基于PASCO實(shí)驗(yàn)軟件的大學(xué)物理探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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摘要：針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，提出了基于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的以及新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，將計(jì)算機(jī)PASCO實(shí)驗(yàn)軟件與大學(xué)物理探究性實(shí)驗(yàn)相融合。注重培養(yǎng)工科類院校本科生的探索創(chuàng)新能力。嘗試設(shè)計(jì)出一種新穎的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，大大改善了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)軟件；創(chuàng)新能力；探究性實(shí)驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）27-0223-02

Exploratory experiment Design of University Physics Based on PASCO Experimental Software

SUN Quan-hai， LU Hai-feng， SHI Hao， FANG Yu， ZHU Shou-jin， SU Lei

（1.Basic Experimental Teaching Center， Anhui Sanlian University， Hefei 230031； 2.Institute of electronic and electrical engineering， Anhui Sanlian University， Hefei 230031）

Abstract： Aiming at the problems of university physics experiment teaching， we integrate PASCO experiment software with university physics inquiry experiments Based on the purpose of inquiry experiment teaching and the training demand of new applied talents. We pay attention to training engineering undergraduates' exploration and innovation ability. A new exploratory experimental teaching method has been tried to design and the effect of university physics experiment teaching has been greatly improved.

Key words： experimental software； innovative ability； inquiry experiment； physical experiment teaching

大學(xué)階段的物理實(shí)驗(yàn)課程不同于中學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)課。我們?cè)谥袑W(xué)時(shí)期的物理實(shí)驗(yàn)課主要是為了開闊視野、豐富知識(shí)和適當(dāng)?shù)劐憻拕?dòng)手能力，進(jìn)而幫助學(xué)生了解和鞏固理論知識(shí)，可以說它是物理課程教學(xué)的附屬教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，在大學(xué)階段開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)課程多數(shù)是獨(dú)立于理論課之外，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的一門獨(dú)立的必修基礎(chǔ)課，也是學(xué)生在高等學(xué)校受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。它在培養(yǎng)學(xué)生分析、觀察、發(fā)現(xiàn)以及解決問題的能力方面，在提高學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)方面都起到了重要的作用[1，2]。

近年來，由于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件的迅猛發(fā)展使得傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)生了較大的變化[3，4]。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必備的實(shí)物器材，通過各類傳感器將采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。我們運(yùn)用計(jì)算機(jī)PASCO實(shí)驗(yàn)軟件來處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其實(shí)很多計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件已經(jīng)被開發(fā)出來，只是近幾年在很多大學(xué)或中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中才被普遍應(yīng)用[3-5]。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件更注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，它幾乎可以應(yīng)用于所有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)和探究實(shí)驗(yàn)。另外它還可以融入一些復(fù)雜、抽象、不便直接觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)支持實(shí)驗(yàn)器材的參數(shù)修改。我們知道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目標(biāo)是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的具體操作，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。故計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件可作為傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種補(bǔ)充。將兩者相結(jié)合才能達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。根據(jù)我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況我們將PASCO實(shí)驗(yàn)軟件與傳統(tǒng)的大學(xué)物理探究性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓學(xué)生更好地獨(dú)自完成探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以提高他們的實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新意識(shí)。

1 計(jì)算機(jī)PASCO實(shí)驗(yàn)軟件與大學(xué)物理探究性實(shí)驗(yàn)相融合

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式其實(shí)仍然是各高校主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。雖然某些高校已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中加入探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的儀器設(shè)備自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析等過程。但是這種開放式的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)尚存在著很多問題，如探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擬定的選題較多，指導(dǎo)教師經(jīng)常要延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間；學(xué)生自主組合和操作實(shí)驗(yàn)儀器，導(dǎo)致儀器設(shè)備損壞嚴(yán)重等問題。物理實(shí)驗(yàn)軟件作為一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，如何能更好地服務(wù)于開放式的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果將具有重要的實(shí)際意義。

根據(jù)我校的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以及新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，我們通過PASCO實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)出學(xué)生進(jìn)行大學(xué)物理探究性實(shí)驗(yàn)的步驟和流程，如圖1左圖所示。PASCO實(shí)驗(yàn)軟件是一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、處理和分析的計(jì)算機(jī)軟件，主要是通過各類傳感器與數(shù)據(jù)通用接口交互將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算機(jī)。

如圖2所示，學(xué)生運(yùn)用PASCO實(shí)驗(yàn)軟件自主設(shè)計(jì)的一維系統(tǒng)牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有PAScar動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)傳感器、高分辨率力傳感器、靈敏滑輪、質(zhì)量塊和架子套件、物理實(shí)驗(yàn)用細(xì)繩、數(shù)據(jù)通用接口、PASCO電腦軟件等。本實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證一維系統(tǒng)的牛頓第二定律。在低摩擦的小車上施加一個(gè)已知大小的力，以此來測(cè)量小車的加速度。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為兩部分：1） 驗(yàn)證質(zhì)量不變時(shí)，加速度與合外力成正比。小車和傳感器的總質(zhì)量不變，通過增加砝碼的質(zhì)量來改變合外力，研究加速度與合外力的關(guān)系；2） 驗(yàn)證合外力不變時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比。

2 結(jié)束語

根據(jù)我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的實(shí)際問題將計(jì)算機(jī)PASCO實(shí)驗(yàn)軟件與大學(xué)物理探究性實(shí)驗(yàn)結(jié)合，打破了傳統(tǒng)的開放式探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的局限性。這將有利于培養(yǎng)學(xué)生自主動(dòng)手能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索創(chuàng)新精神以及新型應(yīng)用型人才的塑造，同時(shí)也豐富了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，提高了學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的興趣，更加有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果。

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