工科院校大学物理实验课程教学改革的探索

第24卷第2期2011年4月高等函授学报(自然科学版)

Journal of H igher Correspondence Education(Natural Sciences) Vol. 24No. 2 2011

大学教学

工科院校大学物理实验课程教学改革的探索

樊志琴 李 瑞 蔡根旺 欧海峰 程仁志 符建华 王世建

(河南工业大学理学院, 郑州450001)

摘 要:本文结合本校物理实验中心建设的实践, 对工科院校大学物理实验课程的教学理念、课程体系、教学内容、教学方式和手段、实验中心网站、实验教材、实验师资队伍等问题进行了探索。

关键词:工科; 大学物理实验; 课程改革中图分类号:G427

文献标识码:A 文章编号:1006-7353(2011) 02-0015-02

1大学物理实验课程教学改革的意义

大学物理实验课程是高等理工科院校学生进入大学后的第一门实践课程, 是理工科学生系统学习基本实验知识、实验方法和实验技能的开端,

是专业实验和毕业设计的基础, 对提高学生素质具有举足轻重的作用。

实验课的教学目的在于提高学生的科学实验素质, 培养具有创新精神和良好科学作风。而目前, 国内高校的很多学生重理论轻实践现象问题较为突出, 学生对实验的兴趣度不高、创新意识不强, 为改变这一现象, 必须进行全面改革, 切实提高大学物理实验教学质量。

2创新实验教学理念, 促进综合素质培养2. 1树立 五基 教育教学新理念

实验教学改革是课程建设的核心内容。课程建设应以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨。先进的教育教学理念对课程中心建设起着指导作用。以往我国高等教育采用基础理论、基础知识和基本技能 三基 教学理念[1], 成功地培养了无数优秀的服务型人才。现在要实现服务型人才向创新型人才培养的转变, 需要在 三基 培养的基础上, 增强基本思维和基本能力的培养, 即建立起 五基 教育理念。基本思维就是在培养顺向思维的同时, 注重逆向思维的培养; 基本

能力就是在培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力的同时, 加强获取知识、应用知识和探索研究新知识能力的培养。几年来, 本校实验中心以构建和实施创新型人才培养的物理实验教学新体系为切入点, 将 五基 教育理念贯穿于整个教学改革之中, 拓宽了创新型人才培养的思路。2. 2建立 三级 物理实验课程教学新体系

在教学中, 本校物理实验中心注意到现代科学技术的发展已趋于力、热、电、光相互渗透和相互促进的局面; 过去属于近代物理实验的内容, 现在已是很普通的实验了。因此, 课题组在近年来将本科教学中各门物理实验作为一个整体统一安排, 打破普通物理实验中力学、热学、电磁学、光学等之间的界限, 对原来的大学物理实验和近代物理实验统筹安排, 将部分近代物理实验放到普通物理实验中, 将公共物理实验与专业物理实验融合, 从物理实验的研究内容和规律出发, 创建了三级物理实验课程新体系, 呈现出从易到难、从简单到综合、从注重传授知识到注重创新能力培养、循序渐进、逐级提高的特点。一级实验主要开设一些预备性、基础性实验; 二级实验主要为一些提高性实验; 三级实验主要为综合性、设计性实验。另外, 我们还对物理类学生开设近代物理专题实验, 通过这些实验的学习, 使学生对近代物理

[2]

收稿日期:2010-12-20.

作者简介:樊志琴(1970-) , 女, 博士, 教授, 研究方向:碳基薄膜材料及微电子技术.

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的研究内容、研究方法和研究成果有一定的了解, 为学生开拓视野, 并使学生的实验能力得到进一步的提高。

2. 3更新实验教材, 满足教学体系的需要

在教育部 关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量若干意见 中关于努力培养学生 科学素养 与创新能力思想指导下

[3]

3. 2提高实验教学效果

传统的实验教学偏重于所学知识的验证, 学生在规定的时间内, 根据实验指导书规定的实验步骤和方法, 对理论教学知识进行验证, 然后按照

规定的格式, 写出实验报告。这种实验的常规安排模型, 局限于所学知识的复习巩固和实验操作技能的训练, 学生没有必要也没有可能自己选择实验内容和自己去安排实验时间, 从而束缚了学生的思维, 客观上限制了学生的积极性与主动性的发挥, 学生学习兴趣不大, 积极性不高, 实验效果不好, 不利于工程实践能力和创新开发能力的培养。物理实验中心认为, 高等教育不仅仅是知识的简单传授, 而应该把重点放在综合能力的培养上, 包括自主学习能力、技术应用能力、工程设计能力、创新开发能力的培养。因为我们处在一个知识爆炸、人才竞争激烈的时代, 大学阶段刚刚学过的知识, 也许走出校门就过时了。只有上述几方面能力的形成, 才是持续发展不竭的动力, 才能跟上时代的发展。在国外一些高等学校中, 实验室、实习基地大部分都是开放性的。实验、实习内容多以学生自行设计、制作、测试为主, 学生可以做课内规定的项目, 也可以做自己感兴趣的内容, 为学生提供了一个大胆思维、不受约束、能充分发挥个性的空间和条件。为此, 物理实验中心借鉴国内外先进的实验教学模式, 结合我校现有的实验教学条件, 实行开放式实验教学以适应新的实验教学体系的需要。3. 3引入现代化教学手段

(1) 建立了仿真物理实验室。仿真实验通过计算机网络把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体, 形成了一部活的、可操作的物理实验教科书, 扩大了物理实验的空间, 打破了教与学、理论与实验、课内与课外的界限。它作为一种理想的教学环境的创设工具, 学生自主学习的认知工具, 增强了学生对物理实验的兴趣, 充分调动学生主动学习的积极性。

(2) 建立资源丰富的物理实验教学网站, 实行网络化教学, 以网络为载体, 积极开发网络资源, 使得网络这一现代化的教育资源在实验室的管理、实验室的开放式教学、学生学习的积极性提高

(下转第19页)

, 大学物理实验

课程组十分重视教材建设。近五年来, 先后编写及修订物理实验教材2部, 它是集中物理实验中心主要力量编写而成的。新教材内容充分反映了我们的教学理念和指导思想, 完全能够满足实验教学需要, 它采用了国家新的质量评定体系和 不确定度 概念, 数据处理采用最小二乘法、列表法、作图法、逐差法等。新教材具有突出的特点:注重实验设计思路、提供多种实验方案、增加了设计性实验课题、增添一些新的结合科研、工程和社会实际应用需要的实验内容, 反映了当前主流的实验理论、技术和方法以及实验教学改革成果。实践表明, 实验教学效果得到了保证和提高, 为搞好大学物理实验课程建设提供了有力的支撑。3实施物理实验课程教学的改革3. 1培养学生的创新能力

传统的实验教学内容偏重于验证性和演示性实验, 不利于激起学生的学习兴趣和热情, 实验教学形式化、程序化, 学生进行科学实验和独立工作的能力在实验课中没有得到有效的锻炼和提高。为解决这些实际问题, 物理实验中心以增开综合性、设计性实验为突破口, 全面审视物理实验项目, 精选基本的实验内容, 坚决淘汰已过时的实验内容、方法和手段, 补充一批在物理学科中有代表性和应用价值的实验内容、方法和手段, 将一批原属于近代物理实验范畴的实验融入到基础实验中去, 将现代物理实验技术融入到基础实验中去。如新增光纤通讯实验、传感器实验、液晶电光效应实验研究、样品制备实验研究和铁电性能实验研究等, 从而将基础定位在较高水平上, 使实验内容与现代科学技术发展结合较为紧密, 从而充分发挥培养学生动手、动脑能力, 激发学生学习的主动性与创造性, 提高学生的综合素质, 激励学生的创新精神。[4]

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3结束语

解析几何既是数学专业的一门重要的基础课, 又是工科的重要工具, 它在社会、生活中有着重要的作用。其中的椭球面是工业、建筑等行业的重要模型[2 5]。我们要利用Z +Z 智能教育平台 立体几何软件的虚拟现实技术, 利用其三

图8 椭圆绕Z

轴旋转一个周期的效果

维造型和渲染的图形描述功能, 通过创建一个虚拟场景以达到现实中的效果, 给人以真实感, 生动、形象地表现教学内容, 营造一个良好的教学环境和课堂氛围, 提高学生获取知识, 掌握技术, 发展能力的效率, 达到优化教学过程, 提高教学质量的目的。

参考文献

图9 椭圆上部分点绕Z

轴旋转的轨迹

[1]吕林根, 许子道. 解析几何(第四版) [M ]. 北京:高等教育出版社, 2006.

[2]尚春民等. 弯曲成形法椭球面研磨的建模与实验研究[J]. 兵工学报, 2009(1) :96 99.

[3]刘蒨等. 基于椭球面强度模型的钢框架梁柱节点断裂分析[J ].兰州工业高等专科学校学报, 2010(4) :31 35.

[4]郑德华等. 基于椭球面投影的散乱点云建立三角格网的方法[J]. 测绘工程, 2010(4) :19 23.

[5]陆玲, 王蕾. 基于椭球变形的植物果实造型[J]. 农业机械学报, 2007(4) :114 117.

图10 动椭圆绕y 轴旋转得到的椭球面

其它将椭圆绕x 轴或绕y 轴旋转得到椭球面的作法与此类似。图10是动椭圆绕y 轴旋转得到的椭球面。

(上接第16页)

和能力素质的培养等方面发挥了很好的作用。积极实施物理实验精品课程建设, 使其能够在网络教学平台上进行教学与管理, 建立专门网页, 把相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、网络课件、授课录像、参考文献目录等上网免费开放, 实现优质教学资源共享, 带动全校其他课程的建设。4加强实验师资队伍建设, 提高实验教学水平

培养合格人才需要高素质的教师队伍, 教师在教学过程中起主导作用, 一流的教学队伍是提高教学质量的重要保证, 也是精品课程建设的重要内容。针对以前我校实验师资队伍学历、职称偏低、数量不足、思想不稳定等问题。我中心采取 内部培养进修和引进相结合 、 基础与专业相结合 、 教学与科研相结合 、 固定编制与流动编制

相结合的方针 的四结合方针, 使物理实验课程拥有一支素质优良, 职称、学历、年龄结构相对合理, 教学与科研相结合的师资队伍, 有效地保证了精品课程建设和实验教学改革的不断深入, 以培育

出具有创新精神和实践能力的高级人才。

参考文献

[1]吕太国. 大学普通物理实验教学体系改革探讨[J]. 高

校实验室工作研究, 2008, 98(4) :20-21.

[2]杨小静, 季诚响, 张民. 提高大学物理实验教学质量

的几点建议[J].大学物理实验, 2009, 22(2) :106-108.

[3]贺雅奇. 非物理专业大学物理实验课应对教育创新挑

战的研究[J]. 大学物理实验, 2009, 22(2) :99-102. [4]俞熹, 王煜. 大学物理实验课程中的一些误区及改革

[J].物理实验, 2009, 29(1) :14-16.