范洋濤 周 倩 劉艷輝 趙 闖 趙光菊

(貴州大學(xué)物理學(xué)院 貴州 貴陽 550025)

“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”探索與實(shí)踐*

范洋濤 周 倩 劉艷輝 趙 闖 趙光菊

(貴州大學(xué)物理學(xué)院 貴州 貴陽 550025)

為了更加切實(shí)有效地開展大學(xué)物理教學(xué)工作，過去5年內(nèi)，在大學(xué)物理實(shí)踐教學(xué)過程中，摸索出一套較為有效的“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”，主要對該模式及其實(shí)踐情況進(jìn)行簡要介紹.

大學(xué)物理 大學(xué)物理教學(xué) 大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式

1 引言

大學(xué)物理學(xué)是理工科的基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容包括理論課程和實(shí)驗(yàn)課程[1]，其基本研究方法與思維方式對非物理專業(yè)理工科學(xué)生學(xué)習(xí)方法和思維習(xí)慣的形成有很大影響.通過理論課程學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅獲取知識，同時(shí)學(xué)會(huì)建立物理模型、定性分析和定量計(jì)算.而實(shí)驗(yàn)課程可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、綜合判斷能力，開闊學(xué)生思路和視野，利用已掌握的理論知識和實(shí)驗(yàn)室器材可以激發(fā)學(xué)生探索和創(chuàng)新精神[2,3].因此，大學(xué)物理教學(xué)改革已經(jīng)成為提高教學(xué)質(zhì)量的焦點(diǎn).隨著現(xiàn)今大學(xué)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，非物理專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)改革也面臨許多亟待解決的問題.

從教師的角度來看，主要存在以下問題：

(1) 課程安排課時(shí)不能完全覆蓋教學(xué)內(nèi)容，課程介紹的前沿知識與現(xiàn)代應(yīng)用方面不足.

(2)教學(xué)大綱與各專業(yè)之間的結(jié)合不夠緊湊，忽略了專業(yè)之間的差異性.

(3)教學(xué)手段不夠豐富，理論課程與實(shí)驗(yàn)課程很難同步，課堂演示實(shí)驗(yàn)幾乎為零，很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

(4) 大學(xué)物理教學(xué)得不到足夠的重視.

從學(xué)生的角度來看，主要存在以下問題：

(1)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力不足，習(xí)慣于單一課堂上的學(xué)習(xí).

(2)作為一門基礎(chǔ)課，大學(xué)物理課在大學(xué)一年級下學(xué)期開始講授，對于剛從高中升學(xué)的學(xué)生來說，仍習(xí)慣于高中物理的學(xué)習(xí)方法，沒有有效掌握高等數(shù)學(xué)的微積分思想，從而影響大學(xué)物理的教學(xué)質(zhì)量.

(3)學(xué)生與學(xué)生之間的個(gè)性化差異，使得教師在教學(xué)過程中不能兼顧到位.

為了提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量，克服大學(xué)物理教學(xué)過程中面臨的困難，提出了“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”，在過去5年的教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果.本文主要介紹“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”的思想及實(shí)踐情況.

2 大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式

大學(xué)物理作為公共基礎(chǔ)課，一般采用自由選課系統(tǒng)選課，從而導(dǎo)致教學(xué)班內(nèi)學(xué)生專業(yè)眾多，“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”是考慮到學(xué)生之間的專業(yè)不同而把大學(xué)物理課程劃分為不同的模塊，并與學(xué)生專業(yè)結(jié)合，以具體模塊對應(yīng)大學(xué)物理基本原理為基礎(chǔ)，提出適合學(xué)生解決的交叉學(xué)科問題，以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生自由組合成學(xué)習(xí)、研究小組來解決設(shè)定的問題，并給予適當(dāng)引導(dǎo)，最后將結(jié)果反饋到課堂教學(xué)過程中，基本思想如圖1所示.

圖1 “大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”示意圖

這種模式幫助學(xué)生在課堂上掌握好基本理論，同時(shí)，利用課外時(shí)間進(jìn)行學(xué)研結(jié)合來解決具體問題，從而加強(qiáng)學(xué)生對基本理論的理解，克服實(shí)踐教學(xué)課時(shí)不足的問題.這個(gè)模式充分發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性與群體協(xié)同性，豐富教學(xué)的同時(shí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生對大學(xué)物理的學(xué)習(xí)興趣.

3 大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式實(shí)踐

結(jié)合歷年的大學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐，主要針對機(jī)械自動(dòng)化、土木工程、生物制藥、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等專業(yè)開展大學(xué)物理教學(xué)，基于以上專業(yè)的特點(diǎn)劃分大學(xué)物理理論體系，主要有電磁學(xué)理論模塊、力學(xué)模塊、量綱分析及靜電學(xué)等理論模塊，分別與機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)、土木工程專業(yè)、生物學(xué)專業(yè)、數(shù)學(xué)專業(yè)及計(jì)算機(jī)專業(yè)結(jié)合，開展完成相關(guān)交叉學(xué)科問題研究，下面以兩個(gè)典型案例介紹“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”實(shí)踐情況.

3.1 車載直流發(fā)電器的設(shè)計(jì)

將54只發(fā)光二極管并聯(lián)接入回路，當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來，發(fā)電器能夠輸出一定的電動(dòng)勢，調(diào)整好圖2(b)中發(fā)光二極管組的接入方向，發(fā)光二極管組能夠正常工作.4種顏色的發(fā)光二極管均發(fā)光.由此可以說明，車載發(fā)電器已經(jīng)正常工作，輸出穩(wěn)定、單一方向的電流.通過調(diào)整線圈中鐵芯等影響電動(dòng)勢的因素，學(xué)生能夠更加直觀地理解、掌握電磁感應(yīng)定律.

圖2 車載發(fā)電器線圈分布結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 生物粒子內(nèi)吞問題研究

這部分工作是將理想氣體壓強(qiáng)公式p=ckBT推廣到稀溶液體系，使學(xué)生進(jìn)一步理解理想氣體壓強(qiáng)公式在稀溶液體系中的應(yīng)用，即稀溶液體系中的滲透壓，其實(shí)質(zhì)為熵驅(qū)動(dòng)的排空效應(yīng)問題.由生物、力學(xué)、物理等專業(yè)學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，以生物粒子內(nèi)吞過程為切入點(diǎn)，由生物專業(yè)學(xué)生簡介內(nèi)吞過程的基本生物過程，使成員了解內(nèi)吞過程，然后小組成員一起分析內(nèi)吞過程的物理因素，最后由物理、力學(xué)專業(yè)的學(xué)生建立具體的物理模型.整個(gè)過程，教師給予學(xué)生適當(dāng)指導(dǎo)，解決具體困難問題.

圖3 生物粒子內(nèi)吞示意圖及其結(jié)果

4 總結(jié)

通過“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”的實(shí)施，學(xué)生能夠以團(tuán)隊(duì)的形式開展工作，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，緩解了教學(xué)過程中實(shí)踐教學(xué)課時(shí)不足的困難.通過把成果反饋回課堂，豐富了教學(xué)手段，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高了課堂教學(xué)效果，通過開展“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”，取得了一系列教學(xué)成果：

(1)以“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”獲得的成果為藍(lán)本，進(jìn)一步擴(kuò)展，編輯成了貴州大學(xué)通識課“生活中的物理學(xué)”講義.

(2)“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”獲得了貴州大學(xué)高等教育研究項(xiàng)目及貴州大學(xué)省級本科教學(xué)工程項(xiàng)目資助.

(3) “大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”使一批非物理專業(yè)本科生獲得較好的物理基礎(chǔ)培訓(xùn)，一批一直參與“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”的學(xué)生以優(yōu)異的成績獲得研究生免試保送資格，分別保送到中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院巖土所、東華大學(xué)等院所，他們的反饋顯示“大學(xué)物理循環(huán)教學(xué)模式”為其研究生期間的工作奠定了基礎(chǔ).

(4)部分學(xué)生在SCI收錄期刊[6]和《物理通報(bào)》等刊物發(fā)表了研究論文10余篇[7,8]，相關(guān)設(shè)計(jì)獲得貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)，甚至出現(xiàn)了原來對大學(xué)物理毫無興趣的學(xué)生，轉(zhuǎn)而對大學(xué)物理產(chǎn)生了濃厚興趣的情況.

1 馬文蔚,蘇惠惠,解希順.物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用(第3版).北京：高等教育出版社，2006

2 嚴(yán)燕來,葉慶好.大學(xué)物理拓展與應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002

3 趙凱華,陳熙謀.電磁學(xué)(第2版).北京：高等教育出版社，1984

4 馬文蔚.大學(xué)物理學(xué)(第2版).北京：高等教育出版社，1984

5 孫桓,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理(第7版).北京：高等教育出版社，2006

6 Zeng Yan, Liu Yanhui, Chen Yingbing, etc. Dependence of Endocytosis Caused by Depletion Effects on the Aspect Ratio of Colloidal Particle. Journal of Biological Systems, 2015, 23(1): 49～56

7 金永貴，張杰，張國軍，等.非接觸式車載直流發(fā)電器的原理設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn).物理通報(bào)，2014(6)：37～39

8 劉艷輝，毛偉，陳盈冰.基于“生物磁現(xiàn)象”的電磁學(xué)教學(xué)拓展.物理通報(bào)，2014(6)：25～28

Exploration and Practice on theCyclingTeachingModeofUniversityPhysics

Fan Yantao Zhou Qian Liu Yanhui Zhao Chuang Zhao Guangju

(College of Physics, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025)

In order to more effectively carry out the university physics teaching in the teaching process, it is necessary to carry out the practice teaching based on physical theory. In the past five years, an effective cycling mode for teaching of university physics has been detected and practiced. The highlight of this mode will be introduced in this article.

university physics； teaching of university physics； cycling mode for teaching of university physics

*貴州大學(xué)高等教育項(xiàng)目(2014)；貴州大學(xué)省級本科教學(xué)工程項(xiàng)目,項(xiàng)目編號：SJJG201615；貴州大學(xué)SRT項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2015141；貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目(2016).

趙闖(1981- )，男，博士，副教授，主要從事軟凝聚態(tài)物理方面的研究.

2016-12-15)