普通物理實驗教學(xué)改革思考
時間:2022-06-27 10:50:18
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1引言
物理是一門實驗學(xué)科,針對物理學(xué)專業(yè)所開設(shè)的普通物理實驗課程是物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)實踐課[1~3].2018年初,教育部頒布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《國標(biāo)》,在《國標(biāo)》中對普通物理實驗課程的學(xué)時做了明確規(guī)定,要求普通物理實驗應(yīng)不少于128學(xué)時,其中力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)實驗均不少于16學(xué)時[4].目前,全國各高校已經(jīng)或者正在根據(jù)新的《國標(biāo)》修訂相應(yīng)的專業(yè)培養(yǎng)方案,可以預(yù)見,修訂后培養(yǎng)方案中的普通物理實驗的學(xué)時會比當(dāng)下采用的培養(yǎng)方案有所增加.尤其是對眾多地方本科院校而言,前幾年,在應(yīng)用型轉(zhuǎn)型思想的引導(dǎo)下,很多地方院校壓縮了普通物理理論課和實驗課的學(xué)時,增加了一些其他方面的專業(yè)應(yīng)用或者實踐學(xué)時.所以,如何在新的《國標(biāo)》體系下,全面理解地方性、應(yīng)用型轉(zhuǎn)型要求,提升本科教學(xué)質(zhì)量,真正做好物理學(xué)專業(yè)本科教學(xué)工作的內(nèi)涵式發(fā)展,是從事物理學(xué)相關(guān)專業(yè)教學(xué)工作的教師應(yīng)該思考的問題.本文將以運(yùn)城學(xué)院為例,著重分析地方本科院校中普通物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀,并依據(jù)新的《國標(biāo)》體系,給出下一步普通物理實驗教學(xué)改革的若干思考.
2普通物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀
目前,各高校的物理學(xué)專業(yè)中,一般將普通物理實驗課程分為普通物理實驗Ⅰ(力學(xué)部分)、普通物理實驗Ⅱ(熱學(xué)部分)、普通物理實驗Ⅲ(電磁學(xué)部分)和普通物理實驗Ⅳ(光學(xué)部分)4個部分,每一部分的學(xué)時不盡相同.以我校普通物理實驗為例,其中力學(xué)部分開設(shè)8個實驗(16學(xué)時)和4學(xué)時的理論導(dǎo)論;熱學(xué)部分開設(shè)8個實驗(16學(xué)時);電磁學(xué)部分開設(shè)10個實驗(20學(xué)時)和2學(xué)時的理論導(dǎo)論;光學(xué)部分開設(shè)8個實驗(16學(xué)時).可以看到,力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)實驗的學(xué)時均不少于16學(xué)時,但是距離《國標(biāo)》要求的普通物理實驗不少于128學(xué)時還有較大差距.當(dāng)然,這一情況并不是我校所特有的,國內(nèi)很多地方本科院校中,由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)的相對緊張和其他一些現(xiàn)實因素,其普通物理實驗的開設(shè)學(xué)時距離《國標(biāo)》要求都有一定差距,下一步如何增加普通物理實驗課程的學(xué)時,如何更有效地提高普通物理實驗的教學(xué)效果,進(jìn)而提升物理學(xué)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量是一個具有普遍性的問題.
3普通物理實驗教學(xué)改革的幾點思考
通過調(diào)研兄弟院校的普通物理實驗課程的開設(shè)情況,結(jié)合地方本科院校的實際情況,筆者認(rèn)為,可以從以下3個方面改進(jìn)目前的普通物理實驗教學(xué).3.1增加實驗項目數(shù)量.普通物理實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會利用基本物理實驗方法、基本元器件和儀器,對基本物理量進(jìn)行測量、數(shù)據(jù)處理和誤差及不確定度的分析,并掌握常用實驗操作技術(shù)和相關(guān)的安全規(guī)范.目前我校開設(shè)的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)實驗部分,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上,還有一定的實驗項目增加空間,這需要從學(xué)校層面加大實驗設(shè)備的購置.3.2增加單項實驗項目的學(xué)時.目前,多數(shù)高校普通物理實驗單項實驗項目的學(xué)時為2學(xué)時,基本上滿足了實驗操作的需求.但是,國內(nèi)也有一些高校其普通物理實驗單項實驗項目的學(xué)時為3學(xué)時或者4學(xué)時.筆者認(rèn)為,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是各種信息技術(shù)比如:多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、微課等教學(xué)形式逐步進(jìn)入高校課堂[5~8],現(xiàn)在一個實驗項目所承載的知識或者信息量已經(jīng)有了很大的提升.所以,我們完全可以增加單個實驗項目的教學(xué)學(xué)時,當(dāng)然,在增加教學(xué)學(xué)時的同時,我們必須要規(guī)劃好學(xué)時的分配.比如,如果單個實驗項目為3學(xué)時,可以利用1學(xué)時進(jìn)行實驗背景、原理、儀器和應(yīng)用方面的講解,學(xué)生操作實驗利用2學(xué)時,這樣在一定程度上增加了學(xué)生實際進(jìn)行實驗操作的時間,有利于學(xué)生對實驗項目本身所承載知識體系的理解和掌握,也有利于指導(dǎo)教師對學(xué)生的實驗操作進(jìn)行過程考核.3.3豐富實驗教學(xué)手段.目前的實驗教學(xué)過程,多是指導(dǎo)教師對實驗項目本身做簡單概述,然后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗操作,新的形式下,要求以學(xué)生為中心,構(gòu)建多層次的實驗教學(xué)體系,過于單一的實驗教學(xué)手段就顯得有些不足.指導(dǎo)教師可以充分利用多媒體、虛擬仿真等現(xiàn)代信息技術(shù)手段,加大實驗項目的信息量.比如,我們在進(jìn)行“牛頓環(huán)實驗”教學(xué)過程中,可以將編寫好的MATLAB程序提前發(fā)給學(xué)生輔助預(yù)習(xí);然后在實驗課上講解原理時,引導(dǎo)學(xué)生重點理解如下問題:(1)牛頓環(huán)實驗反射光和透射光所形成的干涉圖樣有什么區(qū)別?(2)在采用反射光干涉圖樣的實驗中,其中心的暗斑是怎么形成的?(3)實驗中為什么多采用鈉燈?如果采用汞燈會如何?通過上述問題的理論講述和討論,讓學(xué)生帶著問題、帶著思考進(jìn)行實驗操作;實驗結(jié)束后,還可以要求學(xué)有余力的學(xué)生改進(jìn)MATLAB程序,借助MATLAB程序進(jìn)一步理解課堂上的一些問題.通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用,既可以增加實驗的信息量,也鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力,提高了學(xué)生進(jìn)行實驗研究的主動性和參與程度,有助于提高實驗教學(xué)的整體效果.
4結(jié)束語
隨著教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)的實施,對地方本科院校物理學(xué)專業(yè)的普通物理實驗教學(xué)提出了更高、更具體的要求.增加實驗項目和單項實驗項目的學(xué)時是一個可行的改革途徑,當(dāng)然這一措施和豐富實驗教學(xué)手段是一個統(tǒng)一的有機(jī)整體,其效果還需要實踐的檢驗,我校將在下一步的人才培養(yǎng)方案修訂和教學(xué)實踐中積極實踐,探索在新的《國標(biāo)》體系下,提升本科教學(xué)質(zhì)量的有效方法.
作者:姜其暢 蘇艷麗 馬紫微 李永宏 王小平 單位:山西運(yùn)城學(xué)院物理與電子工程系