独立学院大学物理实验开发的研究①

王　帆　姚庆香　樊丽娜　沙金巧　王　军

(1. 苏州科技大学天平学院,江苏　苏州　215009;2. 苏州科技大学数理学院,江苏　苏州　215009)



独立学院大学物理实验开发的研究①

王帆1,2姚庆香2樊丽娜2沙金巧2王军2

(1. 苏州科技大学天平学院,江苏苏州215009;2. 苏州科技大学数理学院,江苏苏州215009)

摘要：针对我院应用技术型人才培养目标和“大学物理实验”课程开设现状,笔者本着“加强基础,工程导向,多方结合,提升素质”的理念,以应用为主题,结合教师教研和科研成果,面向不同专业背景学生,开发了一系列综合性和设计性实验，研究成果对于同类独立学院“大学物理实验”课程改革具有一定的借鉴作用.

关键词：大学物理;综合性、设计性实验;独立学院

“大学物理实验”是工科大学生的一门重要的基础课,它体现了科学实验的共性,在实验思想、方法以及手段等方面是各学科科学实验的基础.在培养学生严谨的科学思维和创新能力、理论联系实际,特别是与科学技术发展相适应的综合能力等方面起着重要的作用.根据人才培养目标、实验教学改革、实验室建设任务及国家教育部评估的要求,实验教学项目中综合、设计性项目应不断增加.天平学院是苏州科技大学的独立学院,目标是培养适应地方发展的应用技术型人才,综合性和设计性实验在培养学生综合实验能力、动手能力和创新能力方面起到重要的作用,因此结合我院大学物理实验课程开设现状,笔者本着加强基础、重视实践的目标,面向不同专业对综合性、设计性实验进行开发和建设.

1综合性、设计性实验的特点

综合性物理实验涉及的物理理论基础知识范围较宽,仪器调节更加精细,有助于较全面地培养学生的学习能力、实验动手能力和创新意识.设计性实验是一种介于教学实验与科学研究实验之间的物理实验,它具有对科学研究进行初步训练的特点.设计性实验的内容需要经过精心细致的挑选,即具有典型性、综合性,又具有探索性的特点.同时在综合性、设计性实验项目和内容开发时,还要充分考虑学生的知识背景,如:上海机电学院的“大学物理实验”课程中将全校工科专业分成机械、电子信息、电器三个大类,在综合与应用型实验模块中,设计三个子模块分别对应三个大类专业,每个子模块开设5-8项适应本专业的综合性实验,供不同专业学生选择.通过该模块的学习,使学生在本专业领域打下坚实的实验基础,服务于基础实验课及专业实验课.

2我院大学物理实验课程现状

基于本校江苏省物理实验教学中心的建设基础,我院的“大学物理实验”课程体系包含验证性实验、综合性实验和设计性实验,但目前存在以下问题:一些验证性实验如惠斯通和双臂电桥实验,学生在连接电路和排查电路故障时可很好锻炼动手能力,但由于仪器老化,实验不能正常开设;有些综合性实验,如准稳态法测导热系数和比热容实验,仪器智能化程度高,对学生实践能力锻炼不足;实验项目未能较好地考虑学生的专业特点和认知结构,针对不同专业可选择的实验项目较少.

3综合性、设计性实验项目的开发研究

根据我院应用技术型人才的培养目标,本着“加强基础,工程导向,多方结合,提升素质”的理念,笔者调研了同类学院的物理实验课程中实验项目设置情况,结合我院不同专业特点,研究了我院各专业背景下物理技术方法的应用现状.利用工程实践、教研和科研成果开发综合性、设计性实验,修订实验项目内容,注重与工程实际的结合,在实验方案的设计过程中充分考虑所学的知识点及应用背景,修订或增加与不同专业相对应的、与工程实践应用联系紧密的一些综合性、设计性实验项目,延伸实验教学的空间,尽早让学生介入工程实践应用,逐步培养学生由理论思维向工程思维过渡,提高学生学习兴趣,增强动手能力和解决问题能力.

3.1以应用为主题，开发设计性实验

以应用为主题,精心设计实验内容,让学生在设计实验方案及完成实验过程中提高自己分析解决问题的能力,使实践创新能力得到一定的锻炼.例如“固体密度的测定”实验,测量规则和不规则固体的密度、密度大于水和小于水的固体密度;在“液体折射率的测量”实验中,学生根据所学知识,设计用不同的方法测量液体的折射率,让学生主动寻找方法来实现测量的目的;在设计性实验“利用霍耳传感器测量重力加速度”“利用霍耳传感器测量半导体材料的电学参数”中,让学生了解霍耳效应广泛的应用,扩展视野,提高学生理论联系实际和实践的能力.

3.2保留经典实验项目并升级,不同实验项目面向不同的专业大类

“用惠斯通电桥测电阻”和“用双臂电桥测电阻”是“大学物理实验”课程中经典的电学实验,要求掌握单、双臂电桥测电阻的原理,学生在实验操作中自己连接电路并完成实验,可以较好地锻炼动手能力.这两个实验集中在学会用电桥测量电阻,学生学习积极性很难提高,实际上电桥有更广泛的应用,如用电桥对温度、应力等非电学量的测量,课程中未涉及,而这些应用在电子类专业、土建类专业后续专业实验课程涉及较多.将“用惠斯通电桥测电阻”和“用双臂电桥测电阻”这两个实验改进升级后，变为电桥测量和应用专题实验,包含4个子实验项目:惠斯通电桥和双臂电桥测电阻;用电阻温度传感器制作温度计;用应变片代替电桥一个臂,研究承重梁的应变与电桥输出电压的关系;设计电子秤,并研究如何提高电子秤的灵敏度.土建类专业和电子类专业可根据专业特点选择不同子项目.土建类专业可了解应力的测量方法,通过实验设计对承重梁静态应力进行初步分析.对电子类专业可侧重在如何对应变片进行温度补偿及提高电子秤的灵敏度.依据不同专业背景进行实验项目选择,提高学习兴趣,对后续专业实验课程起到很好的引领作用.

分光计是“大学物理实验”要求掌握的一种光学测量仪器,开发“分光计上的综合设计性实验”,实验要求掌握分光计的调节方法,观察光栅的衍射光谱,了解光栅的分光本领,测量光栅的角色散率,并设计利用分光计完成一个或多个设计性实验.通过本实验学生可了解光谱的相关知识,为给排水、环境类专业后续课程中光学测量仪器的学习奠定基础.实验中,学生可根据分光计的特点,设计测量液体折射率、观察光的偏振、测量菲涅耳棱镜锐角等实验,可充分发挥学生的主观能动性,锻炼学生的动手能力.

3.3与教研和科研成果相结合,保持课程的活力

与教师教研成果和科研成果相结合,推动实验项目的开发,实验内容更贴近实践应用,保证了课程的可持续性和活力.

与教师教研成果相结合，开发“利用复摆研究刚体的平动和平面平行运动”,用两个相同的长圆柱形刚体,巧妙设计摆线的不同系线方法组成复摆,演示刚体的平动和平面平行运动,并通过光电门测量复摆的周期,可得到转动惯量.

在改革实验项目中，针对学生实践动手能力训练较少的实验内容,增加更贴近实际应用部分的内容.在“用准稳态法测不良导体的比热容和导热系数实验”中,实验原理推导从数理方程组入手,学生理解困难,通过教学研究，分析了准稳态物理过程,学生更容易理解实验的原理;该项目实验仪器较集成化,对学生动手能力锻炼不足,增加了热电偶的定标和测量实验,让学生了解实际测温元件应用时重要的定标步骤,渗透工程实践应用内容.

与教师科研成果相结合,我们开发了设计性实验“利用白光偏振干涉测量光学玻璃内应力”“利用泰伯效应测量光栅常量”等实验项目.

4结论

综合性和设计性实验的开发是“大学物理实验课程”改革的一个重要内容,根据我院应用技术型人才的培养目标,以应用为主题,结合教师教研和科研成果,并考虑不同专业背景学生的知识结构,开发了一系列综合性和设计性实验,以增强学生实践动手能力、理论联系实际能力，提高学生的学习兴趣，增强就业竞争力.

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①本文系苏州科技大学天平学院教育教学类研究项目“物理实验课程综合性、设计性实验的开发和建设”(编号：2014TJGB-10)、苏州科技大学天平学院教育教学改革研究重点项目“以培养创新、应用型人才为目标的独立学院大学物理实验教学改革研究”(编号:2015TJGA-04)的研究成果之一.