大学物理实验教学中学生专业思维训练的探索＊

唐贵平 唐立军 何 兴 邓 敏 廖家欣

(长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410114)

大学物理实验教学中学生专业思维训练的探索＊

唐贵平 唐立军 何 兴 邓 敏 廖家欣

(长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410114)

大学物理实验实行分专业大类的模块教学,既考虑了物理实验课程的普遍性,又考虑了学生的专业性,使教学有层次、有针对性;学生选择适合自己的实验项目,能使学生的专业特点、兴趣爱好得到张扬.有利于学生对专业的理解和对大学物理实验课程的认识,强化专业思维意识,提高学生的学习积极性和主动性.

探索;大学物理实验;专业思维;模块教学

1 引言

大学物理实验是学生进入大学阶段的关于实验的入门课程,是接受系统的实验方法和实验技能训练的开端,在对大学生整个素质培养的过程中起着不可替代的基础性的先导作用.但是,由于该课程在低年级开设,因学生对本专业缺乏深入了解,一般学生对该课程在专业中的地位认识不清,学习积极性不高,学习效果不理想,不利于专业人才的培养.如何在大学物理实验教学中,在不改变课程学时和课程性质的基础上,根据学生专业的不同,引导学生从专业学习的角度来思考和分析物理实验问题,促进对专业的理解和对大学物理实验课程的认识,强化专业思维意识,提高学习积极性.这是我们从事物理实验教育的广大人员值得研究的一个课题.我校近年来很重视在大学物理实验教学中,加强学生专业思维的训练.随着教学改革的开展,我们从以下几个方面进行了探索.

2 构建模块教学体系,适应专业思维训练

2.1 实验项目设置与专业思维训练接轨

我们从2007年开始探索大学物理实验专业大类模块的设置,我校大学物理实验总共64学时,2个学分,一般安排在学生的第二或第三学期进行,每届开设大学物理实验的学生有4500余人,共约37个理、工科专业.我们根据专业特点,分成交通、电力、水利、信息、材料、化工、机械和其他8大类.同时我们充分利用实验室资源,尽可能多地开出与各专业相关的物理实验,目前共计40余个项目,其中基本型实验27个(3学时/个)、提高型(综合应用、设计性实验)10个(6学时/个)、演示专项实验3个(3学时/个).根据专业大类的划分来配置实验项目,形成模块,以适应学生专业的发展需要.每个专业大类的学生,规定必做8～10个相应的实验项目,剩余则由学生选做.做到在保证基础知识、基本方法和基本技能训练的基础上,按专业大类设置专业思维训练模块,突出专业思维能力的培养.比如:给土木专业类学生开设金属丝杨氏模量实验、棒状杨氏模量实验等与本专业关系密切的实验;电子信息专业的学生开设一些传感器的实验、光速的测定、数字信号光纤传输技术等实验;材料类学生多开设物性测量方面的内容,如线膨胀系数、导热系数、物体空隙度、密度检测等项目;扫描隧道显微镜(STM)适合于物理学、化学、生物学以及机械加工等专业的学生来做实验等.

2.2 更新拓展实验内容,促进专业思维训练

一方面,通过引入实验新理论、新技术、新方法,采用现代测验手段升级传统实验,如在杨氏模量、分光计、牛顿环实验中,在原有观察系统功能上,增加CCD摄像显示系统或激光瞄准系统,增强可视性;在力、热实验中增加低温、真空、材料热导等实验;在电磁学实验中加强“示波”测量,逐步使用读出示波器和存储示波器,增加虚拟仪器;在光学实验中用平台取代导轨,用光栅光谱仪代替棱镜摄谱仪,用光电传感器代替目视,变定性测量为定量测量.实验中增加传感器和计算机控制、采集和处理数据的内容,同时开展计算机仿真实验,模拟实验中难以实现的效果等.开阔学生视野,让学生了解应用物理实验新技术与现代手段.

另一方面,结合工科不同的专业特点,在保留原实验项目基础上尽可能引申它在工程技术中的应用.例如:电桥实验强调在工业检测中对高、中、低值电阻测定的条件,尤其是桥式电路在智能仪器仪表、传感仪器中的广泛使用;等厚干涉实验在当今检验表面粗糙程度和细丝直径的应用,特别指出其在精确测量微小位移等方面的重要意义;超声波探伤仪检测物体空隙度、密度实验在探测金属与非金属材料的应用,特别是探伤桥梁、道路方面的使用.从而使学生领悟到物理学原理在工程技术中的应用价值,提高学生对物理实验的学习兴趣.

2.3 开发能结合学生专业思维训练的典型项目

设计开发能训练学生专业思维的综合应用性、设计性实验项目.如金属线的杨氏模量系数的测定实验中,传统情况我们只采用“静态拉伸法”这种方法,只牵涉到光学和力学知识以及实验基本能力的综合运用,我们现在采用“静态拉伸法”和“动态悬挂法、支撑法”共同测量金属线的杨氏模量系数,使得这一个实验项目就综合了力学、光学、电学、热学的相关理论知识以及实验基本能力.又如,超导磁悬浮力测量实验中,有关于高温超导的近代物理内容、有关于抗磁体磁悬浮的磁学内容、有关于压力传感器的力学和电学的内容,还有关于使用液氮降温等方面的热学实验内容,等;同时,这个实验还包括了如何读千分表、如何合理选取实验点、如何列表、如何定标等实验基本方法与技能的训练.又如,在胶片密度的测定实验中,我们要求学生用米尺测量柯达照相胶片的长度、用游标卡尺测量胶片的宽度、用千分尺测量胶片的厚度、用读数显微镜测量胶片的齿孔大小,从而计算它的体积,再用电子天平测量它的质量,最后求出胶片的密度及其不确定度.这个实验把实验室常用的各种长度测量仪器都用到了,并且对各种情况下不确定度的估算也有较全面的训练.再如,在超声波探伤仪检测物体空隙度、密度实验中,我们把金属与非金属两种探伤仪组合在一起,同时备有铜、铁、水泥等多种样品材料,既训练掌握对不同材料的测试方法和仪器的操作步骤,又能了解各自的特点及应用情况.我们针对不同专业、不同基础的学生设置了一些设计性物理实验项目,供学生凭自己兴趣选做.如热敏电阻温度计的设计、简易万用表的设计、镀膜玻璃导热率与透光率的测定、双绞线断点位置的确定等,引导学生充分利用图书馆、网络资源,自行设计实验实施方案,分析方案的可行性,学生自己去思考、去动手、去分析问题与解决问题.

2.4 建立演示实验室,是对学生专业思维训练的有效补充

我校于2007年投资90万元,建立了演示实验室,能开出演示项目110余个,我们把它们分成演示实验1(力、热学部分)、演示实验2(电磁学部分)和演示实验3(光学部分)三个专项,每个专项3学时,供学生们选做.演示实验融知识性、趣味性、实践性、拓创性于一体,不仅能帮助学生理解物理概念、掌握物理规律、激发学生探索科学奥妙的热情、培养学生创新意识,更能让学生轻松切实地体会到物理知识与生活实际密切相关,与专业学习密切相关.

3 实现计算机管理的开放式教学,保障专业思维训练

分模块教学以及实验室的多样化,实验的需求增加,实验室的利用率不断提高,这些都要求大学物理实验室全面开放:时间上开放——学生根据自己的时间安排实验时间;各层次实验室开放——学生根据自己的意愿选择实验项目.在满足学时的基础上,让学生自主实验.我们是以基于校园网的“实验教学管理系统”来组织实施开放式教学的.老师利用管理平台很容易实现各专业的每个学生的必做和选做项目的设置,可及时公布、调整与掌握各个实验的开放情况,还可用作为学生实验成绩的计算机管理.学生通过网上利用管理平台很方便选课,选择感兴趣的项目和适合自己的开放时间到实验室完成规定个数的实验,还可以通过网络实现仿真实验和浏览演示项目,体现了以学生为本的教育理念.

4 制订多样化的实验评价与课程考核制度,激励专业思维训练

我们制定了《物理实验评分细则》,详细规定了物理实验考核的内容、形式、成绩评定标准等,让学生和老师在考核时都有制度可依,按制度执行.课程成绩是各个实验项目成绩的总评,每个项目成绩应包含以下几个部分:实验准备成绩——检验学生对所做实验的理论理解、实验仪器的掌握和实验实施方案的确立程度;实验操作成绩——考核学生对实验仪器的使用、对实验中问题的发现与解决情况;实验结果成绩——不同层次的实验结果要求不同:基本型物理实验以撰写实验报告为主,提高型的综合性物理实验要求撰写实验报告和实验分析讨论相结合,提高型的设计性物理实验以设计方案、作品展示为主,演示型物理实验以心得体会为主.评价考核的原则是“重过程”,让学生在实验过程中训练、提高.

5 结束语

以上仅是我们对大学物理实验教学改革的探索.实践中体会到,大学物理实验实行分专业大类的模块教学,既考虑了物理实验课程的普遍性,又考虑了学生的专业性,使教学有层次、有针对性.学生选择适合自己的实验项目,能使学生的专业特点、兴趣爱好得到张扬.有利于学生从专业的角度来看待和分析课程,从课程的角度来把握专业的学习方向,培养学生的专业思维能力,提高学生的学习积极性和主动性.但是,物理实验教学体系的构建是一个长期研究的课题,每个学校的学生基础、专业特点、师资力量及实验条件都不相同,因此,只要找到适合自己实际情况的好路子,教学改革就是成功的.

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[3] 沈元华等.深化教学改革,创建“平台物理实验”[J].物理实验,2005,28(8):22～25

[4] 熊永红等.工科物理实验教学改革的实践与探索[J].物理实验,2005,25(2):28～30

[5] 杨周琴.专业化、宽口径式的物理实验教学模式[J].实验技术与管理,2001,18(2):90～92

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[7] 张锐波.大学物理实验项目的系统设计[J].大学物理实验,2003,16(2):84～86

[8] 周晶.大学物理实验模块教学及模块管理体制的改革[J].实验室科学,2006,13(5):136～137

EXPLORATION OF PROFESSIONAL THOUGHTS TRAININGOF STUDENTS IN COLLEGE PHYSICS EXPERIMENTAL TEACHING

Tang Guiping Tang Lijun He Xing Deng Min Liao Jiaxin
(Physics and Electronics Science College,Changsha University of Science and Technology,Changsha,Hunan 410114)

The module teaching classified by speciality was carried out in the college physics experiment.Both the universality of physical experiment courses and the speciality of students were considered,which made the teaching have levels and target.Students,who chose the appropriate experiments suitable for themselves,expressed their speciality and interests.It was propitious to them to understand the speciality and college physics experiment courses,which strengthened their professional thoughts and consciousness,and improved their study enthusiasm and initiative.

exploration;college physics experiment;professional thoughts;module teaching

2010-07-07)

＊湖南省教学改革项目(J G0808z、sj0902)和长沙理工大学教改项目(J G0948、J G0949)资助.

唐贵平(1968年出生),男,四川省大竹县人,硕士,副教授,大学物理实验中心主任,从事物理实验教学与功能分子器件设计的研究.