蓋雙旗,陳偉華,曾福軍
(梧州學(xué)院,廣西 梧州 543002)
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地方院校應(yīng)用轉(zhuǎn)型中大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)建模式研究
蓋雙旗,陳偉華,曾福軍
(梧州學(xué)院,廣西 梧州543002)
摘 要:針對(duì)地方院校轉(zhuǎn)型需要,基于提高學(xué)生的應(yīng)用能力,提出了依托學(xué)生實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題設(shè)置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題、引入近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)拓展實(shí)驗(yàn)體系、應(yīng)用實(shí)際工程測(cè)量技術(shù)提升實(shí)驗(yàn)品質(zhì)、加入計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助提高學(xué)習(xí)價(jià)值、從生活出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣等構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的模式。
關(guān)鍵詞:地方院校;應(yīng)用能力;大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);構(gòu)建模式
近年來(lái),在借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)許多高校對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了不斷的改革和創(chuàng)新,其中一些做法得到了普遍的認(rèn)同,如建立逐級(jí)提高的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,增加“綜合性”和“設(shè)計(jì)性”實(shí)驗(yàn),以網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)建立開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等[1]。對(duì)于地方院校而言,雖然有應(yīng)用轉(zhuǎn)型的迫切需要,但由于經(jīng)費(fèi)、人員、場(chǎng)地等諸多方面的限制,很多學(xué)校對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本沒做太大的調(diào)整和改進(jìn),開設(shè)的“綜合性”和“設(shè)計(jì)性”實(shí)驗(yàn)也未達(dá)到預(yù)期的效果,學(xué)生的興趣和應(yīng)用能力并未得到有效提高[2]。
1對(duì)于地方院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些認(rèn)識(shí)
1.1地方性本科院校學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)
地方性本科院校一般作為“應(yīng)用型大學(xué)”,首先要適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需要,所以其培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)應(yīng)該是能適用于當(dāng)前社會(huì)的復(fù)合型、技能型和應(yīng)用型人才。這不單單是社會(huì)的現(xiàn)實(shí)需求,更是絕大部分學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)意圖的體現(xiàn)。因此他們會(huì)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生諸如理論陳舊、手段落后、應(yīng)用價(jià)值低、與科技發(fā)展脫節(jié)等等片面看法就不難理解了。
1.2驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的主體
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的主體部分,其中的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是應(yīng)該堅(jiān)持開設(shè)的[3]。我們不能過(guò)分貶低驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的作用,這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解物理學(xué)的基本概念和基本理論。特別是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)低年級(jí)學(xué)生開設(shè),地方院校的學(xué)生水平又參差不齊,從認(rèn)知規(guī)律出發(fā),也不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新[4]。
1.3充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源
對(duì)于任何一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō),籌集建設(shè)資金都是一大難題,特別是對(duì)地方院校而言尤為困難。我們不必過(guò)于強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)儀器的更新?lián)Q代,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改頭換面,在充分利用好學(xué)?,F(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)室資源的基礎(chǔ)上,提高認(rèn)識(shí),克服困難,也可以達(dá)到改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的目的。
2地方院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)建的設(shè)計(jì)思想
2.1增強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵
現(xiàn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基本上是為了驗(yàn)證某個(gè)物理學(xué)理論、某個(gè)物理學(xué)定律的正確與否。而學(xué)生總在潛意識(shí)中已經(jīng)認(rèn)定這些理論、定律是“一定正確且毫無(wú)疑問”的,讓學(xué)生單純?yōu)轵?yàn)證而實(shí)驗(yàn)是提不起學(xué)生興趣,發(fā)揮不了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性的。我們要擴(kuò)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵,要通過(guò)實(shí)驗(yàn)指明物理學(xué)理論大廈是怎樣建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的,讓學(xué)生真正懂得怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)真實(shí)的物理世界,即物理世界不象理論上描述的那么簡(jiǎn)單,事物也不象理論上分析的那么純粹。
2.2大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要更多體現(xiàn)科技發(fā)展和科技進(jìn)步
考慮到有很多非物理專業(yè)的學(xué)生要做大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),我們不能總拿一些十九世紀(jì)內(nèi)容的物理實(shí)驗(yàn)來(lái)滿足他們,可以把一些具有近現(xiàn)代內(nèi)容的物理實(shí)驗(yàn)引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中[5]??舍槍?duì)不同專業(yè)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)選擇相應(yīng)的近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目予以引入,并根據(jù)這些學(xué)生的知識(shí)水平和專業(yè)特點(diǎn)修訂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中,可以精選保留一部分經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,更新一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或測(cè)量方法與現(xiàn)代科技發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。可以把相關(guān)的新技術(shù)、新工藝滲透到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中,增加新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提升其實(shí)驗(yàn)檔次[6]。這樣大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)生活、科學(xué)技術(shù)結(jié)合得更加緊密,能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣,并感到能學(xué)以致用。
現(xiàn)代科技的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用,計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力已成為當(dāng)代大學(xué)生的一種必備能力。計(jì)算機(jī)的投入是構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的一個(gè)重要組成部分,其作用一方面可以用來(lái)進(jìn)行繁瑣的數(shù)據(jù)運(yùn)算,提高實(shí)驗(yàn)效率;更可以考慮將傳感器、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)組合起來(lái),組成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、傳送、計(jì)算、分析、打印的一體化系統(tǒng)[7]。
2.3增強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的趣味性
增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性,是指在原有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上,保留基本的實(shí)驗(yàn)原理不變,從學(xué)生感興趣的生活現(xiàn)象和工程應(yīng)用入手,通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求等來(lái)重新構(gòu)建實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣實(shí)驗(yàn)就帶有了一些研究性質(zhì),內(nèi)容比較新穎,學(xué)生自由度較大,并能培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。
3地方院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)建模式
針對(duì)地方院校特點(diǎn),為提高學(xué)生的應(yīng)用能力,在高效利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室資源的基礎(chǔ)上,通過(guò)師生交流、合作、創(chuàng)新,我們總結(jié)出一些行之有效的構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的模式。
3.1依托學(xué)生實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題設(shè)置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題
該模式基本操作流程為:“學(xué)生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并提出問題” →“教師分析問題價(jià)值” →“教師設(shè)置新實(shí)驗(yàn)要求” →“學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)” →“學(xué)生實(shí)驗(yàn)解決問題”。
學(xué)生在進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)各種各樣的問題,教師可注意收集學(xué)生發(fā)現(xiàn)的具有普遍性和研究?jī)r(jià)值的問題,以此為基礎(chǔ)設(shè)置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題讓學(xué)生開展研究、探索。這種開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方式是在原有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行,即可以拓寬學(xué)生對(duì)原有實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)和提高了實(shí)驗(yàn)儀器的利用率;又可以保證學(xué)生有充足的興趣進(jìn)行科學(xué)探究,達(dá)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的,可謂一舉兩得[8]。
根據(jù)我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),只要鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中去發(fā)現(xiàn)和提出問題,每個(gè)大學(xué)物理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都可以開設(shè)出相應(yīng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題。如其它力學(xué)實(shí)驗(yàn),測(cè)量楊氏模量實(shí)驗(yàn)中的“微小伸長(zhǎng)量測(cè)量方式的研究”;測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)中的“不規(guī)則物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量研究”等等[8]。
3.2引入近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)拓展實(shí)驗(yàn)體系
該模式基本操作流程為:“專業(yè)特點(diǎn)分析”→“教師選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目” →“教師修訂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容” →“學(xué)生實(shí)驗(yàn)” →“學(xué)生反饋信息收集”。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和科技產(chǎn)品對(duì)人們生活品質(zhì)的不斷提升,一些原屬于近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容現(xiàn)在已成為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)范疇,如光電技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等等[9]。特別是對(duì)于不能進(jìn)行近代物理實(shí)驗(yàn)的非物理專業(yè)的學(xué)生而言,將近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中,促使原有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)間的重組與融合,拓展實(shí)驗(yàn)體系尤為必要。
教學(xué)實(shí)踐表明,這些引入的近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)由于和學(xué)生專業(yè)較吻合,現(xiàn)代氣息濃厚,又具有較強(qiáng)的應(yīng)用性,修訂后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容適合未學(xué)習(xí)過(guò)近代物理的非物理專業(yè)學(xué)生,因此比較受到學(xué)生的歡迎。
3.3應(yīng)用實(shí)際工程測(cè)量技術(shù)提升實(shí)驗(yàn)品質(zhì)
該模式基本操作流程為:“工程儀器收集” →“教師選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目” →“教師編寫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容” →“學(xué)生實(shí)驗(yàn)” →“學(xué)生反饋信息收集”。
學(xué)生對(duì)現(xiàn)行的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一個(gè)很大的詬病就是沒有實(shí)用價(jià)值,雖然這個(gè)看法有些片面,但我們卻不能不重視。其實(shí)很多驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都和實(shí)際工程技術(shù)應(yīng)用有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,我們要做的只是把其發(fā)掘出來(lái),添加到實(shí)驗(yàn)中去,提升實(shí)驗(yàn)品質(zhì)。
此類與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的工程測(cè)量?jī)x器有很多,儀器可依托校外合作單位和校內(nèi)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)獲得,引入到適合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中,并結(jié)合理工科學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
3.4加入計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助提高學(xué)習(xí)價(jià)值
該模式基本操作流程為:“選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目” →“教師設(shè)置計(jì)算機(jī)輔助裝置” →“學(xué)生編寫數(shù)據(jù)處理軟件” →“學(xué)生實(shí)驗(yàn)” →“學(xué)生反饋信息收集”。
在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上,計(jì)算機(jī)的廣泛使用正是我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家的最大差距,美國(guó)大學(xué)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中約1/3-1/2 使用計(jì)算機(jī)輔助[11]。有些實(shí)驗(yàn)教師有種誤解,認(rèn)為計(jì)算機(jī)技術(shù)投入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)會(huì)降低學(xué)生的分析、處理、解決問題的能力,他們認(rèn)為越是一體化、智能化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)越不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生、提高學(xué)生素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。我們則認(rèn)為,計(jì)算機(jī)只是一種輔助工具,計(jì)算機(jī)投入實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣?shí)驗(yàn)進(jìn)行的更加便利,省下大量調(diào)試儀器、采集數(shù)據(jù)、計(jì)算處理的時(shí)間,而能讓學(xué)生把精力放到理解原理、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題等更有意義、更有價(jià)值的學(xué)習(xí)中去。
為把計(jì)算機(jī)技術(shù)順利引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中,可從師生兩方面入手。在學(xué)生方面,首先對(duì)一些計(jì)算機(jī)編程能力較強(qiáng)的學(xué)生提出要求,即讓他們分組編寫各個(gè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理程序軟件,目標(biāo)是要達(dá)成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理和圖表顯示。然后把這些程序安裝到實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)中,讓做大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生操作使用并提出反饋意見,加以修改后重復(fù)這一過(guò)程,以求最終獲得界面明晰、操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確的程序軟件。在教師方面,借鑒其他高校的經(jīng)驗(yàn),我們選取了幾個(gè)有代表性的實(shí)驗(yàn),使用計(jì)算機(jī)輔助改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段,使實(shí)驗(yàn)變得簡(jiǎn)單直觀。如“牛頓環(huán)干涉實(shí)驗(yàn)”中利用CCD成像系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn);“分光計(jì)實(shí)驗(yàn)”中在望遠(yuǎn)鏡的目鏡上安裝了視頻攝像工具幫助理解。
以計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助構(gòu)建實(shí)驗(yàn)一體化系統(tǒng),完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、傳送、計(jì)算、分析、打印,這是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)所要達(dá)成的的最終目標(biāo)。
3.5從生活出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣
該模式基本操作流程為:“趣味實(shí)驗(yàn)資料收集”→“選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目” →“教師設(shè)置趣味性實(shí)驗(yàn)” →“學(xué)生實(shí)驗(yàn)” →“學(xué)生反饋信息收集”。
生活是最好的老師,對(duì)于一些和日常生活現(xiàn)象聯(lián)系較緊密的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),可在保持實(shí)驗(yàn)基本理論知識(shí)不變和主要實(shí)驗(yàn)儀器不變的前提下,從應(yīng)用型、趣味性出發(fā)重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求。如對(duì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“薄透鏡焦距的測(cè)量”進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)后,可改變?yōu)椤坝帽⊥哥R模擬眼睛配近視和遠(yuǎn)視眼鏡”。
這類趣味性大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在國(guó)外開發(fā)的較早,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都有許多成熟的案例可供借鑒[11-12]。
這種貼近現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)驗(yàn)難度不高,充滿趣味,是很受學(xué)生們歡迎的。其可根據(jù)各校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)儀器配備情況,聯(lián)系生活實(shí)際,轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)方式,發(fā)揮教師的創(chuàng)造性,力爭(zhēng)能開出更多此類實(shí)驗(yàn)。
4結(jié)論
對(duì)于學(xué)生水平參差不齊,財(cái)政基礎(chǔ)薄弱,轉(zhuǎn)型需要迫切的地方院校而言,以上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)建方式具有投入成本低,實(shí)用有效,操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)參與學(xué)生和指導(dǎo)教師在自主創(chuàng)新能力上都有了明顯的改變。學(xué)生方面是充分利用了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,激發(fā)了其積極主動(dòng)性:以前許多學(xué)生做實(shí)驗(yàn)是草草測(cè)完數(shù)據(jù)后就無(wú)所事事,現(xiàn)在這些重新構(gòu)建后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓學(xué)生總能發(fā)現(xiàn)一些自己感興趣的,想要深入研究下去的內(nèi)容,課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠用,就利用課外時(shí)間進(jìn)行主動(dòng)的學(xué)習(xí)和探討。教師方面是形成了一種教學(xué)傳承:每個(gè)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、每個(gè)引入的實(shí)驗(yàn)器材、每個(gè)自編的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)書都是凝聚了參與師生心血而成[12],這是一種厚重的傳承資本,不斷更新和改進(jìn)的自編校本實(shí)驗(yàn)教材更可窺見學(xué)校的師生傳承歷史。而一個(gè)高校沒有傳承就沒有基礎(chǔ),沒有傳承就沒有發(fā)展。
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The Construction of the Project the Students Ability of Application on the University Physics Experiment
GAI Shuang-qi,CHEN Wei-hua,ZENG Fu-jun
(Wuzhou College,Guangxi Wuzhou 543002)
Abstract:According to the characteristics of local colleges,improve the ability of students is put forward based on,relying on students' experimental problems found in design experimental project,introduction of modern physics experiment system,expand the application in practical engineering technology means to improve the experimental quality,joined the computer technology aided method to improve the value of learning,designing the experiment projects from life to enhance interest in learning to construct university physics experiment project.
Key words:application ability;university physics experiment;construct
中圖分類號(hào):G 420
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI:10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.030
文章編號(hào):1007-2934(2016)01-0115-04
基金項(xiàng)目:廣西高等教育本科教改工程B類項(xiàng)目( 2015JGB387);梧州學(xué)院教改項(xiàng)目(Wyjg2013A009)
收稿日期:2015-09-06