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)

?

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(shù)型人才培養(yǎng)目標和“大學物理實驗”課程開設(shè)現(xiàn)狀,筆者本著“加強基礎(chǔ),工程導向,多方結(jié)合,提升素質(zhì)”的理念,以應用為主題,結(jié)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(shè)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(guān)鍵詞：大學物理;綜合性、設(shè)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(chǔ)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(chǔ).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(shù)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(shè)任務及國家教育部評估的要求,實驗教學項目中綜合、設(shè)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(shù)型人才,綜合性和設(shè)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(jié)合我院大學物理實驗課程開設(shè)現(xiàn)狀,筆者本著加強基礎(chǔ)、重視實踐的目標,面向不同專業(yè)對綜合性、設(shè)計性實驗進行開發(fā)和建設(shè).

1綜合性、設(shè)計性實驗的特點

綜合性物理實驗涉及的物理理論基礎(chǔ)知識范圍較寬,儀器調(diào)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(shè)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(shè)計性實驗的內(nèi)容需要經(jīng)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(shè)計性實驗項目和內(nèi)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(shè)計三個子模塊分別對應三個大類專業(yè),每個子模塊開設(shè)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(lǐng)域打下堅實的實驗基礎(chǔ),服務于基礎(chǔ)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(shè)基礎(chǔ),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(shè)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?qū)嶒?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(shè);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(jié)構(gòu),針對不同專業(yè)可選擇的實驗項目較少.

3綜合性、設(shè)計性實驗項目的開發(fā)研究

根據(jù)我院應用技術(shù)型人才的培養(yǎng)目標,本著“加強基礎(chǔ),工程導向,多方結(jié)合,提升素質(zhì)”的理念,筆者調(diào)研了同類學院的物理實驗課程中實驗項目設(shè)置情況,結(jié)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(shù)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(shè)計性實驗,修訂實驗項目內(nèi)容,注重與工程實際的結(jié)合,在實驗方案的設(shè)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(shè)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(shè)計性實驗

以應用為主題,精心設(shè)計實驗內(nèi)容,讓學生在設(shè)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(shè)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(shè)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(jīng)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(jīng)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?qū)囟?、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(guān)系;設(shè)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(shè)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(cè)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(lǐng)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(shè)計性實驗”,實驗要求掌握分光計的調(diào)節(jié)方法,觀察光柵的衍射光譜,了解光柵的分光本領(lǐng),測量光柵的角色散率,并設(shè)計利用分光計完成一個或多個設(shè)計性實驗.通過本實驗學生可了解光譜的相關(guān)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(chǔ).實驗中,學生可根據(jù)分光計的特點,設(shè)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(jié)合,保持課程的活力

與教師教研成果和科研成果相結(jié)合,推動實驗項目的開發(fā),實驗內(nèi)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(jié)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(shè)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(zhuǎn)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(nèi)容,增加更貼近實際應用部分的內(nèi)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(nèi)容.

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

4結(jié)論

綜合性和設(shè)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(nèi)容,根據(jù)我院應用技術(shù)型人才的培養(yǎng)目標,以應用為主題,結(jié)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(jié)構(gòu),開發(fā)了一系列綜合性和設(shè)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.

參考文獻：

[1] 霍劍青.大學物理實驗課程教學基本要求的指導思想和內(nèi)容解讀[J].物理與工程,2007,17(1):59.

[2] 單永明.大學物理實驗創(chuàng)新項目的開發(fā)與應用[J].教育探索,2014,33(11):128-129,143.

[3] 張萍,侯晨霞,宋金瑤.綜合設(shè)計性實驗教學的研究與探討[J].實驗技術(shù)與管理,2011,28(8):157—159.

[4] 江影,邱淑霞,龐寧.綜合設(shè)計性物理實驗項目開發(fā)與指導方法的探究[J].大學物理實驗,2012,25(6):116-118.

[5] 袁艷紅.技術(shù)應用型院校大學物理實驗課程教學改革的研究與實踐[J].大學物理實驗,2013,26(3):107-109.

[6] 羅宏.用傅里葉定律分析無限大平行平板中的準穩(wěn)態(tài)[J].物理實驗,2014,34(8):31-33.

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(shè)計性實驗的開發(fā)和建設(shè)”(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.