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大学物理实验教学实践论文

摘要:高等工科院校加强物理实验环节教学是不断提高物理教学质量的先决条件,也是其他自然科学教学研究的重要基础。结合学生实际情况,开展教学改革实践,培养学生的学习兴趣,不断提高教学效果,促进学生人生观和价值观的正确形成,将对物理学的教育及人才培养起到深远意义。通过改革和教学实践,引入情境教学模式,不断提高大学物理实验教学效果,增强大学物理实验教学的艺术性和互动性。

关键词:大学物理实验;教学改革;教学实践

物理学是研究宇宙中物质运动的最一般规律、物质基本结构及物质间相互作用的学科。物理学一直是所有自然科学的基础,现代社会文明的不断发展,说到底是物理学的进步和发展,所以可以这么说,人类社会的科学技术发展,其实是物理学的进步和发展。物理学研究大至宇宙,中间至介观物质,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,因此成为其他各自然科学学科的研究基础[1-5]1,170,66,5,17,144。物理学的理论结构体系、定律、过程及结论必须充分地运用数学作为自己的工作语言,并辅以科学实验作为检验物理理论正确性的唯一标准,因此从另一方面来说物理学也是当今最精密的一门自然科学学科。物理学的形成是以实验作为基础的,它的研究方法一般是在观察和实验的基础上,对物理现象进行分析、归纳、抽象、概括和总结,从而建立物理定律,形成物理理论,最后再将物理理论回归到实验中去接受检验,这样也促进物理学的不断发展。大学物理实验是高等工科院校对理工科学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修课程,是学生进入大学阶段后接受系统的实验方法和实验技能培训的开端,也是各理工科后续专业课程实验的重要基础[5]17。实验环节是物理学的基础,也是物理理论知识的源泉。教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会2006年工作指出要切实实施和进一步完善大学物理和大学实验物理课程教学基本要求[5]17。高等工科院校加强物理实验环节教学是不断提高物理教学质量的先决条件,也是其他自然科学教学研究的重要基础。大学物理实验课程既是一门老课程,也是一门新课程。老在开设时间较长,理工科院校都要开设;新在现代科技日新月异,要求大学物理实验内容及教学方法也不断改进。结合学生实际情况,开展教学改革实践,培养学生的学习兴趣,不断提高教学效果,促进学生人生观和价值观的正确形成,将对物理学的教育及人才培养起到深远意义。文章结合应用型理工科高等院校的实际,总结笔者从事大学物理实验教学多年的一点心得体会,进行改革实践,以期对大学物理实验的教学进步起到参考作用。

一、大学物理实验课程教学现状

(一)教学现状。大学物理实验课程一般跟随大学物理课程的授课时间开设,常常设在第二学期和第三学期。上课的对象正是大一和大二的学生,而大一和大二阶段正是学生从高中阶段到本科阶段的转折适应阶段,有相当一些学生还未形成主动学习的习惯和观念,因此,学生自制力较差,动手能力较弱,这主要是因为进入大学阶段之后没有了中学阶段的严格的管理,学生放松学习的后果。其次,以高中阶段为代表的中学学习对理论的重视程度很高,有的高中尚未正式开设实验课程,有的高中开设了实验课程,但也常流于形式,因此学生对实验课程的重视程度不够,导致有少部分学生对待大学物理实验课程不够认真。第三,由于大学物理实验课程是大学阶段开设的第一门实验性课程,因此,在上课之初,学生的好奇心较强,求知欲也比较强,一部分学生期望培养自己的动手能力,将理论与实践结合,为将来的习惯养成和个人发展奠定一定的基础。第四,现代科技高速发展,现代物理学的发展是以实验为基础的较为成熟的理论体系,实验过程也严格以理论为指导,教学过程中的理论与实验往往容易造成脱节,造成重理论,轻实践的情况。(二)教学内容。现代物理学飞速发展,研究领域和研究成果日新月异,应用领域也日益广泛。各种新内容、新知识、新方法、新技术、新形式不断涌现。河南城建学院数理学院承担了全校理工科本科生的大学物理实验教学,通过实践,结合我校实际,依照物理学的理论体系,参考国内兄弟高校的经验,多年来,河南城建学院数理学院大学物理实验课程在两个学期开设了十二个实验,每学期开设六个实验,与大学物理课程的教学进度基本保持一致[1]1。全年开设的实验项目有:密度的测量、拉伸法测量金属丝的杨氏模量、刚体转动惯量的测量、液体表面张力系数的测定、透镜焦距的测定、电桥法测电阻;示波器的原理和使用、霍尔效应及其应用、声速的测定、牛顿环装置测量平凸镜的曲面半径、铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线的测量和光电效应实验测量普朗克常数。上述实验项目,从知识体系和科学内容方面来说,分别对应大学物理课程的教学环节,对应力学、刚体、光学、电学、磁学、电磁学、机械波和现代物理学等章节。通过这些实验项目,学生将理论知识具体化为形象的实践,使得为例知识形象、生动和具体化。

二、大学物理实验课程教学改革实践

(一)改革思路。应用型理工科高校的任务之一是培养适应中国社会发展所需要的应用型、复合型和创新型人才。人才的培养途径一直以来都是通过系统理论知识、专业技术技能和综合的文化知识的传授来实现。但是,大学物理实验的中心是“实验”,如何创新性地将实验课程传授过程有声有色,一来使物理学这门学科具体化、抽象化,进而不断提高学生对自然科学的兴趣;二来培养学生实事求是、严谨认真的科学素养;三来促进初步养成大学阶段的世界观;四来有助于培养整洁有序、善于思考、理智成熟的习惯。从而达到大学物理实验课程的开设目的,将是一个持续的研究课题。(二)改革实践。结合实际,笔者在大学物理实验教学过程中开展了教学改革的实践,通过改革实践,收到了较好的效果。这主要体现在以下几个方面,首先,学生对实验课程的兴趣提高了,这表现在他们脑海中的问题多了起来,与老师沟通的也多了,有部分学生还提出了一些有意义的疑问。其次,学生做实验的主动性提高了,效率提高了,完成实验环节的时间也缩短了。最后,体现在实验课程作业方面,实验报告书写也比以前工整了,数据处理也更加规范化。下面,以示波器的原理和使用这个实验为例,详述一下教学改革的过程和方法。在示波器的原理和使用这个实验项目中,主要讲授示波器的工作原理和示波器的使用,涉及的物理学理论知识有电学、磁学、光学。具体项目有,信号的观察、信号周期的测量、信号振幅的测量、李萨如图形的观察以及未知信号的测量及误差分析。教学过程中,学生完成预习过程,早早地来到实验室,在实验课教师的安排下,了解并熟悉实验仪器的各个组成部分及功能之后。打开实验仪器(电源、示波器、信号发生器),实验环节开展过程如图1所示:为避免一开始就是理论讲授,造成学生重复大学物理的理论学习情境,从而引起部分学生的厌学情绪。在实验之初,首先强调实验仪器的生产制造过程,引导学生爱护仪器设备,开展科学研究过程的严肃性和科学性,并要实事求是。接着,就引导学生进入实验过程,打开仪器,在实验仪器正常的情况下,会出现图1中的四种图形所显示的情境画面。这四种情境分别是示波器上显示的无任何图形、显示其他波形、显示正弦波形和显示李萨如图形。按照学生接受知识的顺序和一般规律,学生面对仪器所展示的这些情境,将会产生一定的求知欲望,然后结合所面对的情境,简要地向学生讲述相关物理知识,再引申到其他方面的现实应用。再次,向学生较为系统地讲述显示的原理,相关旋扭或者按键的使用。最后,结合本次教材上所列的本实验的测试测量项目,举一个例子,测量相关信号的参数。在此之后,让学生自己开始实验,此间有问题学生再咨询授课教师。完成实验后,完成实验数据的记录和整理,以及实验报告的书写。在此期间,教师举一些错误的实验操作步骤,这个过程往往会引起部分学生的共鸣,并引发他们对本实验环节和后续实验项目的思考。大学物理实验教学艺术方面,笔者认为教无定法,但是应当围绕教学目的、培养人才的初衷和塑造未来建设者的目的,坚持百花齐放,百家争鸣。在教学方法上,需要开展的工作还有很多,这方面的探索和研究也是高等教育教学历史上的一个永久的任务和课题[6]144。通过情境互动模式,找好切入点,在生动性、趣味性、感官上更易接受的实践教学过程中适当、适时将基本原理和和基本知识融汇于其中,能够有效激发学生的学习兴趣,调动学生积极性,不断提高教学效果。

大学物理实验是高等工科院校一门独立的必修课程,也是各理工科后续专业课程实验的重要基础。实验环节是物理学的基础,也是物理理论知识的源泉。高等工科院校加强物理实验环节教学是不断提高物理教学质量的先决条件,也是其他自然科学教学研究的重要基础。现代科技的发展日新月异,大学物理实验内容及教学方法也应该不断改进。在此过程中结合学生实际情况,开展教学改革实践,培养学生的学习兴趣,不断提高教学效果,促进学生人生观和价值观的正确形成,将对物理学的教育及人才培养起到深远意义。不断提高大学物理实验教学效果,增强大学物理实验教学的艺术性和互动性,不断开拓大学物理实验教学新局面,还需要教师在长期的教学实践中不断地探索、总结和提升。

参考文献

[1]张凤玲,杨秀芹.大学物理实验[M].郑州:河南科学技术出版社,2012.

[2]杜亚冰,黄晓亚.大学物理与专业课相结合的教学模式探索[J].牡丹江大学学报,2012(7).

[3]时天宇,冷宜霖,陈泽坤,等.基于转动惯量平台与智能手机的教研实验探究[J].物理与工程,2017(4).

[4]霍剑青.大学物理实验课程教学基本要求的指导思想和内容解读[J].物理与工程,2007(1).

[5]钟佑洁,杨尊先.电子学科的固体物理教学改革初探[J],物理通报,2013(8).

[6]韩仁学,武立立,孙杨.现代课程与教学论核心思想在大学物理实验教学中的应用[J],大学物理实验,2017(4).

作者:张飞鹏 单位:1.河南城建学院 2.石家庄铁道大学

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