唐貴平 唐立軍 何 興 鄧 敏 廖家欣

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410114)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生專業(yè)思維訓(xùn)練的探索＊

唐貴平 唐立軍 何 興 鄧 敏 廖家欣

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410114)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)行分專業(yè)大類的模塊教學(xué),既考慮了物理實(shí)驗(yàn)課程的普遍性,又考慮了學(xué)生的專業(yè)性,使教學(xué)有層次、有針對(duì)性;學(xué)生選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,能使學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)、興趣愛好得到張揚(yáng).有利于學(xué)生對(duì)專業(yè)的理解和對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的認(rèn)識(shí),強(qiáng)化專業(yè)思維意識(shí),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性.

探索;大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);專業(yè)思維;模塊教學(xué)

1 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段的關(guān)于實(shí)驗(yàn)的入門課程,是接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端,在對(duì)大學(xué)生整個(gè)素質(zhì)培養(yǎng)的過(guò)程中起著不可替代的基礎(chǔ)性的先導(dǎo)作用.但是,由于該課程在低年級(jí)開設(shè),因?qū)W生對(duì)本專業(yè)缺乏深入了解,一般學(xué)生對(duì)該課程在專業(yè)中的地位認(rèn)識(shí)不清,學(xué)習(xí)積極性不高,學(xué)習(xí)效果不理想,不利于專業(yè)人才的培養(yǎng).如何在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,在不改變課程學(xué)時(shí)和課程性質(zhì)的基礎(chǔ)上,根據(jù)學(xué)生專業(yè)的不同,引導(dǎo)學(xué)生從專業(yè)學(xué)習(xí)的角度來(lái)思考和分析物理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,促進(jìn)對(duì)專業(yè)的理解和對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的認(rèn)識(shí),強(qiáng)化專業(yè)思維意識(shí),提高學(xué)習(xí)積極性.這是我們從事物理實(shí)驗(yàn)教育的廣大人員值得研究的一個(gè)課題.我校近年來(lái)很重視在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)思維的訓(xùn)練.隨著教學(xué)改革的開展,我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探索.

2 構(gòu)建模塊教學(xué)體系,適應(yīng)專業(yè)思維訓(xùn)練

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與專業(yè)思維訓(xùn)練接軌

我們從2007年開始探索大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)專業(yè)大類模塊的設(shè)置,我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)總共64學(xué)時(shí),2個(gè)學(xué)分,一般安排在學(xué)生的第二或第三學(xué)期進(jìn)行,每屆開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有4500余人,共約37個(gè)理、工科專業(yè).我們根據(jù)專業(yè)特點(diǎn),分成交通、電力、水利、信息、材料、化工、機(jī)械和其他8大類.同時(shí)我們充分利用實(shí)驗(yàn)室資源,盡可能多地開出與各專業(yè)相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn),目前共計(jì)40余個(gè)項(xiàng)目,其中基本型實(shí)驗(yàn)27個(gè)(3學(xué)時(shí)/個(gè))、提高型(綜合應(yīng)用、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn))10個(gè)(6學(xué)時(shí)/個(gè))、演示專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)3個(gè)(3學(xué)時(shí)/個(gè)).根據(jù)專業(yè)大類的劃分來(lái)配置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,形成模塊,以適應(yīng)學(xué)生專業(yè)的發(fā)展需要.每個(gè)專業(yè)大類的學(xué)生,規(guī)定必做8～10個(gè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,剩余則由學(xué)生選做.做到在保證基礎(chǔ)知識(shí)、基本方法和基本技能訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,按專業(yè)大類設(shè)置專業(yè)思維訓(xùn)練模塊,突出專業(yè)思維能力的培養(yǎng).比如:給土木專業(yè)類學(xué)生開設(shè)金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)、棒狀楊氏模量實(shí)驗(yàn)等與本專業(yè)關(guān)系密切的實(shí)驗(yàn);電子信息專業(yè)的學(xué)生開設(shè)一些傳感器的實(shí)驗(yàn)、光速的測(cè)定、數(shù)字信號(hào)光纖傳輸技術(shù)等實(shí)驗(yàn);材料類學(xué)生多開設(shè)物性測(cè)量方面的內(nèi)容,如線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、物體空隙度、密度檢測(cè)等項(xiàng)目;掃描隧道顯微鏡(STM)適合于物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及機(jī)械加工等專業(yè)的學(xué)生來(lái)做實(shí)驗(yàn)等.

2.2 更新拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,促進(jìn)專業(yè)思維訓(xùn)練

一方面,通過(guò)引入實(shí)驗(yàn)新理論、新技術(shù)、新方法,采用現(xiàn)代測(cè)驗(yàn)手段升級(jí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),如在楊氏模量、分光計(jì)、牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中,在原有觀察系統(tǒng)功能上,增加CCD攝像顯示系統(tǒng)或激光瞄準(zhǔn)系統(tǒng),增強(qiáng)可視性;在力、熱實(shí)驗(yàn)中增加低溫、真空、材料熱導(dǎo)等實(shí)驗(yàn);在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)“示波”測(cè)量,逐步使用讀出示波器和存儲(chǔ)示波器,增加虛擬儀器;在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中用平臺(tái)取代導(dǎo)軌,用光柵光譜儀代替棱鏡攝譜儀,用光電傳感器代替目視,變定性測(cè)量為定量測(cè)量.實(shí)驗(yàn)中增加傳感器和計(jì)算機(jī)控制、采集和處理數(shù)據(jù)的內(nèi)容,同時(shí)開展計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn),模擬實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)的效果等.開闊學(xué)生視野,讓學(xué)生了解應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)新技術(shù)與現(xiàn)代手段.

另一方面,結(jié)合工科不同的專業(yè)特點(diǎn),在保留原實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上盡可能引申它在工程技術(shù)中的應(yīng)用.例如:電橋?qū)嶒?yàn)強(qiáng)調(diào)在工業(yè)檢測(cè)中對(duì)高、中、低值電阻測(cè)定的條件,尤其是橋式電路在智能儀器儀表、傳感儀器中的廣泛使用;等厚干涉實(shí)驗(yàn)在當(dāng)今檢驗(yàn)表面粗糙程度和細(xì)絲直徑的應(yīng)用,特別指出其在精確測(cè)量微小位移等方面的重要意義;超聲波探傷儀檢測(cè)物體空隙度、密度實(shí)驗(yàn)在探測(cè)金屬與非金屬材料的應(yīng)用,特別是探傷橋梁、道路方面的使用.從而使學(xué)生領(lǐng)悟到物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值,提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣.

2.3 開發(fā)能結(jié)合學(xué)生專業(yè)思維訓(xùn)練的典型項(xiàng)目

設(shè)計(jì)開發(fā)能訓(xùn)練學(xué)生專業(yè)思維的綜合應(yīng)用性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.如金屬線的楊氏模量系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,傳統(tǒng)情況我們只采用“靜態(tài)拉伸法”這種方法,只牽涉到光學(xué)和力學(xué)知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)基本能力的綜合運(yùn)用,我們現(xiàn)在采用“靜態(tài)拉伸法”和“動(dòng)態(tài)懸掛法、支撐法”共同測(cè)量金屬線的楊氏模量系數(shù),使得這一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就綜合了力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)基本能力.又如,超導(dǎo)磁懸浮力測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,有關(guān)于高溫超導(dǎo)的近代物理內(nèi)容、有關(guān)于抗磁體磁懸浮的磁學(xué)內(nèi)容、有關(guān)于壓力傳感器的力學(xué)和電學(xué)的內(nèi)容,還有關(guān)于使用液氮降溫等方面的熱學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,等;同時(shí),這個(gè)實(shí)驗(yàn)還包括了如何讀千分表、如何合理選取實(shí)驗(yàn)點(diǎn)、如何列表、如何定標(biāo)等實(shí)驗(yàn)基本方法與技能的訓(xùn)練.又如,在膠片密度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,我們要求學(xué)生用米尺測(cè)量柯達(dá)照相膠片的長(zhǎng)度、用游標(biāo)卡尺測(cè)量膠片的寬度、用千分尺測(cè)量膠片的厚度、用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量膠片的齒孔大小,從而計(jì)算它的體積,再用電子天平測(cè)量它的質(zhì)量,最后求出膠片的密度及其不確定度.這個(gè)實(shí)驗(yàn)把實(shí)驗(yàn)室常用的各種長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器都用到了,并且對(duì)各種情況下不確定度的估算也有較全面的訓(xùn)練.再如,在超聲波探傷儀檢測(cè)物體空隙度、密度實(shí)驗(yàn)中,我們把金屬與非金屬兩種探傷儀組合在一起,同時(shí)備有銅、鐵、水泥等多種樣品材料,既訓(xùn)練掌握對(duì)不同材料的測(cè)試方法和儀器的操作步驟,又能了解各自的特點(diǎn)及應(yīng)用情況.我們針對(duì)不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)的學(xué)生設(shè)置了一些設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,供學(xué)生憑自己興趣選做.如熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)、鍍膜玻璃導(dǎo)熱率與透光率的測(cè)定、雙絞線斷點(diǎn)位置的確定等,引導(dǎo)學(xué)生充分利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)資源,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案,分析方案的可行性,學(xué)生自己去思考、去動(dòng)手、去分析問(wèn)題與解決問(wèn)題.

2.4 建立演示實(shí)驗(yàn)室,是對(duì)學(xué)生專業(yè)思維訓(xùn)練的有效補(bǔ)充

我校于2007年投資90萬(wàn)元,建立了演示實(shí)驗(yàn)室,能開出演示項(xiàng)目110余個(gè),我們把它們分成演示實(shí)驗(yàn)1(力、熱學(xué)部分)、演示實(shí)驗(yàn)2(電磁學(xué)部分)和演示實(shí)驗(yàn)3(光學(xué)部分)三個(gè)專項(xiàng),每個(gè)專項(xiàng)3學(xué)時(shí),供學(xué)生們選做.演示實(shí)驗(yàn)融知識(shí)性、趣味性、實(shí)踐性、拓創(chuàng)性于一體,不僅能幫助學(xué)生理解物理概念、掌握物理規(guī)律、激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)奧妙的熱情、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí),更能讓學(xué)生輕松切實(shí)地體會(huì)到物理知識(shí)與生活實(shí)際密切相關(guān),與專業(yè)學(xué)習(xí)密切相關(guān).

3 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理的開放式教學(xué),保障專業(yè)思維訓(xùn)練

分模塊教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)室的多樣化,實(shí)驗(yàn)的需求增加,實(shí)驗(yàn)室的利用率不斷提高,這些都要求大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室全面開放:時(shí)間上開放——學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間;各層次實(shí)驗(yàn)室開放——學(xué)生根據(jù)自己的意愿選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.在滿足學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生自主實(shí)驗(yàn).我們是以基于校園網(wǎng)的“實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)”來(lái)組織實(shí)施開放式教學(xué)的.老師利用管理平臺(tái)很容易實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的每個(gè)學(xué)生的必做和選做項(xiàng)目的設(shè)置,可及時(shí)公布、調(diào)整與掌握各個(gè)實(shí)驗(yàn)的開放情況,還可用作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的計(jì)算機(jī)管理.學(xué)生通過(guò)網(wǎng)上利用管理平臺(tái)很方便選課,選擇感興趣的項(xiàng)目和適合自己的開放時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室完成規(guī)定個(gè)數(shù)的實(shí)驗(yàn),還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)和瀏覽演示項(xiàng)目,體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教育理念.

4 制訂多樣化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與課程考核制度,激勵(lì)專業(yè)思維訓(xùn)練

我們制定了《物理實(shí)驗(yàn)評(píng)分細(xì)則》,詳細(xì)規(guī)定了物理實(shí)驗(yàn)考核的內(nèi)容、形式、成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等,讓學(xué)生和老師在考核時(shí)都有制度可依,按制度執(zhí)行.課程成績(jī)是各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績(jī)的總評(píng),每個(gè)項(xiàng)目成績(jī)應(yīng)包含以下幾個(gè)部分:實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備成績(jī)——檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所做實(shí)驗(yàn)的理論理解、實(shí)驗(yàn)儀器的掌握和實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案的確立程度;實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)——考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用、對(duì)實(shí)驗(yàn)中問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與解決情況;實(shí)驗(yàn)結(jié)果成績(jī)——不同層次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求不同:基本型物理實(shí)驗(yàn)以撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主,提高型的綜合性物理實(shí)驗(yàn)要求撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)分析討論相結(jié)合,提高型的設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)以設(shè)計(jì)方案、作品展示為主,演示型物理實(shí)驗(yàn)以心得體會(huì)為主.評(píng)價(jià)考核的原則是“重過(guò)程”,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中訓(xùn)練、提高.

5 結(jié)束語(yǔ)

以上僅是我們對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索.實(shí)踐中體會(huì)到,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)行分專業(yè)大類的模塊教學(xué),既考慮了物理實(shí)驗(yàn)課程的普遍性,又考慮了學(xué)生的專業(yè)性,使教學(xué)有層次、有針對(duì)性.學(xué)生選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,能使學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)、興趣愛好得到張揚(yáng).有利于學(xué)生從專業(yè)的角度來(lái)看待和分析課程,從課程的角度來(lái)把握專業(yè)的學(xué)習(xí)方向,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維能力,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性.但是,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建是一個(gè)長(zhǎng)期研究的課題,每個(gè)學(xué)校的學(xué)生基礎(chǔ)、專業(yè)特點(diǎn)、師資力量及實(shí)驗(yàn)條件都不相同,因此,只要找到適合自己實(shí)際情況的好路子,教學(xué)改革就是成功的.

[1] 李培根.談專業(yè)教育中的宏思維能方培養(yǎng)[J].中國(guó)高等教育,2009,26(1):16～17

[2] 邵晉英.關(guān)于思維訓(xùn)練中的若干問(wèn)題研究[J].教育理論與實(shí)踐,2006,26(12):40～43

[3] 沈元華等.深化教學(xué)改革,創(chuàng)建“平臺(tái)物理實(shí)驗(yàn)”[J].物理實(shí)驗(yàn),2005,28(8):22～25

[4] 熊永紅等.工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與探索[J].物理實(shí)驗(yàn),2005,25(2):28～30

[5] 楊周琴.專業(yè)化、寬口徑式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2001,18(2):90～92

[6] 姚合寶等.物理實(shí)驗(yàn)的層次教學(xué)與思維能力的培養(yǎng)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2001,14(2):69～70

[7] 張銳波.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2003,16(2):84～86

[8] 周晶.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K教學(xué)及模塊管理體制的改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),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)

＊湖南省教學(xué)改革項(xiàng)目(J G0808z、sj0902)和長(zhǎng)沙理工大學(xué)教改項(xiàng)目(J G0948、J G0949)資助.

唐貴平(1968年出生),男,四川省大竹縣人,碩士,副教授,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心主任,從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與功能分子器件設(shè)計(jì)的研究.