓展勢在必行[1-3]。針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室設(shè)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(yàn)教師教學(xué)能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)備維修能力，開發(fā)設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能力，指導(dǎo)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的能力活動(dòng)之契機(jī)，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行了拓展。通過具體實(shí)施、實(shí)踐，結(jié)果表明，新的項(xiàng)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(shí)際問題的能力。
一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目優(yōu)化
針對(duì)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(shí)驗(yàn)室面積和實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量及實(shí)驗(yàn)室教師的師資水平基礎(chǔ)上，對(duì)本學(xué)期開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(jì)算機(jī)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(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。為了兼顧工科各專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，通過現(xiàn)有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)上選課系統(tǒng)，將學(xué)生所上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為必做項(xiàng)目和選做項(xiàng)目兩大類。必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為具有代表性的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，必做實(shí)驗(yàn)可以使各專業(yè)學(xué)生對(duì)基本的實(shí)驗(yàn)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能得到系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握；而選做實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生按照自身的專業(yè)特點(diǎn)自行分類，發(fā)揮自己的專業(yè)特長。考慮到知識(shí)的全面性，力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同為電學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yàn)項(xiàng)目。電子束綜合試驗(yàn)儀的實(shí)驗(yàn)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(shù)工科學(xué)生必用的儀器，因此，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都作為必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。用模擬法測繪靜電場和計(jì)算機(jī)仿真-熱敏電阻的特性研究這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)同為模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)是目前模擬實(shí)驗(yàn)的典型，故選計(jì)算機(jī)仿真-熱敏電阻的特性研究作為必做實(shí)驗(yàn)�；魻栃�(yīng)測磁場作為電氣、電子類專業(yè)學(xué)生的選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目會(huì)更為合適。光學(xué)實(shí)驗(yàn)選干涉和衍射的典型實(shí)驗(yàn)——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(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到對(duì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。在原有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行篩選，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目調(diào)整為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)兩大類，各工科專業(yè)學(xué)生通過必做實(shí)驗(yàn)可以獲得有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法和基本技能。通過選做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照專業(yè)特點(diǎn)、興趣愛好自主分類，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)要求學(xué)生做選做實(shí)驗(yàn)時(shí)，能自己預(yù)習(xí)、自己選擇實(shí)驗(yàn)器材、自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程和自己分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師給予最后的指導(dǎo)和評(píng)判，實(shí)現(xiàn)開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，這樣可以大大促進(jìn)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拓展
通過必做和選做項(xiàng)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(shí)驗(yàn)?zāi)芰退揭彩菂⒉畈积R的，一些學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的渴求遠(yuǎn)不是這些經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)源于基本的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但也不拘于原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。飛速發(fā)展的電子技術(shù)使得一些基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的方法顯得落后，而基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的物理思想又是永遠(yuǎn)值得保留的智慧精髓。針對(duì)邁克爾遜干涉儀，可以拓展出一系列的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(duì)衍射法測量微小長度實(shí)驗(yàn)，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(xiàng)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(duì)霍爾效應(yīng)測磁場實(shí)驗(yàn)可以拓展出非接觸方式測量導(dǎo)線電流強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，利用霍爾原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(jī)編程自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與處理，最后通過LED屏輸出計(jì)算載流導(dǎo)線的磁感應(yīng)強(qiáng)度。針對(duì)用復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行內(nèi)容拓展，可以要求利用光電管制作一個(gè)計(jì)時(shí)器測量周期，利用單片機(jī)處理、分析數(shù)據(jù)，計(jì)算出加速度值和不確定度，再利用LED將結(jié)果顯示出來。實(shí)驗(yàn)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(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。這些創(chuàng)新性拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目被安排在必做和選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(lì)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)具有強(qiáng)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(jì)內(nèi)容。
三、結(jié)論
近三年，利用創(chuàng)新性拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，組織教師和學(xué)生，設(shè)計(jì)并制作了《智能溫度計(jì)》、《可視化手動(dòng)發(fā)電機(jī)》、《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(qiáng)度測量儀》、《磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量自動(dòng)測量儀》等設(shè)計(jì)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(yàn)競賽”，獲得一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)多項(xiàng)，并將設(shè)計(jì)制作的實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)用在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器等進(jìn)行有效補(bǔ)充。這些作品的設(shè)計(jì)制作者和實(shí)驗(yàn)學(xué)生可能來自同一個(gè)專業(yè)、同一個(gè)學(xué)院，他們彼此熟悉，這樣就進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
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