李 榮,侯慶軍

(濱州學院,山東 濱州 256603)

面向文科學生的開放性大學物理實驗教學改革新探

李 榮,侯慶軍

(濱州學院,山東 濱州 256603)

針對文科學生特點進行開放性大學物理實驗教學有利于培養(yǎng)文科學生的觀察能力、科研能力,轉變思維方式,提高創(chuàng)新意識,增強社會競爭力。文章就實驗內容的設置、實驗質量保障體系的建立等方面進行了有益探索。

文科;開放實驗室;大學物理實驗;教學改革

當今社會競爭日益激烈,大學生就業(yè)壓力日趨增大,如何培養(yǎng)具有競爭實力和創(chuàng)新能力的大學畢業(yè)生,成為高校教學改革的重要內容,而各類課程的實驗教學是培養(yǎng)綜合性人才的重要環(huán)節(jié)[1-3]。目前,我國很多高校都在進行開放性大學物理實驗教學改革,有的高校也取得了一些成績[4-8],但這些改革主要針對理工科專業(yè)的學生特點進行,極少涉及文科專業(yè)學生。

2007 年,我校為了推動實驗教學改革,充分利用實驗教學資源,實現資源共享,將分屬各系院的實驗室進行了合理整合及重新分配,建立了8個實驗教學中心和10個大型實驗室。其中電工電子實驗教學中心和物理實驗教學中心仍然掛靠物理與電子科學系。2009年,電工電子實驗教學中心被山東省教育廳評為省級實驗教學示范中心。而物理實驗教學中心因為承擔全校物理、化學、生物、地理、自動化、飛行學院等9個院系19個專業(yè)的物理實驗教學任務,被學校確定為校級實驗中心。為了更好地服務于學生,電工電子實驗教學中心和物理實驗教學中心均實行了開放實驗室管理模式,并且取得了一些成績。幾年來我系學生共獲全國大學生電子設計競賽全國一等獎1項,山東省一等獎14項,山東省二等獎19項;獲全國電子專業(yè)人才設計與技能大賽全國二等獎1項,三等獎3項,優(yōu)秀獎1項,山東賽區(qū)一等獎1項,二等獎4項,三等獎25項。山東省第一屆、第二屆物理科技創(chuàng)新大賽中共獲特等獎1項,一等獎1項,二等獎5項,而獲得特等獎的3名學生均為大一學生,這在所有特等獎獲得者中也是唯一的大一學生。連續(xù)三年,我系學生設計的課題在學校組織的大學生研究訓練計劃(SRTP)中全部評審并成功立項。這些成績的取得,除了說明我校具有較高的專業(yè)教育教學水平和質量,學生具有扎實的專業(yè)知識、較強的實踐能力和開拓創(chuàng)新的精神外,也充分說明了兩個實驗中心的開放式管理模式在實驗教學中發(fā)揮了重要作用。但是,這些成績均由理工科學生取得,未涉及一個文科專業(yè)的學生,似乎實驗室開放主要面向學科競賽的理工科學生,未做到真正的開放——面向所有專業(yè)。

為了培養(yǎng)和提高學生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學習方法,物理實驗教學中心開設了《大學物理演示實驗》公選課,供全校學生選修。而在實際選修的學生中文科學生也只占很少的比例。因此,為了提高文科學生的創(chuàng)新能力、科學觀察能力、綜合素質以及培養(yǎng)他們的理性思維方式,應該加大對文科學生開放性大學物理實驗教學的宣傳力度,鼓勵更多的文科學生走進開放實驗室。本文結合我校教學實際,就面向文科專業(yè)學生的開放性大學物理實驗教學進行了有益探索。

1 實驗教學內容改革

1.1 分級逐步開放實驗

文科學生思維方式不同于理工科學生,且其動手操作能力、物理基礎知識掌握程度與后者差距較大,在保證理工科學生順利完成實驗教學任務的同時如何幫助文科學生提高自己的基本實驗能力,使他們能盡快地掌握實驗操作技能?如何調動他們對實驗的學習積極性,充分發(fā)揮他們實驗的主動性和創(chuàng)造性?為了解決這一系列的問題,實驗中心應該實施分級逐步開放的管理模式[9-11]。所謂分級開放,即將全校各專業(yè)學生按理工科和文科分為兩級。對理工科學生開放實驗教學早已實行,這里不做贅述。對文科學生應按其實驗能力分為初級、中級和高級三個級別。實驗內容相應分三個級別。不同級別的學生可選做不同的實驗內容。所謂逐步開放,即如果學生大部分初級實驗選做完畢,且實驗情況良好,可申請選做中級實驗,如果中級實驗選做完畢,可申請選做高級實驗。給學生留有選擇權。

1.2 針對文科學生特點設置實驗內容

初級實驗主要為演示實驗,如電磁擺,激光彩虹,魚洗,磁性單擺,慣性離心力演示儀,示波器的使用等。演示實驗主要是一些定性或半定量實驗,還可為同學們提供一定量的趣味物理展品。實驗室應提供有關的圖片和文字資料,并有演示儀器的使用說明和工作原理。這些實驗和資料將幫助學生理解物理概念,體會實驗構思的巧妙,把理論與實踐更好地結合起來,從而開闊知識視野。置身于物理情境之中,面對生動形象的演示現象,學生能極大地激發(fā)對物理的學習興趣。演示實驗首先應由實驗教師演示操作,講解工作原理,強調注意事項,然后由學生動手操作,讓學生通過親自實驗感受物理實驗的樂趣,了解實驗儀器的使用方法和用途,提高他們的實驗技能水平,從而逐步影響他們的思維方式和嚴謹求知態(tài)度。

初級實驗還可針對專業(yè)和個人差異開設一些演示實驗。如音樂專業(yè)學生可能對光盤、影像資料比較感興趣,可開設“攝像轉刻錄光盤”的演示實驗,讓學生較全面了解信息的磁帶記錄與光盤記錄的基本原理和方法。

中級實驗主要是驗證性實驗,如:

自由落體法測定反應時間:由自由落體規(guī)律知物體自由下落時間為

將白紙貼在木條上,用直尺在白紙上按1cm間隔畫出刻度,并從零刻度開始標上刻度值。兩人配合做實驗,甲在上方用手拿住木條大刻度的一端,乙在下方目光平視,用手在零刻度處等待。甲突然放手,木條自由下落,乙發(fā)現后立即在原位置用手捏住木條。根據刻度和直尺測量出零刻度下落的距離(乙手在木條的位置)即木條的位移h。由(1)式算出木條自由下落的時間,這就是乙的反應時間。根據(1)式揭示的規(guī)律,算出木條上所有刻度所對應的時間,并在木條白紙上畫出時間刻度,將木條制成一根反應時間(自由下落時間)尺。多次測量后,取其平均值,即可定出各人的反應時間。此實驗需要兩人配合完成。通過此類實驗可以鍛煉學生的團隊精神和協(xié)作意識。

薄膜鋪展法測油滴分子大小:用量筒量5mL油酸、95mL酒精裝在干凈瓶中,蓋緊并充分搖晃混合。再量取5mL混合液與45mL酒精混合后待用,同時計算這時油酸濃度。淺盆中裝水,水深約為1cm,在水面上輕輕撒下粉筆灰,這是為了使油酸薄膜能夠看清。滴一滴混合液到盆中,讓油層充分擴展。將玻璃覆蓋在盆上,用油性筆在玻璃上描下油膜輪廓。用滴定管測定每滴混合液體積,根據油酸濃度算出一滴混合液中油酸體積V。用方格紙計算玻璃上油膜輪廓內的面積S。油層厚度為d=,則油酸分子直徑大致等于d。通過此類實驗,學生有個感官認識即可,實驗難度降低,增強了學生的好奇心和實驗積極性。

驗證性實驗的開設,讓學生了解物理規(guī)律、基本常識,對之前所學物理定理、定律有了更加直觀的認識。

高級實驗多為綜合設計性實驗。實驗題目可由實驗教師指定,學生自己設計方案、進行實驗操作和研究。如同一物理量的多種方法測量的實驗項目,利用不同的數據處理方法提高實驗結果的準確性和可靠性的實驗項目,改進實驗儀器減小實驗誤差的實驗項目。對于此類實驗難度不宜太大,應考慮到文科學生的知識特點和科研能力。可以安排理工科實驗能力和科研能力較突出的學生與文科學生合作,一起進行實驗。這樣既能讓文科學生得到“手把手”的學習,對理工科學生也是一個提高的過程。學生也可以根據實驗教師的啟發(fā),提出自己的實驗設想,撰寫科技小論文。但應降低要求,不一定非要做出成品。

2 實驗質量監(jiān)控體系改革

在開放實驗中,需要建立科學合理的質量監(jiān)控保障體系,以保證實驗效果,達到預期目的[12]。

2.1 建立多元化考核和激勵機制

實驗中心除了已有的“實驗室規(guī)則”、“實驗室開放管理細則”、“學生實驗守則”、“實驗指導教師須知”等規(guī)章制度,還應建立針對文科學生特點的“開放性大學物理實驗考核辦法”,建立多元化考核機制。對學生實驗能力的考核不僅局限于實驗結果,更重要的則是實驗過程。每學期末還可組織評選部分文科學生的優(yōu)秀小論文,給予物質獎勵。對平時實驗表現好的學生進行期末加分鼓勵。通過建立多元化評定體系和激勵機制,既鼓勵學生參加開放性實驗,又能督促學生認真實驗,保證開放效果。

實行指導教師負責制,文科學生實驗項目的選題、實驗方案的實行、儀器設備的使用等方面均需指導老師的參與并給予及時正確的指導。

建立有利于激勵教師和實驗技術人員積極參加開放實驗室建設與管理的實驗教學機制。實驗教師原來負責全校理工科專業(yè)學生的實驗教學任務,本來實驗教學任務就已相當繁重,如今還要負責文科學生的開放實驗室教學任務,其工作量又大大增加。為了提高實驗教師和指導老師的工作積極性,學校應提供部分資金給實驗教師和指導老師,作為實驗教學課時費或者補貼。

2.2 鼓勵文理跨學科合作

雖然文科大學生研究的領域不是自然科學,但是科學技術迅速發(fā)展,各學科相互交叉、促進,較強的科學觀察能力必將有助于文科大學生日后工作。以開放實驗室為平臺,鼓勵文科學生與理工科學生跨學科合作搞科研對合作雙方均有益。如學校的SRTP項目,我系學生參加的項目每年都能全部通過評審并獲得立項。這在一定程度上說明我系學生具有較強的科研能力和實驗能力。如果文科學生也有與課題相關的興趣,可允許文科學生加入到這些課題中進行學科和研究,使他們得到理性思維鍛煉,培養(yǎng)嚴謹的科學態(tài)度,同時擴展視野,以此提高他們的綜合能力。

2.3 實行創(chuàng)新學分

為了鼓勵文科學生主動走進物理實驗室,積極參與實驗室開放教學,學校可設置創(chuàng)新學分,文科學生只要能完成某一個級別(即初級、中級、高級中的任何一個級別)的開放性大學物理實驗,便可獲得相應學分,同時可以沖抵一門公選課的學分。

2.4 做到實驗時間的開放性

文科學生選做物理實驗,主要利用課余時間。實驗時間的長短,根據實驗內容的難易程度以及學生的實驗能力而定,沒有固定的實驗時間。為了鼓勵文科學生認真實驗,提升實驗能力,收到良好的實驗效果,允許學生可以用幾個周的時間完成,也可以用一個學期的時間來完成。

3 結 語

開放實驗室是一種全新的教學模式,是高校培養(yǎng)社會發(fā)展的高素質創(chuàng)新人才的客觀要求,文科大學生走進開放性的大學物理實驗室,進行實驗操作和學習,有利于提高他們的動手能力和實踐能力,轉變思維方式,培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力,提高了創(chuàng)新意識,增強了社會競爭力。

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Exploration on the Reform of Opening College Physics Experimental Teaching Relying on the Arts Students

LI Rong,HOU Qing-jun

(Binzhou University,Shandong,Binzhou 256603)

Open college physics experimental teaching helps arts students develop observation capability,research ability,change ways of thinking,improve awareness of innovation,enhance their social competitiveness.The article discusses on the set of experiment contents,experimental quality security system and other aspects.

liberal arts;open laboratory;college physics experiment;teaching reform

G642

A

1007-2934(2011)03-0116-04

2011-02-22

濱州學院實驗技術研究項目(BZXYSYXM200820)