大學物理實驗項目優化及內容拓展論文
摘要：針對目前應用型人才的培養目標，基于現有大學物理實驗課程的教學條件和師資水平，對大學物理實驗項目、內容進行優化和拓展。構建了基礎性必做實驗、綜合性選做實驗和創新性拓展實驗三個層次的項目內容的教學模式，并積極引導學生參加各類創新實驗競賽。實踐結果表明，新的教學模式能有效地提高學生的自主學習和創新能力。
關鍵詞：大學物理實驗;項目優化；內容拓展
近年國內外經濟發展形勢對人才類型的需求產生了深遠的影響，就目前分析，高素質應用型人才的培養是工科院校的首要目標。大學物理實驗主要是針對高等學校工科學生開設的一門必修基礎課程，該課程對提高學生初步的研究能力和實踐學習能力是至關重要的。因此，大學物理實驗的教學內容和方式與高素質應用型人才的培養息息相關。我國一般高等院校的多數物理實驗項目、內容仍采用老舊的模式，主要偏重對經典驗證實驗，而對有助于提高應用能力、創新能力，解決實際問題的能力的拓展實驗缺少開發，這與當代科學發展的綜合性和交叉性趨勢是相違背的，也不利于當代所需應用型人才的培養。進行大學物理實驗項目優化和內容拓展勢在必行[1-3]。針對大學物理實驗項目、內容的改革也引起了國內學者的關注[4,5]，依據遼寧工業大學（以下簡稱我校）的實驗室設備投入情況和師資條件，抓住我校實施提高大學物理實驗教師教學能力和實驗設備維修能力，開發設計性、綜合性實驗項目能力，指導創新、創業項目的能力活動之契機，對大學物理實驗項目進行了優化，對內容進行了拓展。通過具體實施、實踐，結果表明，新的項目優化與內容拓展的教學模式有效地提高了工科學生應用能力、創新能力和解決實際問題的能力。
一、大學物理實驗項目優化
針對我校工科學生的專業特征和應用型人才培養的需要，在現有實驗室面積和實驗設備數量及實驗室教師的師資水平基礎上，對本學期開設的實驗項目：用復擺測重力加速度、穩態法測量不良導體的`導熱系數、用雙臂電橋測低電阻、用惠斯登電橋測電阻、用模擬法測繪靜電場、計算機仿真-熱敏電阻的特性研究、熱電偶的定標、電子束綜合試驗儀的使用、電子示波器的使用、光的干涉-平凸透鏡曲率半徑的測定、邁克爾遜干涉儀、衍射法測量微小長度、用衍射光柵測光波波長、霍爾效應測磁場這14個實驗項目進行優化。為了兼顧工科各專業的學科特點和培養目標，通過現有的大學物理實驗網上選課系統，將學生所上實驗項目分為必做項目和選做項目兩大類。必做實驗項目為具有代表性的經典實驗，必做實驗可以使各專業學生對基本的實驗知識、實驗方法和實驗技能得到系統地學習和掌握；而選做實驗可以使學生按照自身的專業特點自行分類，發揮自己的專業特長。考慮到知識的全面性，力學、熱學、電學和光學實驗都不能缺少，故用復擺測重力加速度和穩態法測量不良導體的導熱系數保留作為必做實驗項目。同為電學實驗的用雙臂電橋測低電阻和用惠斯登電橋測電阻有較大的相同之處，故保留經典的用惠斯登電橋測電阻作為必做實驗項目。電子束綜合試驗儀的實驗有助于學生進一步理解電子示波器的原理，同時電子示波器又是多數工科學生必用的儀器，因此，兩個實驗都作為必做實驗項目。用模擬法測繪靜電場和計算機仿真-熱敏電阻的特性研究這兩個實驗同為模擬實驗，計算機仿真實驗是目前模擬實驗的典型，故選計算機仿真-熱敏電阻的特性研究作為必做實驗。霍爾效應測磁場作為電氣、電子類專業學生的選做實驗項目會更為合適。光學實驗選干涉和衍射的典型實驗——光的干涉-平凸透鏡曲率半徑的測定和用衍射光柵測光波波長作為必做實驗，可以達到對光學實驗的基本方法和基本操作的掌握。經過上述分析，優化后的大學物理實驗項目如表1所示。在原有的大學物理實驗項目的基礎上進行篩選，將實驗項目調整為必做實驗和選做實驗兩大類，各工科專業學生通過必做實驗可以獲得有關物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能。通過選做實驗，學生按照專業特點、興趣愛好自主分類，充分調動了學生的學習興趣。同時要求學生做選做實驗時，能自己預習、自己選擇實驗器材、自己設計實驗過程和自己分析實驗結果，教師給予最后的指導和評判，實現開放式的實驗教學過程，這樣可以大大促進學生的獨立思考和創新能力的培養。
二、大學物理實驗內容拓展
通過必做和選做項目的分類固然可以使學生在專業上獲得各有所長的發展，但是學生物理實驗能力和水平也是參差不齊的，一些學生對物理實驗的渴求遠不是這些經典物理實驗能夠滿足的。因此，還需要通過內容拓展來開發出一些創新性拓展實驗，使得有這方面愛好和專長的學生有用武之地。創新性拓展實驗源于基本的大學物理實驗項目，但也不拘于原有的基礎實驗。飛速發展的電子技術使得一些基礎物理實驗項目的方法顯得落后，而基礎物理實驗項目中的物理思想又是永遠值得保留的智慧精髓。針對邁克爾遜干涉儀，可以拓展出一系列的創新性實驗項目，如用邁克爾遜干涉儀測量鈉黃光的光波長和相干長度，用邁克爾遜干涉儀測量薄玻璃片的厚度等。針對衍射法測量微小長度實驗，可拓展出金屬細微絲的直徑的測量。在衍射法測量微小長度項目內，又可增加利用劈尖干涉測量金屬絲直徑的內容。針對霍爾效應測磁場實驗可以拓展出非接觸方式測量導線電流強度的實驗，利用霍爾原理設計實驗測量裝置，通過測量霍爾元件兩端的電勢差和工作電流等物理量，利用單片機編程自動進行數據計算與處理，最后通過LED屏輸出計算載流導線的磁感應強度。針對用復擺測量重力加速度實驗進行內容拓展，可以要求利用光電管制作一個計時器測量周期，利用單片機處理、分析數據，計算出加速度值和不確定度，再利用LED將結果顯示出來。實驗內容拓展所需的軟件和硬件部分分配給不同專業學生完成，又可以培養學生們團結協作的精神。這些創新性拓展實驗項目被安排在必做和選做實驗項目之后，而且不要求全體學生參與，也不作為必修課程，只鼓勵對物理實驗具有強烈愛好又擁有專業特長的學生參與，并有專門教師指導，學生以研究性的論文和作品形式展示成果。這些成果可以參加各類創新競賽，可以用于發表文章，還可以作為畢業設計內容。
三、結論
近三年，利用創新性拓展實驗項目和實驗內容，組織教師和學生，設計并制作了《智能溫度計》、《可視化手動發電機》、《一鍵式智能密度測量儀》、《智能家庭空氣環境測控儀》、《一鍵式金屬膨脹系數智能精密測量儀》、《音頻與聲波儀的制作》、《智能便捷加速度測量儀》、《非接觸式智能電流強度測量儀》、《磁感應強度矢量自動測量儀》等設計作品，參加了近三年的“遼寧省普通高等學校本科大學生物理實驗競賽”，獲得一等獎、二等獎和三等獎多項，并將設計制作的實驗儀器應用在大學物理實驗的教學中，對原有的實驗方法、實驗儀器等進行有效補充。這些作品的設計制作者和實驗學生可能來自同一個專業、同一個學院，他們彼此熟悉，這樣就進一步增強了學生參與實驗創新的興趣，激發了學生的創新意識和創新能力。
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