首頁(yè) > 優(yōu)秀范文 > 聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告
時(shí)間:2022-09-05 18:28:29
序論:速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn),特別為您篩選了11篇聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料,歡迎隨時(shí)與我們的客服老師聯(lián)系,希望您能從中汲取靈感和知識(shí)!
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是相對(duì)獨(dú)立的一門課程,也是我們理工科學(xué)生重要的公共基礎(chǔ)課。這門課程較為特殊,因其上課過(guò)程中既要求動(dòng)手又要求動(dòng)腦,而且每次實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)和課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告任務(wù)繁重,卻又有其獨(dú)特魅力吸引著我們熱愛(ài)做實(shí)驗(yàn)。我們知道物理知識(shí)已經(jīng)滲透進(jìn)各學(xué)科,物理的發(fā)展離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。我們工科學(xué)生不僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)課了解必要的物理知識(shí),更通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐讓我們了解了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和鍛煉了我們的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本能力,同時(shí)也促進(jìn)了我們對(duì)物理知識(shí)的理解。本人的實(shí)驗(yàn)課經(jīng)歷了兩個(gè)學(xué)期從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)性試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)要求不斷提高中個(gè)人實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ苍诔砷L(zhǎng)。本文將結(jié)合自己的感受針對(duì)目前提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的理念談?wù)勗撜n程對(duì)大學(xué)生的影響。
1.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有吸引力
一般的大學(xué)課程我們要不要學(xué),一個(gè)與教師的課講的是否足夠吸引有關(guān)也與課程如何考核有關(guān)。普遍來(lái)講大學(xué)課程的考核與每節(jié)課的效率關(guān)系不大,也就是這節(jié)課聽(tīng)懂沒(méi)有與考核關(guān)聯(lián)不大。這個(gè)導(dǎo)致什么呢?學(xué)生容易不重視課堂效率,上課睡覺(jué),看手機(jī)或做其他事情。特別是手機(jī)的強(qiáng)大功能已經(jīng)讓課堂充滿競(jìng)爭(zhēng),雖然老師采取多種做法提高課堂教學(xué)質(zhì)量,但多少有了讓學(xué)生多了怠課的選擇。相對(duì)來(lái)講大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂方式吸引力要大許多,理由之一是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)每次課堂任務(wù)明確,按時(shí)完成需要學(xué)生課堂的專注,對(duì)教師來(lái)講規(guī)范課堂紀(jì)律也是容易的多。每次課堂我們首先擔(dān)心的是今天能否在正常的時(shí)間完成任務(wù)。再者,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手動(dòng)腦,也是吸引我們的原因。每個(gè)實(shí)驗(yàn)有著不同之處,有的有些微妙的調(diào)節(jié),比如我們剛學(xué)習(xí)了一個(gè)光拍法測(cè)量光速的實(shí)驗(yàn),理論上的光程和相位能夠理解,但在實(shí)際的光路的調(diào)節(jié)上各反光鏡的角度對(duì)光路的影響讓我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中費(fèi)盡力氣。又比如在拉伸法測(cè)金屬絲的楊氏模量的實(shí)驗(yàn),通過(guò)光杠桿法測(cè)量微小長(zhǎng)度變化時(shí),在望遠(yuǎn)鏡中找到像時(shí)是多少的興奮!同學(xué)們的認(rèn)真是真真的被實(shí)驗(yàn)吸引著。
2.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生們解決問(wèn)題的能力
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要求我們能夠正確記錄和處理數(shù)據(jù)。在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中有些數(shù)據(jù)多計(jì)算量大,有些直接計(jì)算麻煩,實(shí)驗(yàn)老師也許會(huì)給些建議給我們,但具體計(jì)算還得自己操作。在這個(gè)過(guò)程中我看到了很多同學(xué)采用了他們剛學(xué)的學(xué)科知識(shí)去處理數(shù)據(jù),比如使用Excel或C語(yǔ)言編程來(lái)處理數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理中我們不但提高處理數(shù)據(jù)的能力同時(shí)也是對(duì)我們的學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用和進(jìn)一步學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)中我們還有遇到各種問(wèn)題,比如光程如何測(cè)量更加準(zhǔn)確;我的讀數(shù)如何更加穩(wěn)定,這樣的條件是否能夠記錄數(shù)據(jù)等等,有心的同學(xué)每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在面對(duì)和解決問(wèn)題中完成實(shí)驗(yàn)的。比如在使用分光計(jì)測(cè)量三棱鏡的頂角時(shí)同學(xué)們覺(jué)得調(diào)節(jié)成像原理簡(jiǎn)單但雙面鏡正反面成像的調(diào)節(jié)很難完成,實(shí)驗(yàn)后期有同學(xué)提出現(xiàn)在望遠(yuǎn)鏡外觀察成像再具體調(diào)節(jié)大大提高了調(diào)節(jié)效率。
3.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)激發(fā)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力
每個(gè)實(shí)驗(yàn)有明確的任務(wù),如何完成以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程哪些問(wèn)題要考慮,哪些因素引起誤差較大,數(shù)據(jù)如何處理,這是同學(xué)們面對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)都要涉及到的。而每位同學(xué)的儀器是單獨(dú)的,獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)面對(duì)的問(wèn)題不一樣,有比較就有發(fā)現(xiàn)。比如,在顯微鏡的讀數(shù)問(wèn)題上,我們的老師給了我們關(guān)于顯微鏡在沒(méi)有完全零刻度對(duì)齊的問(wèn)題時(shí)記錄數(shù)據(jù)籠統(tǒng)的方式。而我們班上的一位同學(xué)提出異議,因?yàn)楦魅说牧憧潭葲](méi)對(duì)齊的程度不一樣,在讀數(shù)時(shí)的如老師的方式會(huì)有錯(cuò)誤,他證明了自己的方法更有效。由于實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差進(jìn)行定量分析,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們必定得找到引起誤差的因素,再在這個(gè)基礎(chǔ)上獲得數(shù)據(jù)。比如在測(cè)定氣體的熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)鎢絲的阻值不同對(duì)結(jié)果的影響較大,那怎樣的阻值才是好的條件呢?這個(gè)是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中思考的。還有我們物理實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)儀器雖然有限,但同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏龅膶?shí)驗(yàn)或測(cè)量的數(shù)據(jù)有多個(gè),比如上面我們談到的光速測(cè)量?jī)x,不僅僅是測(cè)光速,還有液體的固體的折射率也可以有效測(cè)量,但對(duì)固體的折射率的測(cè)量卻又不太方便,這個(gè)可以在試驗(yàn)中感受到為什么測(cè)量固體折射率不合適。
4.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)我們良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)每次課的目的明確,其始終貫穿著實(shí)驗(yàn)原理理解,儀器的熟悉,如何解決問(wèn)題,哪些影響因素要考慮到,在實(shí)驗(yàn)條件下的誤差范圍是可估測(cè)的等等。這些都要求我們的數(shù)據(jù)必須事實(shí)求是。合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不僅體現(xiàn)在我們的實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教師來(lái)講是可預(yù)測(cè)的還在于我們最終計(jì)算的是否有合理的結(jié)果。比如我們做的一個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn):氣體熱導(dǎo)率的測(cè)量,使用外推截距法獲得的數(shù)據(jù)稍有差別將對(duì)最終的熱導(dǎo)率的求解影響是非常大的。而外推法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自我們的實(shí)驗(yàn),合理的記錄數(shù)據(jù)這時(shí)顯得尤為重要。當(dāng)然在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也曾有許多同學(xué)想自己篡改數(shù)據(jù)蒙混過(guò)關(guān),但最終有著“偷雞不成蝕把米”的感受。比如也是在氣體熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)中不小心錯(cuò)過(guò)記錄真空時(shí)電壓和電流數(shù)據(jù)了,由于不想重新來(lái)一遍實(shí)驗(yàn),就自己造數(shù)字,結(jié)果回去后發(fā)現(xiàn)這個(gè)造數(shù)字工作量也很大,不合理的數(shù)據(jù)一不小心就壞了整個(gè)所有數(shù)據(jù)。還有密立根油滴儀測(cè)油滴電荷的實(shí)驗(yàn)中,選擇合適的油滴非常重要,在實(shí)驗(yàn)中這個(gè)工作需要足夠的耐心。有同學(xué)急于結(jié)束實(shí)驗(yàn)任意選擇了油滴,結(jié)果數(shù)據(jù)根本沒(méi)法處理,因?yàn)檎`差過(guò)大。還有在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中顯微鏡朝一個(gè)方向移動(dòng),中間如果錯(cuò)過(guò)一組數(shù)據(jù)考慮到回程差的問(wèn)題就得重新來(lái)一遍實(shí)驗(yàn),很多同學(xué)試著想回轉(zhuǎn)補(bǔ)回而不是重新實(shí)驗(yàn)結(jié)果可想而知。實(shí)驗(yàn)中老師言傳身教的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng),我們?cè)谶@個(gè)課上切身感受到。在實(shí)驗(yàn)中大到規(guī)范的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,小到不確定度的有效數(shù)字位數(shù),都是有嚴(yán)格規(guī)定的。我們從中也體會(huì)到只有遵從這個(gè)原則才能做好實(shí)驗(yàn)。兩學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課程下來(lái)我們從實(shí)驗(yàn)表面的有趣被吸引到內(nèi)心里認(rèn)識(shí)到做物理實(shí)驗(yàn)就得認(rèn)真規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作,科學(xué)的記錄數(shù)據(jù)和撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
5.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)加深了我們對(duì)物理知識(shí)的理解
我們都可能有著同樣的感受:物理是有趣的但是也是很難的。這樣的感受原因不僅在于其離不開(kāi)計(jì)算,需要我們有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。還有一個(gè)重要的原因:抽象難以理解。物理實(shí)驗(yàn)是物理理論的基礎(chǔ),理論的發(fā)展離不開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中驗(yàn)證或者重復(fù)著前人的實(shí)驗(yàn)中不僅僅體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn),更在實(shí)驗(yàn)中具體體會(huì)到各種物理知識(shí)。抽象的物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中被具體化了,我們可以更好的理解這些概念和規(guī)律。比如油滴電荷的量子性以及所帶電量,我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)有了具體體會(huì)。在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中減小或增大光程差牛頓環(huán)向內(nèi)縮進(jìn)或向外擴(kuò)長(zhǎng),我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中有著非常深刻的體會(huì)。至于他們間的關(guān)系就能更好的理解清楚。關(guān)于為什么我們可以使用光速測(cè)定儀測(cè)液體的折射率,實(shí)驗(yàn)中我們更好的體會(huì)了光程和相位的聯(lián)系。至于駐波的特點(diǎn)在聲速的測(cè)量中我們有著明確的認(rèn)識(shí)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)有著實(shí)驗(yàn)原理,而這些原理具體在我們實(shí)驗(yàn)中所扮演的角色與那些數(shù)字有關(guān),這是我們每個(gè)實(shí)驗(yàn)要明了的。比如楊氏模量是表征什么的物理量,與哪些因素有關(guān)如何測(cè)量等等。實(shí)驗(yàn)中我們有了很具體的認(rèn)識(shí)。
6.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)讓我們體會(huì)到了物理學(xué)對(duì)人類生活的影響
物理學(xué)歷來(lái)是人類物質(zhì)文明發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力,歷史上每一次的物理理論的進(jìn)步都帶給人類物質(zhì)文明的巨大飛躍。比如電磁場(chǎng)理論的建立開(kāi)創(chuàng)了人類的無(wú)線電時(shí)代以及由量子力學(xué)引起的微電子產(chǎn)業(yè)為人類生活帶來(lái)了空前的改變。人們?cè)谙硎苓@些物質(zhì)文明的過(guò)程中能不能理解這些科技和物理學(xué)的關(guān)系?我們不能認(rèn)為物理只是理論上的,它的存在改變著人類的物質(zhì)文明和精神文明。我們每次的物理實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證著前人的實(shí)驗(yàn)也是對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí),同時(shí)在解決各種問(wèn)題的過(guò)程也是物理知識(shí)的應(yīng)用。比如聲速的測(cè)量采用了聲波發(fā)射器和信號(hào)接收器將聲信號(hào)電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換;光速的測(cè)量采用了聲光移頻器獲得具有較小頻差的兩束光達(dá)到目的。示波器是利用狹窄的高速電子束打到熒光屏上將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成直觀的圖像儀器。我們從實(shí)驗(yàn)中更加體會(huì)今天的理論是明天的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。物理學(xué)與社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)這并不是曾經(jīng)的事情,而是一直會(huì)影響著我們的生活。而且將會(huì)以更快的速度對(duì)我們社會(huì)的文明帶來(lái)影響。
7.結(jié)束語(yǔ)
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)其科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法,鍛煉了我們的實(shí)驗(yàn)技能,提高了我們觀察分析及設(shè)計(jì)等能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們的耐心和規(guī)范得到了鍛煉和考驗(yàn)。在這里的所列舉的對(duì)我們大學(xué)生的影響可能不能都涵蓋到,每點(diǎn)也是以我們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為例總結(jié)的,但無(wú)可否認(rèn)這是一門帶來(lái)不一樣體驗(yàn)的課程。也許有許多同學(xué)在實(shí)驗(yàn)課時(shí)因?yàn)榉敝氐娜蝿?wù)有所抱怨,但實(shí)驗(yàn)中的示范和監(jiān)督讓我們學(xué)會(huì)高標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)待該課程。實(shí)驗(yàn)和報(bào)告爭(zhēng)取做到規(guī)范中我們的收獲應(yīng)該是其他課程不可替代的。這門課為我們理工科學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下了好的基礎(chǔ)。物理是充滿魅力的,實(shí)驗(yàn)是其基礎(chǔ)。理論的學(xué)習(xí)讓我們因其深?yuàn)W感到有些無(wú)力,但實(shí)驗(yàn)的趣味吸引著我們,讓我們對(duì)物理有了重新的認(rèn)識(shí):科技是理論的應(yīng)用,物理與社會(huì)的發(fā)展密不可分。物理不僅因?yàn)閷?shí)驗(yàn)而精彩,更因其理論的應(yīng)用改變著我們的生活而生機(jī)無(wú)限。
參考文獻(xiàn):
[1]竺江峰,魯曉東,夏雪琴. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2011.
在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候,主要還是以較為傳統(tǒng)的方法為主,課堂內(nèi)容的安排按部就班,只是在“灌”,幾乎每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)固化的流程,講實(shí)驗(yàn)原理、做演示、學(xué)生做、記錄數(shù)據(jù)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。在整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的講解上,也基本沒(méi)有關(guān)于探索方法的闡述,更鮮有對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的物理思想方法的講解及滲透,即使有也只是蜻蜓點(diǎn)水,沒(méi)有深入。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生很少能在教師的指引下進(jìn)行創(chuàng)新思維,都是在按教材的實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)做,學(xué)生被限制在一個(gè)很小的空間,不能自主發(fā)揮,這也主要與上述提到的物理思想方法的傳授有很大關(guān)系。
1.2實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀
首先,學(xué)生在思想上對(duì)于實(shí)驗(yàn)課不夠重視。實(shí)驗(yàn)前不進(jìn)行預(yù)習(xí),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也常常缺乏耐心,測(cè)量幾次沒(méi)有得到預(yù)想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,就開(kāi)始急躁,要么詢問(wèn)老師,要么放棄,不會(huì)去冷靜分析問(wèn)題,更談不上思考解決方案。有一部分學(xué)生甚至在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中投機(jī)取巧,用別人已經(jīng)調(diào)節(jié)好的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),或者直接抄別人的數(shù)據(jù),來(lái)蒙混過(guò)關(guān)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告,大部分學(xué)生是為了完成而完成,能夠敷衍應(yīng)付老師即可。
1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容現(xiàn)狀
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要由力、熱、光、電及近代物理構(gòu)成,實(shí)驗(yàn)的綜合性、拓展性、創(chuàng)新性比較高中物理實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有明顯增強(qiáng)。然而在目前高校中,基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)比例較重,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)安排較少,科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大成就很少能在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中得到反映,學(xué)生對(duì)之感到枯燥無(wú)味,相當(dāng)嚴(yán)重地阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代思維方法的形成。
2物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革的基本內(nèi)容與實(shí)踐
2.1提高教學(xué)靈活性,注重實(shí)驗(yàn)趣味性
各個(gè)大學(xué)的教學(xué)模式各具特點(diǎn),但基本上分為三種類型:第一是培訓(xùn)基本技能、實(shí)驗(yàn)方法和儀器使用的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),如萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器的使用等;第二是指導(dǎo)學(xué)生在已有基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)更高層次物理思想的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),如電子荷質(zhì)比的測(cè)量、超聲波測(cè)量聲速等,以及讓學(xué)生根據(jù)前面積累的知識(shí)獨(dú)立完成的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),如光纖實(shí)驗(yàn)、等離子特性研究等。然而這些還是不夠的,在此基礎(chǔ)上還需注重教學(xué)模式的多樣化,開(kāi)展分層次教學(xué)、個(gè)性化教學(xué)、開(kāi)放式教學(xué)等。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn),與計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合,比如:實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理、多媒體教學(xué)、仿真實(shí)驗(yàn)的研究與開(kāi)發(fā)。在物理實(shí)驗(yàn)講解的同時(shí),還應(yīng)強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)課的重要性。因?yàn)?,在理論上再美妙的假設(shè)或推理,要成為被公認(rèn)的物理規(guī)律,必須要有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。例如:1924年法國(guó)人德布洛意在光的微粒的啟發(fā)下,明確提出實(shí)物粒子具有物質(zhì)波動(dòng)性,即波和粒子的締合概念,簡(jiǎn)稱波粒二重性,其正是通過(guò)電子在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)來(lái)證明的。同時(shí),在教學(xué)過(guò)程中可以穿插物理學(xué)史,一方面,使學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律時(shí)所做的重要物理實(shí)驗(yàn)的方法和技巧,另一方面,能引起學(xué)生的興趣,了解物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律時(shí)的狀態(tài)和心態(tài),知道尚未解決的科學(xué)難題,進(jìn)而會(huì)積極思考如何進(jìn)一步去研究和探索。
2.2以學(xué)生主動(dòng)探究為主,注重對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力培養(yǎng)
從以往的以教師為主體的教學(xué)模式轉(zhuǎn)換為學(xué)生是教學(xué)的主體,提倡激發(fā)學(xué)生參與的積極性和主動(dòng)性,讓學(xué)生掌握科學(xué)的思想方法。例如:在必修實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上安排選修實(shí)驗(yàn),選修實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己選題、自己確定實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、自己動(dòng)手去設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,只要沒(méi)有人身或儀器事故的危險(xiǎn),老師一般不予干預(yù),只是從旁觀察和了解,當(dāng)學(xué)生遇到實(shí)在無(wú)法解決的難題,再做啟發(fā)性引導(dǎo),指出問(wèn)題,鼓勵(lì)他們克服困難,完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí),還可以充分利用實(shí)驗(yàn)室在設(shè)備和場(chǎng)地上的優(yōu)勢(shì),開(kāi)辟出一塊實(shí)驗(yàn)基地,將一些即將報(bào)廢的儀器,如計(jì)算機(jī)、萬(wàn)用表、示波器等供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng),給他們提供相應(yīng)工具,對(duì)這些報(bào)廢儀器進(jìn)行拆裝修理,實(shí)行弄壞無(wú)過(guò)、修好有功的原則,鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手。學(xué)生日常生活中的小物品,如耳機(jī)、收音機(jī)、電熱杯等也可以拿到實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行修理,從而可以體會(huì)到物理原理在生活中的應(yīng)用,進(jìn)一步提高物理學(xué)習(xí)的興趣。
2.3與課外科技創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合,注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)
2.3.1結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)立實(shí)驗(yàn)儀器的研制和改進(jìn)項(xiàng)目
目前許多物理實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)量誤差很大的原因是儀器設(shè)備本身存在著問(wèn)題。例如:空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)、液體表面張力系數(shù)的測(cè)量、楊氏模量的測(cè)量等,因此可以組織學(xué)生在教師的指導(dǎo)下針對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器本身存在的問(wèn)題申報(bào)項(xiàng)目開(kāi)展研究。這樣不僅有利于物理實(shí)驗(yàn)室自身的發(fā)展,也可以加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。
2.3.2把綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課外科技創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合
可以把難度較大的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐的研究項(xiàng)目,不僅由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自己在實(shí)驗(yàn)室中完成實(shí)驗(yàn),而且要求學(xué)生自己調(diào)研,自己撰寫課外科技創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū),自己預(yù)算和使用研制經(jīng)費(fèi),自己撰寫結(jié)題報(bào)告,進(jìn)行結(jié)題答辯。這樣做既可以完成綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求,又可以全面培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事科學(xué)研究的能力和工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力。
2.3.3將科研成果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相聯(lián)系
老師可以將自己的科研成果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面聯(lián)系起來(lái),盡量使科研成果轉(zhuǎn)化為切實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,這樣就可以讓學(xué)生身處創(chuàng)新的前沿,同時(shí)讓他們了解物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)對(duì)于科研的重要性,搭建一個(gè)可以讓學(xué)生提前了解科研的平臺(tái),推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)放的創(chuàng)新,利用科研的前沿式優(yōu)勢(shì)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)所用,從而彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與儀器延后性劣勢(shì)。
2.4注重引入物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用知識(shí)
首先,可以讓學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,主要依靠實(shí)驗(yàn)講義和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的說(shuō)明書(shū),還有參考文獻(xiàn)資料。而教師并不告訴學(xué)生儀器設(shè)備如何使用,學(xué)生自己根據(jù)說(shuō)明書(shū)去摸索掌握使用方法。這就迫使學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立學(xué)習(xí)使用陌生儀器,真正掌握使用各種儀器設(shè)備的技能,為今后的工程技術(shù)應(yīng)用打好基礎(chǔ)。其次,利用物理實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備組織學(xué)生開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研活動(dòng)。在教師的指導(dǎo)下組織學(xué)生利用物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備為企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品性能的檢測(cè),由于對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的性能進(jìn)行檢測(cè)可能要對(duì)物理實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改造,也可能需要研制一些新的傳感器和配件,學(xué)生通過(guò)這些檢測(cè)工作可以學(xué)到物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用知識(shí),同時(shí)也可以看到所學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)的使用價(jià)值。
1 物理專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)
學(xué)院的物理專業(yè)教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本的實(shí)驗(yàn)方法以及技能,理工結(jié)合的高級(jí)復(fù)合型工程技術(shù)人才。對(duì)于實(shí)踐體系教學(xué)就是為了培養(yǎng)學(xué)生要具有一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,在實(shí)驗(yàn)的條件下,能夠動(dòng)手操作出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行歸納分析,并以此來(lái)撰寫論文,做到有可以和同學(xué)彼此進(jìn)行交流的能力;除此之外,還要能夠運(yùn)用現(xiàn)代物理在工程技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn)。因此在課程教育實(shí)驗(yàn)方面要加大和加強(qiáng),尤其是綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn),有條件的話最好能夠讓同學(xué)們進(jìn)行小型的科研試驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新并與工程技術(shù)專業(yè)聯(lián)系起來(lái),使其能夠在將來(lái)從事相關(guān)的專業(yè)工作中可以更好的發(fā)揮。
為了深化教育改革,充分體現(xiàn)“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)模式,增大學(xué)生的就業(yè)幾率,按照院里物理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求,再加上實(shí)踐教學(xué)老師們共同的努力教學(xué),以及大量的調(diào)研、搜集所得到的相關(guān)的資源,對(duì)完善教學(xué)實(shí)踐管理體系,提供綜合性、設(shè)計(jì)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)以及建立網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)提出了更深的討論。在以培養(yǎng)計(jì)劃為指導(dǎo),挖掘各種實(shí)驗(yàn)課,課程設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系,科學(xué)、安全、合理的設(shè)計(jì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)課題的項(xiàng)目的方面已經(jīng)基本建設(shè)出了比較完善的體系,這將對(duì)培養(yǎng)學(xué)生們的綜合素質(zhì)起到了關(guān)鍵的作用。
2 物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)成
通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系以及科學(xué)合理的設(shè)計(jì)的一些實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)項(xiàng)目等已經(jīng)構(gòu)建出了比較完善又能體現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系,包括了10們實(shí)驗(yàn)課,4門課程設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)如下:
2.1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,霍爾位置傳感器測(cè)楊氏模量;實(shí)驗(yàn)2,扭擺法測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;實(shí)驗(yàn)3,示波器的使用;實(shí)驗(yàn)4,粒狀物體極不規(guī)則物體密度的測(cè)量;實(shí)驗(yàn)5,顯示駐波法測(cè)空氣中聲速。
2.2 光學(xué)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用;實(shí)驗(yàn)2,邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)3,光強(qiáng)綜合測(cè)試;實(shí)驗(yàn)4,牛頓環(huán)測(cè)球面的曲率半徑;實(shí)驗(yàn)5,組裝望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。
2.3 電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,磁場(chǎng)的測(cè)量與描繪;實(shí)驗(yàn)2,電表的改裝;實(shí)驗(yàn)3,霍爾原件測(cè)磁場(chǎng);實(shí)驗(yàn)4,物理電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)5,電位差計(jì)測(cè)熱電偶的電動(dòng)勢(shì)。
2.4 近代物理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,密里根油滴實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)2,塞曼效應(yīng);實(shí)驗(yàn)3,夫蘭克――赫茲實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)4,電子射線的電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn);實(shí)驗(yàn)5,電子射線的電聚焦與磁聚焦;實(shí)驗(yàn)6,光電效應(yīng)測(cè)普朗克常數(shù);實(shí)驗(yàn)7,氣體放電等離子體的研究;實(shí)驗(yàn)8,全息照相;實(shí)驗(yàn)9,硅光電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)10,光敏電阻特性測(cè)試實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)11,光速的測(cè)量;實(shí)驗(yàn)12,金屬電子逸出功測(cè)定;實(shí)驗(yàn)13,復(fù)合電鍍實(shí)驗(yàn)(一)――赫爾曹實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)14,復(fù)合電鍍實(shí)驗(yàn)(二)――金屬-固體微粒復(fù)合膜電鑄工藝研究。
2.5 電路實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,驗(yàn)證基爾霍夫定律;實(shí)驗(yàn)2,RLC穩(wěn)態(tài)電路特性的研究;實(shí)驗(yàn)3,RLC二階電路暫態(tài)過(guò)程的研究;實(shí)驗(yàn)4,RC、RL一階電路暫態(tài)過(guò)程研究;實(shí)驗(yàn)5,RLC串聯(lián)諧振電路的研究。
2.6 模擬電路實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,電壓放大器的調(diào)試與測(cè)量;實(shí)驗(yàn)2,拆動(dòng)放大器;實(shí)驗(yàn)3,低頻OTL功率放大器;實(shí)驗(yàn)4,射極跟隨器;實(shí)驗(yàn)5,RC正弦波振蕩器。
2.7 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,組合邏輯電路的設(shè)計(jì)(一);實(shí)驗(yàn)2,組合邏輯電路的設(shè)計(jì)(二);實(shí)驗(yàn)3,集成555定時(shí)器及其應(yīng)用;實(shí)驗(yàn)4,計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用;實(shí)驗(yàn)5,數(shù)/模(D/A)及模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。
2.8 通信原理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,F(xiàn)SK調(diào)制實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)2,抽樣定理與PAM通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)3,二相PSK(DPSK)調(diào)制實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)4,二相PSK(DPSK)解調(diào)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)5,F(xiàn)SK解調(diào)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)6,脈沖編碼調(diào)制PCM與時(shí)分復(fù)用。
2.9 傳感器原理與應(yīng)用試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,金屬箔式應(yīng)變片――單臂電橋性能實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)2,集成溫度傳感器的特性;實(shí)驗(yàn)3,差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)4,電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)5,直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)6,金屬箔式應(yīng)變片――半橋、全橋性能和電子秤實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)7,光電二極管和光敏電阻的特性研究。
2.10 光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1,光源特性測(cè)試;實(shí)驗(yàn)2,電光調(diào)制實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)3,聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)4,廣電倍增管綜合實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)5,光電二極管光電特性測(cè)量;實(shí)驗(yàn)6,光敏電阻特性實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)7,硅光電池特性測(cè)試;;實(shí)驗(yàn)8,面陣CCD實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)9,光電探測(cè)器直流參數(shù)測(cè)試;實(shí)驗(yàn)10,APD光電二極管特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)11,光電耦合開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)。
2.11 電路課程設(shè)計(jì)
萬(wàn)能表的組裝與調(diào)試。
2.12 光電轉(zhuǎn)換課程設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)1,雙光纖通信傳輸認(rèn)識(shí);實(shí)驗(yàn)2,固定速度時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用;實(shí)驗(yàn)3,變速率時(shí)分復(fù)用;實(shí)驗(yàn)4,數(shù)字信號(hào)電――光、光――電傳輸;實(shí)驗(yàn)5,模擬信號(hào)電――光、光――電傳輸;實(shí)驗(yàn)6,變速率時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用。
2.13 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)
數(shù)字時(shí)鐘的制作。
3 教學(xué)改革建設(shè)實(shí)踐
通過(guò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)安排可以看出力學(xué),光學(xué),電磁學(xué),這三門實(shí)驗(yàn)課是基礎(chǔ),其他的實(shí)驗(yàn)課基本上就是圍繞這三們展開(kāi)的,所以要注重打好學(xué)生們的基礎(chǔ),就要對(duì)其進(jìn)行改革選擇適合學(xué)生學(xué)習(xí)的方法,能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性。所以希望每位同學(xué)都可以做到,課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)做好充分的了解,自己動(dòng)手操作,通過(guò)實(shí)驗(yàn)撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,能夠充分理解并能作適當(dāng)?shù)闹v解,然后對(duì)其結(jié)果作評(píng)論。除此之外,課堂上學(xué)生是自由的可以自由發(fā)揮及討論。實(shí)驗(yàn)室充分提供給大家,讓那個(gè)每個(gè)同學(xué)都能充分的去做實(shí)驗(yàn)。此次教學(xué)體系的建設(shè)就是讓同學(xué)能夠徹底明白每個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理,能夠從中收獲到知識(shí),更好地為未來(lái)所要從事的專業(yè)工作打好基礎(chǔ)。提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,真正的學(xué)到知識(shí)。當(dāng)然我也會(huì)在為學(xué)生提供這樣一個(gè)展現(xiàn)自我的。
4 總結(jié)
在此次教學(xué)體系的設(shè)計(jì)中,就是為了通過(guò)新的教學(xué)體系能夠更好的讓學(xué)生學(xué)好物理實(shí)驗(yàn),更好的開(kāi)發(fā)頭腦的思維能力,提高學(xué)生的動(dòng)手發(fā)言的勇氣,自己也能更好的教學(xué)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]方莉俐,張明,梁富增,葛向紅.加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì),提高擇業(yè)能力:應(yīng)用物理課程體系與教學(xué)內(nèi)容的綜合研究與實(shí)踐研究[C]//大學(xué)物理課程報(bào)告論壇文集.2008,7:209.
一、教學(xué)理念
美國(guó)大學(xué)十分重視教育觀念的更新,教師的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法很活。這與美國(guó)教育中鼓勵(lì)冒尖、創(chuàng)新、標(biāo)新立異是分不開(kāi)的。教師主要是提出問(wèn)題、啟發(fā)思路和引導(dǎo)爭(zhēng)論,絕不“抱”著學(xué)生走。物理實(shí)驗(yàn)的目的不只是教學(xué)生使用各種儀器設(shè)備,也不僅是讓學(xué)生學(xué)會(huì)一些實(shí)驗(yàn)的方法與手段,而是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中既動(dòng)手又動(dòng)腦,通過(guò)實(shí)踐真正掌握物理規(guī)律的真諦,學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)方法去檢驗(yàn)理論。美國(guó)大學(xué)為學(xué)生開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的目的十分明確。在斯坦福大學(xué),DouglasD,Osheroff教授特意在黑板上寫下“GOAL:Learn how to do Physics,not specifictechnique,”意思是說(shuō)要通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)使學(xué)生懂得如何去研究物理問(wèn)題,而不是只局限在知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練范圍內(nèi)。這給了我們很大的啟示,我們應(yīng)該更加充分地認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用和性質(zhì),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中樹(shù)立更高的目標(biāo)。在我國(guó)部分高校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,其實(shí)驗(yàn)儀器往往由實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員提前備好,實(shí)驗(yàn)時(shí)由學(xué)生被動(dòng)地按照規(guī)定好的步驟與方法進(jìn)行,然后計(jì)算結(jié)果。學(xué)生往往進(jìn)行的是美國(guó)人稱之為“COOK”實(shí)驗(yàn),即像照著菜單煮飯一樣,學(xué)生按照老師安排好的程序和結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),為了使實(shí)驗(yàn)具有精確性,學(xué)生不能過(guò)于隨意,不能有創(chuàng)造性??梢?jiàn),我們對(duì)于學(xué)生獨(dú)立探索的訓(xùn)練有欠缺,學(xué)生只是簡(jiǎn)單模仿,真正自己動(dòng)腦動(dòng)手較少,這樣的教學(xué)理念與方法不利于學(xué)生創(chuàng)新性思維能力的培養(yǎng)。
二、教學(xué)模式
美國(guó)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手意識(shí)和能力普遍較強(qiáng)。物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過(guò)程大體上分為三個(gè)階段:第一是基礎(chǔ)訓(xùn)練階段,學(xué)生主要進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)技能、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法和基本實(shí)驗(yàn)儀器使用的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,該階段主要由助教和工程技術(shù)人員來(lái)指導(dǎo);第二是教師指導(dǎo)性階段,主要由教師指導(dǎo)學(xué)生利用基礎(chǔ)階段已掌握的基本知識(shí)和技能,學(xué)習(xí)和掌握一些高一層次的物理思想、物理模型、物理方法和物理實(shí)驗(yàn)。教師的任務(wù)是引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生通過(guò)具體的物理實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)會(huì)如何剖析實(shí)驗(yàn)問(wèn)題、如何制定最佳實(shí)驗(yàn)方案,并給學(xué)生留下了很多啟發(fā)性和能夠開(kāi)闊視野的思路和問(wèn)題:第三是學(xué)生的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段。學(xué)生需要獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)儀器的選配、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的進(jìn)一步研究。有些實(shí)驗(yàn)專題可以是個(gè)人獨(dú)立完成或是由幾個(gè)學(xué)生組成小組來(lái)完成的,整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段學(xué)生是主角。
我國(guó)高校的物理教學(xué)已經(jīng)初步建立起從易到難、從簡(jiǎn)單到綜合、從注重傳授知識(shí)到注重創(chuàng)新能力培養(yǎng),循序漸進(jìn)、逐級(jí)提高的物理實(shí)驗(yàn)三級(jí)教學(xué)課程體系。一級(jí)實(shí)驗(yàn)為基本物理量的測(cè)量和基本儀器的使用,主要為預(yù)備性、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。二級(jí)實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法和常用物理量的測(cè)量,主要內(nèi)容為提高性實(shí)驗(yàn)。三級(jí)實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的學(xué)習(xí),主要內(nèi)容為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。盡管在體系建立方面我國(guó)高校已經(jīng)初現(xiàn)規(guī)模,但教師在指導(dǎo)過(guò)程中仍然過(guò)分重視實(shí)驗(yàn)認(rèn)知性結(jié)果的正確性,常常忽略學(xué)生的過(guò)程性體驗(yàn),而這正是美國(guó)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)所推崇的。我們要善于將這些所謂的“正確方法”用“為什么”、“怎么做”、“做什么”等進(jìn)行設(shè)問(wèn),從中創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)方法的問(wèn)題情景,啟發(fā)探究欲望。甚至教師可以有意識(shí)地在教學(xué)過(guò)程中設(shè)置問(wèn)題、制造錯(cuò)誤,讓學(xué)生在師生共同探索過(guò)程中培養(yǎng)和發(fā)展自己的個(gè)性和創(chuàng)新能力。
三、教學(xué)內(nèi)容
針對(duì)一、二年級(jí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,美國(guó)大學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比國(guó)內(nèi)綜合性大學(xué)的普通物理實(shí)驗(yàn)要少。哈佛大學(xué)將這部分實(shí)驗(yàn)中的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為學(xué)生的家庭作業(yè),帶回家去完成。他們發(fā)給學(xué)生一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱,里面裝有各類工具及一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)部件,如萬(wàn)用電表、電阻、電感、電容、米尺、激光筆等,還有一張附有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)資料的CD盤,學(xué)生可在家中完成一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。針對(duì)三、四年級(jí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,每個(gè)學(xué)校各有特色,這與學(xué)校的科研方向密切相關(guān)。如麻省理工學(xué)院的高級(jí)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,一個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生要做2~3周,每周6小時(shí)。對(duì)于這些較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求也很嚴(yán)格。斯坦福大學(xué)三年級(jí)學(xué)生做的光學(xué)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生按的格式寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比國(guó)內(nèi)高校的近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要深,有很多反映學(xué)科前沿的實(shí)驗(yàn)。美國(guó)高校物理實(shí)驗(yàn)選修內(nèi)容十分豐富,類型變化較多,涉及面較寬,為學(xué)生提供了許多可選擇的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。學(xué)生可根據(jù)專業(yè)需要和個(gè)人興趣來(lái)選修物理實(shí)驗(yàn)。在美國(guó),學(xué)校與教師都十分重視把最新的實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試技術(shù)和儀器設(shè)備引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中,讓學(xué)生及時(shí)地了解、接觸和掌握新事物,并從低年級(jí)就開(kāi)始接觸到先進(jìn)設(shè)備和技術(shù),使學(xué)生體會(huì)到科技的進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí),為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及訓(xùn)練奠定了較高的起點(diǎn)和寬厚的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容除了基本的力、光、電實(shí)驗(yàn)外,還有與專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),例如:霍耳效應(yīng):麥克爾遜干涉儀;塞曼效應(yīng):光電效應(yīng);偏振光;衍射光柵;氣體中的聲速:帶電耦合裝置;介電常數(shù):粘滯度測(cè)量;串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路:Meade望遠(yuǎn)鏡的組裝和使用;類星體的發(fā)現(xiàn);人造變星的光度測(cè)定;利用Starlink軟件的CCD圖像數(shù)字壓縮技術(shù):利用Starlink包對(duì)簡(jiǎn)單光譜進(jìn)行分析等。這些設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使我們強(qiáng)烈感受到了科技發(fā)展跳動(dòng)的脈搏。在麻省理工學(xué)院的“量子信息處理”實(shí)驗(yàn), 斯坦福大學(xué)的“超流”實(shí)驗(yàn),哥倫比亞大學(xué)的“混沌實(shí)驗(yàn)”、“鑷子”實(shí)驗(yàn)和UCLA的一系列核物理實(shí)驗(yàn)對(duì)比之下,我們真正根據(jù)自己的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)的還比較少,因而各校的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大同小異,缺乏特色,不夠新穎。這些內(nèi)容可以啟示我們要進(jìn)一步推進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的近物化和科研化進(jìn)程。
美國(guó)大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容是通過(guò)自編教材實(shí)驗(yàn)來(lái)體現(xiàn)的。內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)操作步驟被有意識(shí)地粗略化,但是留給學(xué)生許多結(jié)合實(shí)驗(yàn)的思考題,目的是促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中和實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行思考與創(chuàng)造。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有不清楚之處時(shí),可以隨時(shí)查閱實(shí)驗(yàn)室中儀器資料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備說(shuō)明書(shū)等參考文獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)教材基本是自編的講義,這與我國(guó)目前實(shí)驗(yàn)教材大多采用正式出版的書(shū)籍大不相同。究其原因, 是因?yàn)樗麄兊慕虒W(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容年年都改,因而不必要也不可能用正式出版的書(shū)籍。他們追求的是新穎、現(xiàn)代、有特色, 而不追求完整、系統(tǒng)、規(guī)范化。這種教學(xué)思想與我們有較大的差異。許多學(xué)校都強(qiáng)調(diào)教材不應(yīng)像烹調(diào)書(shū)那樣一步一步寫得很清楚, 讓學(xué)生按部就班去做, 這種培養(yǎng)操作工式的教學(xué)方法不利于人才的成長(zhǎng)。我國(guó)傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊,傳統(tǒng)、經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)多,體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)少;內(nèi)容單一的實(shí)驗(yàn)多,
設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)少,且多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。并且教材改革滯后于當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步,諸如以信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、遙感技術(shù)等高端科技已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域而且進(jìn)入家庭,但有些高校的物理實(shí)驗(yàn)課程仍然開(kāi)設(shè)黑白影像、電子管晶體管電路等。古老的傳統(tǒng)教育要培養(yǎng)能適應(yīng)自主創(chuàng)新形式下的創(chuàng)新型人才,必須更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,既要關(guān)注科技發(fā)展的前沿,又要考慮學(xué)生的專業(yè)實(shí)際,充實(shí)一些與現(xiàn)代生產(chǎn)聯(lián)系密切的實(shí)用性實(shí)驗(yàn),并且有一定比例的設(shè)計(jì)性和綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。即使學(xué)生開(kāi)闊眼界,又能將物理理論與現(xiàn)代技術(shù)和生活融合起來(lái),因此能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神。
四、現(xiàn)代化教學(xué)手段
計(jì)算機(jī)在美國(guó)高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用十分廣泛。美國(guó)大學(xué)的近代物理實(shí)驗(yàn)中幾乎100%都用計(jì)算機(jī),而普通物理實(shí)驗(yàn)中約1/3使用計(jì)算機(jī)。有的學(xué)校寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、批閱報(bào)告也都用計(jì)算機(jī)。大學(xué)中有許多為教學(xué)服務(wù)的CAI軟件,質(zhì)量很高,學(xué)生可以隨時(shí)通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò),提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí);學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和處理等工作。實(shí)驗(yàn)報(bào)告也基本上是在計(jì)算機(jī)上完成的,并通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)傳遞給教師;利用計(jì)算機(jī)模擬,開(kāi)發(fā)高新科技相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn),進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué),開(kāi)闊學(xué)生的眼界:用CAI介紹和模擬更新的實(shí)驗(yàn)方法、技能和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用等。從美國(guó)高校中可以體會(huì)到計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中的普及和應(yīng)用程度之高,已成為高等工程教育中不可缺少的重要工具。顯然,我國(guó)高校物理實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)使用比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏低,這不能滿足學(xué)生適應(yīng)今后在信息社會(huì)的工作要求。可喜的是我們?cè)谶@方面已經(jīng)做出了有益的嘗試,例如建立了仿真物理實(shí)驗(yàn)室,通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機(jī)地融合為一體,形成了一部活的、可操作的物理實(shí)驗(yàn)教科書(shū);將多媒體、CCD和錄像等手段引入實(shí)驗(yàn)教學(xué):建立物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站,實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)。例如同濟(jì)大學(xué)物理CAI中心就是網(wǎng)絡(luò)和多媒體教學(xué)的結(jié)合產(chǎn)物,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,中心以網(wǎng)絡(luò)為載體,積極開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)資源,使得網(wǎng)絡(luò)這一現(xiàn)代化的教育資源在實(shí)驗(yàn)室的管理、實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放式教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性提高和能力素質(zhì)的培養(yǎng)等方面發(fā)揮了很好的作用。但計(jì)算機(jī)并非越多越好,因?yàn)樵S多基本的物理思想的掌握、物理現(xiàn)象的觀察、操作能力的培養(yǎng)以及基本的數(shù)據(jù)處理的思路與能力等,都不能也不應(yīng)由計(jì)算機(jī)來(lái)完全代替。美國(guó)各實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)使用十分方便,但他們也認(rèn)為只有用了計(jì)算機(jī)能加深對(duì)物理原理的理解、對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的掌握和對(duì)測(cè)量精度的提高時(shí)才用計(jì)算機(jī),而讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手去觀察真實(shí)的現(xiàn)象,學(xué)會(huì)基本的操作,仍然是十分必要的手段。
物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,做好實(shí)驗(yàn)、啟發(fā)學(xué)生積極思維是教學(xué)的重要任務(wù)。脫離了實(shí)驗(yàn)與觀察,物理教學(xué)就不可能真正的教好與學(xué)好。
(1)加強(qiáng)直觀教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析問(wèn)題的能力。學(xué)習(xí)物理概念及其規(guī)律,要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),通過(guò)觀察再加以分析,達(dá)到加深理解所學(xué)物理概念的目的。有些物理現(xiàn)象,學(xué)生沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),將信將疑,通過(guò)演示,能加深直觀印象,使學(xué)生掌握通過(guò)做實(shí)驗(yàn)找出物理規(guī)律的方法,改變學(xué)生原有的對(duì)一些概念的錯(cuò)誤理解。
例如,做功可以改變內(nèi)能。壓縮氣體做功,氣體內(nèi)能增加,摩擦生熱,學(xué)生很容易理解,但對(duì)空氣被壓縮溫度就能升高,他們?nèi)狈Ω行缘闹R(shí),一定要做好這個(gè)實(shí)驗(yàn),其關(guān)鍵是壓縮要快,筒內(nèi)要有一定量的空氣,棉花浸乙醚不能過(guò)多,將這些注意點(diǎn)告訴學(xué)生,讓他們?nèi)ニ伎?、觀察和分析。
(2)利用模擬實(shí)驗(yàn)說(shuō)明物理規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生的抽象和推理能力。例如,關(guān)于“超重”和“失重”的教學(xué),在變速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)中,人會(huì)超重和失重,可在磅秤上做模擬實(shí)驗(yàn),當(dāng)人從站立位置迅速下蹲時(shí),先是失重后超重(看指針的示數(shù)),再迅速站立起來(lái),先超重后失重。理論結(jié)合實(shí)驗(yàn),學(xué)生容易理解。
(3)將部分演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和綜合歸納能力。盡量讓學(xué)生自己動(dòng)手,邊聽(tīng)講邊做實(shí)驗(yàn),動(dòng)腦又動(dòng)手。例如,講解變壓器變壓規(guī)律時(shí),讓學(xué)生測(cè)量原副線圈上的電壓,計(jì)算電壓比和匝數(shù)比,在實(shí)驗(yàn)中歸納、總結(jié)出規(guī)律。學(xué)生亦可體會(huì)科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)一條物理規(guī)律的過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)新。
二、利用物理概念啟發(fā)學(xué)生積極思維
首先要啟發(fā)學(xué)生了解為什么要引入各個(gè)物理量。在講解定義、定律時(shí),不僅要掌握這些定義定律的表述,還要通過(guò)分析對(duì)比,使學(xué)生加深理解,要注意培養(yǎng)學(xué)生建立合理的物理模型,對(duì)學(xué)生容易混淆的問(wèn)題和錯(cuò)誤的想法加以澄清、糾正。
(1)運(yùn)用比喻使抽象的概念直觀化。例如,講金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)速率與電場(chǎng)傳播速率的區(qū)別,很多同學(xué)誤認(rèn)為兩個(gè)速率相同,但根據(jù)計(jì)算自由電子的定向移動(dòng)速率約為10-4—10-5米/秒。以10-4米/秒為例,若用電器距發(fā)電廠有104米遠(yuǎn),則發(fā)電機(jī)中的電子需運(yùn)動(dòng)108秒才能到達(dá)用電器(按直流電計(jì)算),也就是要三年多的時(shí)間,這不符合實(shí)際情況。實(shí)際上電場(chǎng)傳播很快,一旦電路接通,電場(chǎng)以相當(dāng)于真空中光速(3×108m/s)傳播,電場(chǎng)傳到之時(shí),該處自由電子就開(kāi)始定向移動(dòng),用電器中極短時(shí)間內(nèi)就有電流通過(guò)。對(duì)此學(xué)生還是不太理解,就比喻在操場(chǎng)跑道上排滿一圈人,一聲口令,幾乎同時(shí)都跑起來(lái),每個(gè)人的速率并不大(約2m/s),但口令聲卻以聲速傳播(約340m/s)。
(2)以問(wèn)題為導(dǎo)向,引導(dǎo)學(xué)生正確掌握物理概念。例如,摩擦力做功的教學(xué),提出問(wèn)題:摩擦力是否一定做負(fù)功?靜摩擦力是否一定不做功?讓學(xué)生先思考,再舉例說(shuō)清動(dòng)摩擦力有時(shí)可能對(duì)物體做正功;靜摩擦力有時(shí)對(duì)物體做正功,有時(shí)做負(fù)功;有時(shí)即使物體運(yùn)動(dòng),但所受靜摩擦力不做功,通過(guò)問(wèn)題分析使學(xué)生正確掌握物理概念。
(3)啟發(fā)學(xué)生對(duì)比分析,加深物理概念的外延和內(nèi)涵的理解,學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用物理規(guī)律。通過(guò)對(duì)比所學(xué)知識(shí),前后對(duì)照,準(zhǔn)確掌握概念的含義及適用范圍,分析它們的區(qū)別和聯(lián)系,這樣可以幫助學(xué)生做到融會(huì)貫通并舉一反三,這也是學(xué)好物理的重要方法。對(duì)比法可采用列表分析幾個(gè)物理概念的區(qū)別與聯(lián)系;也可采用一題多解,分析各種解法的特點(diǎn)與物理實(shí)質(zhì)的一致性。
三、利用物理習(xí)題啟發(fā)學(xué)生積極思維
學(xué)生做物理習(xí)題是復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)物理概念和規(guī)律的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)做物理習(xí)題可以提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,同時(shí)也加深對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的理解。有些學(xué)生聽(tīng)老師講解例題容易懂,但自己做習(xí)題就會(huì)有困難,對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題無(wú)從下手,其原因在于:一是基本概念沒(méi)有搞清楚;二是沒(méi)有掌握解題的方法,缺乏對(duì)物理過(guò)程和解題步驟的分析能力。
(1)啟發(fā)學(xué)生學(xué)會(huì)尋找解決復(fù)雜問(wèn)題的突破口。指導(dǎo)學(xué)生首先要對(duì)題目所敘述的物理過(guò)程進(jìn)行全面分析,弄清各個(gè)物理過(guò)程有哪些規(guī)律,分析已知量和未知量后,還要恰當(dāng)?shù)剡x取研究對(duì)象,找突破口一般要采用“倒推法”、“綜合分析法”等選擇思路。“倒推法”就是從題目所要求的物理量開(kāi)始分析,需要先求出什么量,算出這些量又先要求出什么量,一步一步倒推,最后找出突破口,實(shí)際運(yùn)算的步驟正好與倒推的步驟相反?!熬C合分析法”是在包含幾個(gè)物理過(guò)程的題目中,同時(shí)在開(kāi)始過(guò)程和結(jié)束過(guò)程找突破口,最后在中間過(guò)程解決問(wèn)題,也有的題目經(jīng)過(guò)全面分析后,集中到某一關(guān)鍵問(wèn)題,這個(gè)關(guān)鍵一經(jīng)突破,整道題都可以解決了。
(2)拓展練習(xí)問(wèn)題設(shè)計(jì)的廣度,切實(shí)提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。在課堂上訓(xùn)練時(shí)充分利用短小精悍的問(wèn)題,這樣可提高覆蓋面的廣度,不會(huì)占用太多時(shí)間,靈活度大,對(duì)培養(yǎng)和檢查學(xué)生分析能力和熟練程度是比較有效的。編寫這類問(wèn)題時(shí),可適當(dāng)選用一些易混、易錯(cuò)題。
例如,涉及計(jì)算的問(wèn)題,很多同學(xué)不做分析就死套公式,很容易造成錯(cuò)誤。如計(jì)算靜摩擦力的問(wèn)題:一個(gè)質(zhì)量為m的物體放在300傾角的斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài),已知?jiǎng)幽Σ料禂?shù)為u,求該物體與斜面間的靜摩擦力。有些學(xué)生不加分析就按f1=mgucos300計(jì)算,其實(shí)應(yīng)根據(jù)物體所處的平衡條件計(jì)算f2=mgsin300,因f2≤ f1。通過(guò)這道題的練習(xí),學(xué)生減少出現(xiàn)類似錯(cuò)誤。