一種創(chuàng)新型實驗開放教學模式

譚芳　楊強　孫鵬凱

摘 要：物理裝置科技小制作課程是一種創(chuàng)新型實驗形式。該文通過一個教學實例，說明這種物理實驗開放教學形式具有創(chuàng)新教育功能。主要體現(xiàn)在：增強了大學生對物理實驗的興趣，使他們在實驗中能夠自由發(fā)揮創(chuàng)造性思維，有利于發(fā)揮物理實驗的創(chuàng)新教育功能，符合物理實驗創(chuàng)新教育功能的教學規(guī)律。詮釋了如下關(guān)系：基礎(chǔ)理論是創(chuàng)新能力強有力的保障，創(chuàng)新過程推動了基礎(chǔ)研究，兩者互相支撐互相推動。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新激勵 開放實驗 電磁感應(yīng)擺

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0129-02

當前，伴隨著知識經(jīng)濟的不斷繁榮，層出不窮的科技創(chuàng)新，以強大的動力推動著社會前進。新科技從根本上改變著勞動方式，改變著人們獲取信息的手段，也改變了人們傳統(tǒng)的學習觀念。全世界都重視創(chuàng)新和創(chuàng)新人才的競爭。在此情況下，高等教育在培養(yǎng)符合社會發(fā)展的實用型人才、創(chuàng)新型人才方面，面臨著新的挑戰(zhàn)?；A(chǔ)教育同樣受到了強烈的沖擊。因此，以推進素質(zhì)教育為目標，對基礎(chǔ)教育課程改革已成大勢所趨，一種普遍的認識是：加強課程內(nèi)容與學生生活以及現(xiàn)代化社會科技發(fā)展的聯(lián)系；關(guān)注學生的學習興趣和經(jīng)驗；倡導(dǎo)學生主動參與、樂于探究、勤于動手；培養(yǎng)學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流合作的能力[1-6]。這恰好符合大學物理實驗教學改革方向，因為物理實驗是科學實驗的基礎(chǔ)，也是眾多科技創(chuàng)新的搖籃。物理實驗每一個題目的思想方法和實驗內(nèi)容，既體現(xiàn)了傳統(tǒng)科學深厚的基礎(chǔ)又蘊藏著豐富的創(chuàng)新思想，衍生出很多新理論、新技術(shù)[7，8]。該文介紹了一個“基礎(chǔ)”與“創(chuàng)新”相結(jié)合的物理實驗教學創(chuàng)新開放活動：利用基礎(chǔ)物理實驗教學為依托開設(shè)物理實驗裝置科技小制作的實驗活動。實踐證明，該課程在激發(fā)和培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神和能力方面，獲得了較好的效果。

1 創(chuàng)新型物理開放實驗教學實例

在新型開放物理實驗課活動內(nèi)容中，有一個演示實驗裝置制作方案：電磁感應(yīng)擺裝置的制作。電磁感應(yīng)擺裝置既可以直觀的演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象又可以用于普通物理實驗中，對磁體的磁感強度進行測量[9]。其核心裝置為雙繞組鐵芯線圈。其中，鐵芯截面形狀決定了電磁感應(yīng)擺的擺動幅度和效果。因此，在制作前，指導(dǎo)教師要求學生在兩種鐵芯形狀（鐵芯截面方形和圓形），要求學生自行確定鐵芯制作方案。很多同學在電磁學理論進行了分析基礎(chǔ)上用COMOSL多物理場分析軟件，對通電線圈的感應(yīng)磁通量做模擬分析。這是一大膽的做法，必須投入大量的業(yè)余時間。由于積極性很高，提出這個想法的學生自愿組成了一個小組，在教師的幫助下，克服了很多困難，一邊努力學習有關(guān)電磁理論和COMOSL軟件，基本上完成了部分模擬實驗工作，為正確選擇鐵芯截面提供了較為科學的證據(jù)。在此過程中，師生都獲得了很大的鍛煉，下面是師生共同做的研究和分析過程。

1.1 圓柱型鐵芯的磁通量模擬

使用CCOMSOL軟件中的3D模式，采用無限元法分析模擬通電線圈的磁場情況。首先建立磁場載體模型（見圖2），根據(jù)對稱性，僅計算分析鐵芯邊緣某一縱向的磁場情況，經(jīng)過多次物理條件的設(shè)定試驗，最后獲得模擬效果圖1。

此次結(jié)果：鐵芯產(chǎn)生的磁通比較集中在邊緣，磁通密度最大值達到1.267e-4特斯拉，圓柱形鐵芯截面上表面的磁通密度分布不均勻。

1.2 方柱型鐵芯的磁通量模擬

同樣方法，物理條件設(shè)定與圓柱形鐵芯的基本相同，仍然采用無限元法分析模擬通電線圈的磁場情況，最后獲得模擬效果圖2，

此次結(jié)果：鐵芯產(chǎn)生的磁通比較集中在邊緣，漏磁現(xiàn)象不嚴重，磁通密度最大值達到1.381e-4特斯拉，方柱形截面上表面的磁通分布較為均勻。

結(jié)論：根據(jù)圖2與圖1的比較，方形鐵芯磁通密度較大，分布較為均勻，故鐵芯截面應(yīng)為方形截面。實驗結(jié)果證明，該形狀的鐵芯效果良好。

2 幾點體會

2.1 提高大學生對物理實驗的興趣，符合物理實驗創(chuàng)新教育功能的教學規(guī)律

創(chuàng)造最根本的動力就是興趣。該文介紹的開放實驗教學形式，通過電磁感應(yīng)擺奇特的擺動原理吸引了學生的興趣，激起學生們參與制作的極大熱情。在這種情緒的激勵下，他們不但渴望表現(xiàn)出自己的能力，而且會主動設(shè)想更科學的制作過程。這就為后來的模擬線圈磁場提供了積極地探索動機，于是在指導(dǎo)教師的幫助和鼓勵下，完成了分析，使得制作過程完全科學化，成效顯著。

2.2 開展物理實驗基礎(chǔ)裝置小制作實驗課，有利于發(fā)揮物理實驗的創(chuàng)新教育功能

1993年諾貝爾獎獲得者，生理醫(yī)學家理查德·羅伯茨談到創(chuàng)新教育時說：“要對學生放手，讓他們做自己感興趣的事”。前面論述中的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)大學生都有參加實驗裝置制作課程學習的熱情。這樣開放性的實驗課，可以讓他們獲得很多自由、獨立的思考機會。他們的創(chuàng)造性思維不再受到束縛。他們在做實驗的工作過程中，既體會到探索過程的艱辛又享受到創(chuàng)作成功后的喜悅，樹立他們克服困難的信心，鍛煉他們動手能力的同時增強了創(chuàng)新意識。該文介紹的用COMOSL模擬磁場過程，就是他們經(jīng)歷了很多困難波折，最后獲得了較為成功的一個具體實例。

2.3 創(chuàng)新思想離不開基礎(chǔ)理論的支持，兩者互相支撐互相推動

基礎(chǔ)教育是指普通文化科學知識的教育，是讓學生掌握各類科學的基本知識，使他們具有基本的科學文化素養(yǎng)和社會活動能力，不但有利于立足于未來生活，也為創(chuàng)造未來的生活進步提供了必要的條件[10]。因此，基本素質(zhì)良好的學生，接受新東西更快，創(chuàng)新意識更科學，創(chuàng)新能力更強。反過來，創(chuàng)新過程又推動了基礎(chǔ)研究。符合學生學習成長的基本規(guī)律。大學物理實驗是科學實驗的開端課程，可以說是創(chuàng)新的啟蒙教育課，該文所介紹的開放實驗課實例就證明了創(chuàng)新思想離不開基礎(chǔ)理論的支持，兩者互相支撐互相推動。

參考文獻

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