普通物理實驗教學改革思考
時間:2022-06-27 10:50:18
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1引言
物理是一門實驗學科,針對物理學專業所開設的普通物理實驗課程是物理學專業重要的專業實踐課[1~3].2018年初,教育部頒布了《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》(以下簡稱《國標》,在《國標》中對普通物理實驗課程的學時做了明確規定,要求普通物理實驗應不少于128學時,其中力學、熱學、電磁學和光學實驗均不少于16學時[4].目前,全國各高校已經或者正在根據新的《國標》修訂相應的專業培養方案,可以預見,修訂后培養方案中的普通物理實驗的學時會比當下采用的培養方案有所增加.尤其是對眾多地方本科院校而言,前幾年,在應用型轉型思想的引導下,很多地方院校壓縮了普通物理理論課和實驗課的學時,增加了一些其他方面的專業應用或者實踐學時.所以,如何在新的《國標》體系下,全面理解地方性、應用型轉型要求,提升本科教學質量,真正做好物理學專業本科教學工作的內涵式發展,是從事物理學相關專業教學工作的教師應該思考的問題.本文將以運城學院為例,著重分析地方本科院校中普通物理實驗教學的現狀,并依據新的《國標》體系,給出下一步普通物理實驗教學改革的若干思考.
2普通物理實驗教學的現狀
目前,各高校的物理學專業中,一般將普通物理實驗課程分為普通物理實驗Ⅰ(力學部分)、普通物理實驗Ⅱ(熱學部分)、普通物理實驗Ⅲ(電磁學部分)和普通物理實驗Ⅳ(光學部分)4個部分,每一部分的學時不盡相同.以我校普通物理實驗為例,其中力學部分開設8個實驗(16學時)和4學時的理論導論;熱學部分開設8個實驗(16學時);電磁學部分開設10個實驗(20學時)和2學時的理論導論;光學部分開設8個實驗(16學時).可以看到,力學、熱學、電磁學和光學實驗的學時均不少于16學時,但是距離《國標》要求的普通物理實驗不少于128學時還有較大差距.當然,這一情況并不是我校所特有的,國內很多地方本科院校中,由于教學經費的相對緊張和其他一些現實因素,其普通物理實驗的開設學時距離《國標》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時,如何更有效地提高普通物理實驗的教學效果,進而提升物理學相關專業的教學質量是一個具有普遍性的問題.
3普通物理實驗教學改革的幾點思考
通過調研兄弟院校的普通物理實驗課程的開設情況,結合地方本科院校的實際情況,筆者認為,可以從以下3個方面改進目前的普通物理實驗教學.3.1增加實驗項目數量.普通物理實驗主要是培養學生學會利用基本物理實驗方法、基本元器件和儀器,對基本物理量進行測量、數據處理和誤差及不確定度的分析,并掌握常用實驗操作技術和相關的安全規范.目前我校開設的力學、熱學、電磁學和光學實驗部分,在現有基礎上,還有一定的實驗項目增加空間,這需要從學校層面加大實驗設備的購置.3.2增加單項實驗項目的學時.目前,多數高校普通物理實驗單項實驗項目的學時為2學時,基本上滿足了實驗操作的需求.但是,國內也有一些高校其普通物理實驗單項實驗項目的學時為3學時或者4學時.筆者認為,隨著科學技術的發展,尤其是各種信息技術比如:多媒體技術、仿真技術、微課等教學形式逐步進入高校課堂[5~8],現在一個實驗項目所承載的知識或者信息量已經有了很大的提升.所以,我們完全可以增加單個實驗項目的教學學時,當然,在增加教學學時的同時,我們必須要規劃好學時的分配.比如,如果單個實驗項目為3學時,可以利用1學時進行實驗背景、原理、儀器和應用方面的講解,學生操作實驗利用2學時,這樣在一定程度上增加了學生實際進行實驗操作的時間,有利于學生對實驗項目本身所承載知識體系的理解和掌握,也有利于指導教師對學生的實驗操作進行過程考核.3.3豐富實驗教學手段.目前的實驗教學過程,多是指導教師對實驗項目本身做簡單概述,然后指導學生進行實驗操作,新的形式下,要求以學生為中心,構建多層次的實驗教學體系,過于單一的實驗教學手段就顯得有些不足.指導教師可以充分利用多媒體、虛擬仿真等現代信息技術手段,加大實驗項目的信息量.比如,我們在進行“牛頓環實驗”教學過程中,可以將編寫好的MATLAB程序提前發給學生輔助預習;然后在實驗課上講解原理時,引導學生重點理解如下問題:(1)牛頓環實驗反射光和透射光所形成的干涉圖樣有什么區別?(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,讓學生帶著問題、帶著思考進行實驗操作;實驗結束后,還可以要求學有余力的學生改進MATLAB程序,借助MATLAB程序進一步理解課堂上的一些問題.通過虛擬仿真技術的應用,既可以增加實驗的信息量,也鍛煉了學生分析問題、解決問題的能力,提高了學生進行實驗研究的主動性和參與程度,有助于提高實驗教學的整體效果.
4結束語
隨著教學質量國家標準的實施,對地方本科院校物理學專業的普通物理實驗教學提出了更高、更具體的要求.增加實驗項目和單項實驗項目的學時是一個可行的改革途徑,當然這一措施和豐富實驗教學手段是一個統一的有機整體,其效果還需要實踐的檢驗,我校將在下一步的人才培養方案修訂和教學實踐中積極實踐,探索在新的《國標》體系下,提升本科教學質量的有效方法.
作者:姜其暢 蘇艷麗 馬紫微 李永宏 王小平 單位:山西運城學院物理與電子工程系
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