大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐論文
時間:2022-07-04 03:25:01
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摘要:高等工科院校加強物理實驗環(huán)節(jié)教學(xué)是不斷提高物理教學(xué)質(zhì)量的先決條件,也是其他自然科學(xué)教學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。結(jié)合學(xué)生實際情況,開展教學(xué)改革實踐,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,不斷提高教學(xué)效果,促進(jìn)學(xué)生人生觀和價值觀的正確形成,將對物理學(xué)的教育及人才培養(yǎng)起到深遠(yuǎn)意義。通過改革和教學(xué)實踐,引入情境教學(xué)模式,不斷提高大學(xué)物理實驗教學(xué)效果,增強大學(xué)物理實驗教學(xué)的藝術(shù)性和互動性。
關(guān)鍵詞:大學(xué)物理實驗;教學(xué)改革;教學(xué)實踐
物理學(xué)是研究宇宙中物質(zhì)運動的最一般規(guī)律、物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)及物質(zhì)間相互作用的學(xué)科。物理學(xué)一直是所有自然科學(xué)的基礎(chǔ),現(xiàn)代社會文明的不斷發(fā)展,說到底是物理學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展,所以可以這么說,人類社會的科學(xué)技術(shù)發(fā)展,其實是物理學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。物理學(xué)研究大至宇宙,中間至介觀物質(zhì),小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運動形式和規(guī)律,因此成為其他各自然科學(xué)學(xué)科的研究基礎(chǔ)[1-5]1,170,66,5,17,144。物理學(xué)的理論結(jié)構(gòu)體系、定律、過程及結(jié)論必須充分地運用數(shù)學(xué)作為自己的工作語言,并輔以科學(xué)實驗作為檢驗物理理論正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn),因此從另一方面來說物理學(xué)也是當(dāng)今最精密的一門自然科學(xué)學(xué)科。物理學(xué)的形成是以實驗作為基礎(chǔ)的,它的研究方法一般是在觀察和實驗的基礎(chǔ)上,對物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、歸納、抽象、概括和總結(jié),從而建立物理定律,形成物理理論,最后再將物理理論回歸到實驗中去接受檢驗,這樣也促進(jìn)物理學(xué)的不斷發(fā)展。大學(xué)物理實驗是高等工科院校對理工科學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的一門獨立的必修課程,是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段后接受系統(tǒng)的實驗方法和實驗技能培訓(xùn)的開端,也是各理工科后續(xù)專業(yè)課程實驗的重要基礎(chǔ)[5]17。實驗環(huán)節(jié)是物理學(xué)的基礎(chǔ),也是物理理論知識的源泉。教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會2006年工作指出要切實實施和進(jìn)一步完善大學(xué)物理和大學(xué)實驗物理課程教學(xué)基本要求[5]17。高等工科院校加強物理實驗環(huán)節(jié)教學(xué)是不斷提高物理教學(xué)質(zhì)量的先決條件,也是其他自然科學(xué)教學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。大學(xué)物理實驗課程既是一門老課程,也是一門新課程。老在開設(shè)時間較長,理工科院校都要開設(shè);新在現(xiàn)代科技日新月異,要求大學(xué)物理實驗內(nèi)容及教學(xué)方法也不斷改進(jìn)。結(jié)合學(xué)生實際情況,開展教學(xué)改革實踐,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,不斷提高教學(xué)效果,促進(jìn)學(xué)生人生觀和價值觀的正確形成,將對物理學(xué)的教育及人才培養(yǎng)起到深遠(yuǎn)意義。文章結(jié)合應(yīng)用型理工科高等院校的實際,總結(jié)筆者從事大學(xué)物理實驗教學(xué)多年的一點心得體會,進(jìn)行改革實踐,以期對大學(xué)物理實驗的教學(xué)進(jìn)步起到參考作用。
一、大學(xué)物理實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀
(一)教學(xué)現(xiàn)狀。大學(xué)物理實驗課程一般跟隨大學(xué)物理課程的授課時間開設(shè),常常設(shè)在第二學(xué)期和第三學(xué)期。上課的對象正是大一和大二的學(xué)生,而大一和大二階段正是學(xué)生從高中階段到本科階段的轉(zhuǎn)折適應(yīng)階段,有相當(dāng)一些學(xué)生還未形成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣和觀念,因此,學(xué)生自制力較差,動手能力較弱,這主要是因為進(jìn)入大學(xué)階段之后沒有了中學(xué)階段的嚴(yán)格的管理,學(xué)生放松學(xué)習(xí)的后果。其次,以高中階段為代表的中學(xué)學(xué)習(xí)對理論的重視程度很高,有的高中尚未正式開設(shè)實驗課程,有的高中開設(shè)了實驗課程,但也常流于形式,因此學(xué)生對實驗課程的重視程度不夠,導(dǎo)致有少部分學(xué)生對待大學(xué)物理實驗課程不夠認(rèn)真。第三,由于大學(xué)物理實驗課程是大學(xué)階段開設(shè)的第一門實驗性課程,因此,在上課之初,學(xué)生的好奇心較強,求知欲也比較強,一部分學(xué)生期望培養(yǎng)自己的動手能力,將理論與實踐結(jié)合,為將來的習(xí)慣養(yǎng)成和個人發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。第四,現(xiàn)代科技高速發(fā)展,現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展是以實驗為基礎(chǔ)的較為成熟的理論體系,實驗過程也嚴(yán)格以理論為指導(dǎo),教學(xué)過程中的理論與實驗往往容易造成脫節(jié),造成重理論,輕實踐的情況。(二)教學(xué)內(nèi)容?,F(xiàn)代物理學(xué)飛速發(fā)展,研究領(lǐng)域和研究成果日新月異,應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛。各種新內(nèi)容、新知識、新方法、新技術(shù)、新形式不斷涌現(xiàn)。河南城建學(xué)院數(shù)理學(xué)院承擔(dān)了全校理工科本科生的大學(xué)物理實驗教學(xué),通過實踐,結(jié)合我校實際,依照物理學(xué)的理論體系,參考國內(nèi)兄弟高校的經(jīng)驗,多年來,河南城建學(xué)院數(shù)理學(xué)院大學(xué)物理實驗課程在兩個學(xué)期開設(shè)了十二個實驗,每學(xué)期開設(shè)六個實驗,與大學(xué)物理課程的教學(xué)進(jìn)度基本保持一致[1]1。全年開設(shè)的實驗項目有:密度的測量、拉伸法測量金屬絲的楊氏模量、剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量、液體表面張力系數(shù)的測定、透鏡焦距的測定、電橋法測電阻;示波器的原理和使用、霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用、聲速的測定、牛頓環(huán)裝置測量平凸鏡的曲面半徑、鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線的測量和光電效應(yīng)實驗測量普朗克常數(shù)。上述實驗項目,從知識體系和科學(xué)內(nèi)容方面來說,分別對應(yīng)大學(xué)物理課程的教學(xué)環(huán)節(jié),對應(yīng)力學(xué)、剛體、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、電磁學(xué)、機械波和現(xiàn)代物理學(xué)等章節(jié)。通過這些實驗項目,學(xué)生將理論知識具體化為形象的實踐,使得為例知識形象、生動和具體化。
二、大學(xué)物理實驗課程教學(xué)改革實踐
(一)改革思路。應(yīng)用型理工科高校的任務(wù)之一是培養(yǎng)適應(yīng)中國社會發(fā)展所需要的應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型人才。人才的培養(yǎng)途徑一直以來都是通過系統(tǒng)理論知識、專業(yè)技術(shù)技能和綜合的文化知識的傳授來實現(xiàn)。但是,大學(xué)物理實驗的中心是“實驗”,如何創(chuàng)新性地將實驗課程傳授過程有聲有色,一來使物理學(xué)這門學(xué)科具體化、抽象化,進(jìn)而不斷提高學(xué)生對自然科學(xué)的興趣;二來培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)素養(yǎng);三來促進(jìn)初步養(yǎng)成大學(xué)階段的世界觀;四來有助于培養(yǎng)整潔有序、善于思考、理智成熟的習(xí)慣。從而達(dá)到大學(xué)物理實驗課程的開設(shè)目的,將是一個持續(xù)的研究課題。(二)改革實踐。結(jié)合實際,筆者在大學(xué)物理實驗教學(xué)過程中開展了教學(xué)改革的實踐,通過改革實踐,收到了較好的效果。這主要體現(xiàn)在以下幾個方面,首先,學(xué)生對實驗課程的興趣提高了,這表現(xiàn)在他們腦海中的問題多了起來,與老師溝通的也多了,有部分學(xué)生還提出了一些有意義的疑問。其次,學(xué)生做實驗的主動性提高了,效率提高了,完成實驗環(huán)節(jié)的時間也縮短了。最后,體現(xiàn)在實驗課程作業(yè)方面,實驗報告書寫也比以前工整了,數(shù)據(jù)處理也更加規(guī)范化。下面,以示波器的原理和使用這個實驗為例,詳述一下教學(xué)改革的過程和方法。在示波器的原理和使用這個實驗項目中,主要講授示波器的工作原理和示波器的使用,涉及的物理學(xué)理論知識有電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)。具體項目有,信號的觀察、信號周期的測量、信號振幅的測量、李薩如圖形的觀察以及未知信號的測量及誤差分析。教學(xué)過程中,學(xué)生完成預(yù)習(xí)過程,早早地來到實驗室,在實驗課教師的安排下,了解并熟悉實驗儀器的各個組成部分及功能之后。打開實驗儀器(電源、示波器、信號發(fā)生器),實驗環(huán)節(jié)開展過程如圖1所示:為避免一開始就是理論講授,造成學(xué)生重復(fù)大學(xué)物理的理論學(xué)習(xí)情境,從而引起部分學(xué)生的厭學(xué)情緒。在實驗之初,首先強調(diào)實驗儀器的生產(chǎn)制造過程,引導(dǎo)學(xué)生愛護(hù)儀器設(shè)備,開展科學(xué)研究過程的嚴(yán)肅性和科學(xué)性,并要實事求是。接著,就引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入實驗過程,打開儀器,在實驗儀器正常的情況下,會出現(xiàn)圖1中的四種圖形所顯示的情境畫面。這四種情境分別是示波器上顯示的無任何圖形、顯示其他波形、顯示正弦波形和顯示李薩如圖形。按照學(xué)生接受知識的順序和一般規(guī)律,學(xué)生面對儀器所展示的這些情境,將會產(chǎn)生一定的求知欲望,然后結(jié)合所面對的情境,簡要地向?qū)W生講述相關(guān)物理知識,再引申到其他方面的現(xiàn)實應(yīng)用。再次,向?qū)W生較為系統(tǒng)地講述顯示的原理,相關(guān)旋扭或者按鍵的使用。最后,結(jié)合本次教材上所列的本實驗的測試測量項目,舉一個例子,測量相關(guān)信號的參數(shù)。在此之后,讓學(xué)生自己開始實驗,此間有問題學(xué)生再咨詢授課教師。完成實驗后,完成實驗數(shù)據(jù)的記錄和整理,以及實驗報告的書寫。在此期間,教師舉一些錯誤的實驗操作步驟,這個過程往往會引起部分學(xué)生的共鳴,并引發(fā)他們對本實驗環(huán)節(jié)和后續(xù)實驗項目的思考。大學(xué)物理實驗教學(xué)藝術(shù)方面,筆者認(rèn)為教無定法,但是應(yīng)當(dāng)圍繞教學(xué)目的、培養(yǎng)人才的初衷和塑造未來建設(shè)者的目的,堅持百花齊放,百家爭鳴。在教學(xué)方法上,需要開展的工作還有很多,這方面的探索和研究也是高等教育教學(xué)歷史上的一個永久的任務(wù)和課題[6]144。通過情境互動模式,找好切入點,在生動性、趣味性、感官上更易接受的實踐教學(xué)過程中適當(dāng)、適時將基本原理和和基本知識融匯于其中,能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動學(xué)生積極性,不斷提高教學(xué)效果。
大學(xué)物理實驗是高等工科院校一門獨立的必修課程,也是各理工科后續(xù)專業(yè)課程實驗的重要基礎(chǔ)。實驗環(huán)節(jié)是物理學(xué)的基礎(chǔ),也是物理理論知識的源泉。高等工科院校加強物理實驗環(huán)節(jié)教學(xué)是不斷提高物理教學(xué)質(zhì)量的先決條件,也是其他自然科學(xué)教學(xué)研究的重要基礎(chǔ)?,F(xiàn)代科技的發(fā)展日新月異,大學(xué)物理實驗內(nèi)容及教學(xué)方法也應(yīng)該不斷改進(jìn)。在此過程中結(jié)合學(xué)生實際情況,開展教學(xué)改革實踐,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,不斷提高教學(xué)效果,促進(jìn)學(xué)生人生觀和價值觀的正確形成,將對物理學(xué)的教育及人才培養(yǎng)起到深遠(yuǎn)意義。不斷提高大學(xué)物理實驗教學(xué)效果,增強大學(xué)物理實驗教學(xué)的藝術(shù)性和互動性,不斷開拓大學(xué)物理實驗教學(xué)新局面,還需要教師在長期的教學(xué)實踐中不斷地探索、總結(jié)和提升。
參考文獻(xiàn)
[1]張鳳玲,楊秀芹.大學(xué)物理實驗[M].鄭州:河南科學(xué)技術(shù)出版社,2012.
[2]杜亞冰,黃曉亞.大學(xué)物理與專業(yè)課相結(jié)合的教學(xué)模式探索[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報,2012(7).
[3]時天宇,冷宜霖,陳澤坤,等.基于轉(zhuǎn)動慣量平臺與智能手機的教研實驗探究[J].物理與工程,2017(4).
[4]霍劍青.大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求的指導(dǎo)思想和內(nèi)容解讀[J].物理與工程,2007(1).
[5]鐘佑潔,楊尊先.電子學(xué)科的固體物理教學(xué)改革初探[J],物理通報,2013(8).
[6]韓仁學(xué),武立立,孫楊.現(xiàn)代課程與教學(xué)論核心思想在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J],大學(xué)物理實驗,2017(4).
作者:張飛鵬 單位:1.河南城建學(xué)院 2.石家莊鐵道大學(xué)