王　帆　姚慶香　樊麗娜　沙金巧　王　軍

(1. 蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院,江蘇　蘇州　215009;2. 蘇州科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院,江蘇　蘇州　215009)

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獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)的研究①

王帆1,2姚慶香2樊麗娜2沙金巧2王軍2

(1. 蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院,江蘇蘇州215009;2. 蘇州科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院,江蘇蘇州215009)

摘要：針對(duì)我院應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)和“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程開設(shè)現(xiàn)狀,筆者本著“加強(qiáng)基礎(chǔ),工程導(dǎo)向,多方結(jié)合,提升素質(zhì)”的理念,以應(yīng)用為主題,結(jié)合教師教研和科研成果,面向不同專業(yè)背景學(xué)生,開發(fā)了一系列綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，研究成果對(duì)于同類獨(dú)立學(xué)院“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程改革具有一定的借鑒作用.

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理;綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);獨(dú)立學(xué)院

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”是工科大學(xué)生的一門重要的基礎(chǔ)課,它體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性,在實(shí)驗(yàn)思想、方法以及手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ).在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實(shí)際,特別是與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力等方面起著重要的作用.根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)任務(wù)及國(guó)家教育部評(píng)估的要求,實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目中綜合、設(shè)計(jì)性項(xiàng)目應(yīng)不斷增加.天平學(xué)院是蘇州科技大學(xué)的獨(dú)立學(xué)院,目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)地方發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)型人才,綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?dòng)手能力和創(chuàng)新能力方面起到重要的作用,因此結(jié)合我院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)現(xiàn)狀,筆者本著加強(qiáng)基礎(chǔ)、重視實(shí)踐的目標(biāo),面向不同專業(yè)對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)和建設(shè).

1綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

綜合性物理實(shí)驗(yàn)涉及的物理理論基礎(chǔ)知識(shí)范圍較寬,儀器調(diào)節(jié)更加精細(xì),有助于較全面地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí).設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一種介于教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)之間的物理實(shí)驗(yàn),它具有對(duì)科學(xué)研究進(jìn)行初步訓(xùn)練的特點(diǎn).設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容需要經(jīng)過(guò)精心細(xì)致的挑選,即具有典型性、綜合性,又具有探索性的特點(diǎn).同時(shí)在綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容開發(fā)時(shí),還要充分考慮學(xué)生的知識(shí)背景,如:上海機(jī)電學(xué)院的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程中將全校工科專業(yè)分成機(jī)械、電子信息、電器三個(gè)大類,在綜合與應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)?zāi)K中,設(shè)計(jì)三個(gè)子模塊分別對(duì)應(yīng)三個(gè)大類專業(yè),每個(gè)子模塊開設(shè)5-8項(xiàng)適應(yīng)本專業(yè)的綜合性實(shí)驗(yàn),供不同專業(yè)學(xué)生選擇.通過(guò)該模塊的學(xué)習(xí),使學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),服務(wù)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課及專業(yè)實(shí)驗(yàn)課.

2我院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀

基于本校江蘇省物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)基礎(chǔ),我院的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程體系包含驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),但目前存在以下問(wèn)題:一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)如惠斯通和雙臂電橋?qū)嶒?yàn),學(xué)生在連接電路和排查電路故障時(shí)可很好鍛煉動(dòng)手能力,但由于儀器老化,實(shí)驗(yàn)不能正常開設(shè);有些綜合性實(shí)驗(yàn),如準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容實(shí)驗(yàn),儀器智能化程度高,對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力鍛煉不足;實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目未能較好地考慮學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu),針對(duì)不同專業(yè)可選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少.

3綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)研究

根據(jù)我院應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)目標(biāo),本著“加強(qiáng)基礎(chǔ),工程導(dǎo)向,多方結(jié)合,提升素質(zhì)”的理念,筆者調(diào)研了同類學(xué)院的物理實(shí)驗(yàn)課程中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置情況,結(jié)合我院不同專業(yè)特點(diǎn),研究了我院各專業(yè)背景下物理技術(shù)方法的應(yīng)用現(xiàn)狀.利用工程實(shí)踐、教研和科研成果開發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),修訂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,注重與工程實(shí)際的結(jié)合,在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)及應(yīng)用背景,修訂或增加與不同專業(yè)相對(duì)應(yīng)的、與工程實(shí)踐應(yīng)用聯(lián)系緊密的一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間,盡早讓學(xué)生介入工程實(shí)踐應(yīng)用,逐步培養(yǎng)學(xué)生由理論思維向工程思維過(guò)渡,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)動(dòng)手能力和解決問(wèn)題能力.

3.1以應(yīng)用為主題，開發(fā)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

以應(yīng)用為主題,精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,讓學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提高自己分析解決問(wèn)題的能力,使實(shí)踐創(chuàng)新能力得到一定的鍛煉.例如“固體密度的測(cè)定”實(shí)驗(yàn),測(cè)量規(guī)則和不規(guī)則固體的密度、密度大于水和小于水的固體密度;在“液體折射率的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)用不同的方法測(cè)量液體的折射率,讓學(xué)生主動(dòng)尋找方法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的目的;在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“利用霍耳傳感器測(cè)量重力加速度”“利用霍耳傳感器測(cè)量半導(dǎo)體材料的電學(xué)參數(shù)”中,讓學(xué)生了解霍耳效應(yīng)廣泛的應(yīng)用,擴(kuò)展視野,提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)踐的能力.

3.2保留經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并升級(jí),不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目面向不同的專業(yè)大類

“用惠斯通電橋測(cè)電阻”和“用雙臂電橋測(cè)電阻”是“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程中經(jīng)典的電學(xué)實(shí)驗(yàn),要求掌握單、雙臂電橋測(cè)電阻的原理,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中自己連接電路并完成實(shí)驗(yàn),可以較好地鍛煉動(dòng)手能力.這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)集中在學(xué)會(huì)用電橋測(cè)量電阻,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性很難提高,實(shí)際上電橋有更廣泛的應(yīng)用,如用電橋?qū)囟?、?yīng)力等非電學(xué)量的測(cè)量,課程中未涉及,而這些應(yīng)用在電子類專業(yè)、土建類專業(yè)后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程涉及較多.將“用惠斯通電橋測(cè)電阻”和“用雙臂電橋測(cè)電阻”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)升級(jí)后，變?yōu)殡姌驕y(cè)量和應(yīng)用專題實(shí)驗(yàn),包含4個(gè)子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:惠斯通電橋和雙臂電橋測(cè)電阻;用電阻溫度傳感器制作溫度計(jì);用應(yīng)變片代替電橋一個(gè)臂,研究承重梁的應(yīng)變與電橋輸出電壓的關(guān)系;設(shè)計(jì)電子秤,并研究如何提高電子秤的靈敏度.土建類專業(yè)和電子類專業(yè)可根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)選擇不同子項(xiàng)目.土建類專業(yè)可了解應(yīng)力的測(cè)量方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)承重梁靜態(tài)應(yīng)力進(jìn)行初步分析.對(duì)電子類專業(yè)可側(cè)重在如何對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行溫度補(bǔ)償及提高電子秤的靈敏度.依據(jù)不同專業(yè)背景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇,提高學(xué)習(xí)興趣,對(duì)后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程起到很好的引領(lǐng)作用.

分光計(jì)是“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”要求掌握的一種光學(xué)測(cè)量?jī)x器,開發(fā)“分光計(jì)上的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”,實(shí)驗(yàn)要求掌握分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法,觀察光柵的衍射光譜,了解光柵的分光本領(lǐng),測(cè)量光柵的角色散率,并設(shè)計(jì)利用分光計(jì)完成一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).通過(guò)本實(shí)驗(yàn)學(xué)生可了解光譜的相關(guān)知識(shí),為給排水、環(huán)境類專業(yè)后續(xù)課程中光學(xué)測(cè)量?jī)x器的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生可根據(jù)分光計(jì)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)測(cè)量液體折射率、觀察光的偏振、測(cè)量菲涅耳棱鏡銳角等實(shí)驗(yàn),可充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力.

3.3與教研和科研成果相結(jié)合,保持課程的活力

與教師教研成果和科研成果相結(jié)合,推動(dòng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更貼近實(shí)踐應(yīng)用,保證了課程的可持續(xù)性和活力.

與教師教研成果相結(jié)合，開發(fā)“利用復(fù)擺研究剛體的平動(dòng)和平面平行運(yùn)動(dòng)”,用兩個(gè)相同的長(zhǎng)圓柱形剛體,巧妙設(shè)計(jì)擺線的不同系線方法組成復(fù)擺,演示剛體的平動(dòng)和平面平行運(yùn)動(dòng),并通過(guò)光電門測(cè)量復(fù)擺的周期,可得到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.

在改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，針對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力訓(xùn)練較少的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加更貼近實(shí)際應(yīng)用部分的內(nèi)容.在“用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)”中,實(shí)驗(yàn)原理推導(dǎo)從數(shù)理方程組入手,學(xué)生理解困難,通過(guò)教學(xué)研究，分析了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)物理過(guò)程,學(xué)生更容易理解實(shí)驗(yàn)的原理;該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)儀器較集成化,對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力鍛煉不足,增加了熱電偶的定標(biāo)和測(cè)量實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生了解實(shí)際測(cè)溫元件應(yīng)用時(shí)重要的定標(biāo)步驟,滲透工程實(shí)踐應(yīng)用內(nèi)容.

與教師科研成果相結(jié)合,我們開發(fā)了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“利用白光偏振干涉測(cè)量光學(xué)玻璃內(nèi)應(yīng)力”“利用泰伯效應(yīng)測(cè)量光柵常量”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.

4結(jié)論

綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)是“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程”改革的一個(gè)重要內(nèi)容,根據(jù)我院應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)目標(biāo),以應(yīng)用為主題,結(jié)合教師教研和科研成果,并考慮不同專業(yè)背景學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu),開發(fā)了一系列綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),以增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力.

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①本文系蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院教育教學(xué)類研究項(xiàng)目“物理實(shí)驗(yàn)課程綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和建設(shè)”(編號(hào)：2014TJGB-10)、蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“以培養(yǎng)創(chuàng)新、應(yīng)用型人才為目標(biāo)的獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究”(編號(hào):2015TJGA-04)的研究成果之一.