大学物理实验的项目优化与内容拓展

袁 泉, 李久会, 李 义, 敬晓丹, 张云竹，王文新，邱忠媛

(辽宁工业大学 理学院，辽宁 锦州 121001)

大学物理实验的项目优化与内容拓展

袁 泉, 李久会, 李 义, 敬晓丹, 张云竹，王文新，邱忠媛

(辽宁工业大学 理学院，辽宁 锦州 121001)

针对目前应用型人才的培养目标，基于现有大学物理实验课程的教学条件和师资水平，对大学物理实验项目、内容进行优化和拓展。构建了基础性必做实验、综合性选做实验和创新性拓展实验三个层次的项目内容的教学模式，并积极引导学生参加各类创新实验竞赛。实践结果表明，新的教学模式能有效地提高学生的自主学习和创新能力。

大学物理实验; 项目优化；内容拓展

近年国内外经济发展形势对人才类型的需求产生了深远的影响，就目前分析，高素质应用型人才的培养是工科院校的首要目标。大学物理实验主要是针对高等学校工科学生开设的一门必修基础课程，该课程对提高学生初步的研究能力和实践学习能力是至关重要的。因此，大学物理实验的教学内容和方式与高素质应用型人才的培养息息相关。我国一般高等院校的多数物理实验项目、内容仍采用老旧的模式，主要偏重对经典验证实验，而对有助于提高应用能力、创新能力，解决实际问题的能力的拓展实验缺少开发，这与当代科学发展的综合性和交叉性趋势是相违背的，也不利于当代所需应用型人才的培养。进行大学物理实验项目优化和内容拓展势在必行[1-3]。针对大学物理实验项目、内容的改革也引起了国内学者的关注[4,5]，依据辽宁工业大学（以下简称我校）的实验室设备投入情况和师资条件，抓住我校实施提高大学物理实验教师教学能力和实验设备维修能力，开发设计性、综合性实验项目能力，指导创新、创业项目的能力活动之契机，对大学物理实验项目进行了优化，对内容进行了拓展。通过具体实施、实践，结果表明，新的项目优化与内容拓展的教学模式有效地提高了工科学生应用能力、创新能力和解决实际问题的能力。

一、大学物理实验项目优化

针对我校工科学生的专业特征和应用型人才培养的需要，在现有实验室面积和实验设备数量及实验室教师的师资水平基础上，对本学期开设的实验项目：用复摆测重力加速度、稳态法测量不良导体的导热系数、用双臂电桥测低电阻、用惠斯登电桥测电阻、用模拟法测绘静电场、计算机仿真-热敏电阻的特性研究、热电偶的定标、电子束综合试验仪的使用、电子示波器的使用、光的干涉-平凸透镜曲率半径的测定、迈克尔逊干涉仪、衍射法测量微小长度、用衍射光栅测光波波长、霍尔效应测磁场这14个实验项目进行优化。为了兼顾工科各专业的学科特点和培养目标，通过现有的大学物理实验网上选课系统，将学生所上实验项目分为必做项目和选做项目两大类。必做实验项目为具有代表性的经典实验，必做实验可以使各专业学生对基本的实验知识、实验方法和实验技能得到系统地学习和掌握；而选做实验可以使学生按照自身的专业特点自行分类，发挥自己的专业特长。

考虑到知识的全面性，力学、热学、电学和光学实验都不能缺少，故用复摆测重力加速度和稳态法测量不良导体的导热系数保留作为必做实验项目。同为电学实验的用双臂电桥测低电阻和用惠斯登电桥测电阻有较大的相同之处，故保留经典的用惠斯登电桥测电阻作为必做实验项目。电子束综合试验仪的实验有助于学生进一步理解电子示波器的原理，同时电子示波器又是多数工科学生必用的仪器，因此，两个实验都作为必做实验项目。用模拟法测绘静电场和计算机仿真-热敏电阻的特性研究这两个实验同为模拟实验，计算机仿真实验是目前模拟实验的典型，故选计算机仿真-热敏电阻的特性研究作为必做实验。霍尔效应测磁场作为电气、电子类专业学生的选做实验项目会更为合适。光学实验选干涉和衍射的典型实验——光的干涉-平凸透镜曲率半径的测定和用衍射光栅测光波波长作为必做实验，可以达到对光学实验的基本方法和基本操作的掌握。

经过上述分析，优化后的大学物理实验项目如表1所示。

表1 优化后的大学物理实验项目

在原有的大学物理实验项目的基础上进行筛选，将实验项目调整为必做实验和选做实验两大类，各工科专业学生通过必做实验可以获得有关物理实验的基本知识、基本方法和基本技能。通过选做实验，学生按照专业特点、兴趣爱好自主分类，充分调动了学生的学习兴趣。同时要求学生做选做实验时，能自己预习、自己选择实验器材、自己设计实验过程和自己分析实验结果，教师给予最后的指导和评判，实现开放式的实验教学过程，这样可以大大促进学生的独立思考和创新能力的培养。

二、大学物理实验内容拓展

通过必做和选做项目的分类固然可以使学生在专业上获得各有所长的发展，但是学生物理实验能力和水平也是参差不齐的，一些学生对物理实验的渴求远不是这些经典物理实验能够满足的。因此，还需要通过内容拓展来开发出一些创新性拓展实验，使得有这方面爱好和专长的学生有用武之地。

创新性拓展实验源于基本的大学物理实验项目，但也不拘于原有的基础实验。飞速发展的电子技术使得一些基础物理实验项目的方法显得落后，而基础物理实验项目中的物理思想又是永远值得保留的智慧精髓。针对迈克尔逊干涉仪，可以拓展出一系列的创新性实验项目，如用迈克尔逊干涉仪测量钠黄光的光波长和相干长度，用迈克尔逊干涉仪测量薄玻璃片的厚度等。针对衍射法测量微小长度实验，可拓展出金属细微丝的直径的测量。在衍射法测量微小长度项目内，又可增加利用劈尖干涉测量金属丝直径的内容。针对霍尔效应测磁场实验可以拓展出非接触方式测量导线电流强度的实验，利用霍尔原理设计实验测量装置，通过测量霍尔元件两端的电势差和工作电流等物理量，利用单片机编程自动进行数据计算与处理，最后通过LED屏输出计算载流导线的磁感应强度。针对用复摆测量重力加速度实验进行内容拓展，可以要求利用光电管制作一个计时器测量周期，利用单片机处理、分析数据，计算出加速度值和不确定度，再利用LED将结果显示出来。实验内容拓展所需的软件和硬件部分分配给不同专业学生完成，又可以培养学生们团结协作的精神。

这些创新性拓展实验项目被安排在必做和选做实验项目之后，而且不要求全体学生参与，也不作为必修课程，只鼓励对物理实验具有强烈爱好又拥有专业特长的学生参与，并有专门教师指导，学生以研究性的论文和作品形式展示成果。这些成果可以参加各类创新竞赛，可以用于发表文章，还可以作为毕业设计内容。

三、结 论

近三年，利用创新性拓展实验项目和实验内容，组织教师和学生，设计并制作了《智能温度计》、《可视化手动发电机》、《一键式智能密度测量仪》、《智能家庭空气环境测控仪》、《一键式金属膨胀系数智能精密测量仪》、《音频与声波仪的制作》、《智能便捷加速度测量仪》、《非接触式智能电流强度测量仪》、《磁感应强度矢量自动测量仪》等设计作品，参加了近三年的“辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛”，获得一等奖、二等奖和三等奖多项，并将设计制作的实验仪器应用在大学物理实验的教学中，对原有的实验方法、实验仪器等进行有效补充。这些作品的设计制作者和实验学生可能来自同一个专业、同一个学院，他们彼此熟悉，这样就进一步增强了学生参与实验创新的兴趣，激发了学生的创新意识和创新能力。

[1]张美茹, 吴富根, 卫小波. 优化大学物理实验课程设置的实践[J]. 中国现代教育装备, 2010 (23): 100-101.

[2]官邦贵, 秦炎福, 张永锋, 等. 大学物理实验教学内容重组的研究与实践[J]. 成都师范学院学报, 2014, 30(9):116-119.

[3]薛禹. 浅谈大学物理实验教学体系的构建与优化[J]. 高教学刊, 2016 (9): 97-98.

[4]胡光, 张俊, 唐亚陆. 大学物理实验课程的教学与改革探讨——基于拉伸法测量杨氏模量实验[J]. 工程技术研究, 2016(8): 225-226.

[5]盖双旗, 陈伟华, 曾福军. 地方院校应用转型中大学物理实验项目的构建模式研究[J]. 大学物理实验, 2016(1):115-118.

G424

B

1674-327X (2017)05-0130-03

10.15916/j.issn1674-327x.2017.05.040

2017-01-19

辽宁省教育厅教改项目(UPRP20160289, UPRP20140725); 辽宁工业大学教学改革项目(2014081)

袁泉(1973-)，女，辽宁锦州人，副教授。

(责任编校：付春玲)