面向文科学生的开放性大学物理实验教学改革新探

李 荣,侯庆军

(滨州学院,山东 滨州 256603)

面向文科学生的开放性大学物理实验教学改革新探

李 荣,侯庆军

(滨州学院,山东 滨州 256603)

针对文科学生特点进行开放性大学物理实验教学有利于培养文科学生的观察能力、科研能力,转变思维方式,提高创新意识,增强社会竞争力。文章就实验内容的设置、实验质量保障体系的建立等方面进行了有益探索。

文科;开放实验室;大学物理实验;教学改革

当今社会竞争日益激烈,大学生就业压力日趋增大,如何培养具有竞争实力和创新能力的大学毕业生,成为高校教学改革的重要内容,而各类课程的实验教学是培养综合性人才的重要环节[1-3]。目前,我国很多高校都在进行开放性大学物理实验教学改革,有的高校也取得了一些成绩[4-8],但这些改革主要针对理工科专业的学生特点进行,极少涉及文科专业学生。

2007 年,我校为了推动实验教学改革,充分利用实验教学资源,实现资源共享,将分属各系院的实验室进行了合理整合及重新分配,建立了8个实验教学中心和10个大型实验室。其中电工电子实验教学中心和物理实验教学中心仍然挂靠物理与电子科学系。2009年,电工电子实验教学中心被山东省教育厅评为省级实验教学示范中心。而物理实验教学中心因为承担全校物理、化学、生物、地理、自动化、飞行学院等9个院系19个专业的物理实验教学任务,被学校确定为校级实验中心。为了更好地服务于学生,电工电子实验教学中心和物理实验教学中心均实行了开放实验室管理模式,并且取得了一些成绩。几年来我系学生共获全国大学生电子设计竞赛全国一等奖1项,山东省一等奖14项,山东省二等奖19项;获全国电子专业人才设计与技能大赛全国二等奖1项,三等奖3项,优秀奖1项,山东赛区一等奖1项,二等奖4项,三等奖25项。山东省第一届、第二届物理科技创新大赛中共获特等奖1项,一等奖1项,二等奖5项,而获得特等奖的3名学生均为大一学生,这在所有特等奖获得者中也是唯一的大一学生。连续三年,我系学生设计的课题在学校组织的大学生研究训练计划(SRTP)中全部评审并成功立项。这些成绩的取得,除了说明我校具有较高的专业教育教学水平和质量,学生具有扎实的专业知识、较强的实践能力和开拓创新的精神外,也充分说明了两个实验中心的开放式管理模式在实验教学中发挥了重要作用。但是,这些成绩均由理工科学生取得,未涉及一个文科专业的学生,似乎实验室开放主要面向学科竞赛的理工科学生,未做到真正的开放——面向所有专业。

为了培养和提高学生的观察能力、思维能力、探索精神以及良好的学习方法,物理实验教学中心开设了《大学物理演示实验》公选课,供全校学生选修。而在实际选修的学生中文科学生也只占很少的比例。因此,为了提高文科学生的创新能力、科学观察能力、综合素质以及培养他们的理性思维方式,应该加大对文科学生开放性大学物理实验教学的宣传力度,鼓励更多的文科学生走进开放实验室。本文结合我校教学实际,就面向文科专业学生的开放性大学物理实验教学进行了有益探索。

1 实验教学内容改革

1.1 分级逐步开放实验

文科学生思维方式不同于理工科学生,且其动手操作能力、物理基础知识掌握程度与后者差距较大,在保证理工科学生顺利完成实验教学任务的同时如何帮助文科学生提高自己的基本实验能力,使他们能尽快地掌握实验操作技能?如何调动他们对实验的学习积极性,充分发挥他们实验的主动性和创造性?为了解决这一系列的问题,实验中心应该实施分级逐步开放的管理模式[9-11]。所谓分级开放,即将全校各专业学生按理工科和文科分为两级。对理工科学生开放实验教学早已实行,这里不做赘述。对文科学生应按其实验能力分为初级、中级和高级三个级别。实验内容相应分三个级别。不同级别的学生可选做不同的实验内容。所谓逐步开放,即如果学生大部分初级实验选做完毕,且实验情况良好,可申请选做中级实验,如果中级实验选做完毕,可申请选做高级实验。给学生留有选择权。

1.2 针对文科学生特点设置实验内容

初级实验主要为演示实验,如电磁摆,激光彩虹,鱼洗,磁性单摆,惯性离心力演示仪,示波器的使用等。演示实验主要是一些定性或半定量实验,还可为同学们提供一定量的趣味物理展品。实验室应提供有关的图片和文字资料,并有演示仪器的使用说明和工作原理。这些实验和资料将帮助学生理解物理概念,体会实验构思的巧妙,把理论与实践更好地结合起来,从而开阔知识视野。置身于物理情境之中,面对生动形象的演示现象,学生能极大地激发对物理的学习兴趣。演示实验首先应由实验教师演示操作,讲解工作原理,强调注意事项,然后由学生动手操作,让学生通过亲自实验感受物理实验的乐趣,了解实验仪器的使用方法和用途,提高他们的实验技能水平,从而逐步影响他们的思维方式和严谨求知态度。

初级实验还可针对专业和个人差异开设一些演示实验。如音乐专业学生可能对光盘、影像资料比较感兴趣,可开设“摄像转刻录光盘”的演示实验,让学生较全面了解信息的磁带记录与光盘记录的基本原理和方法。

中级实验主要是验证性实验,如:

自由落体法测定反应时间:由自由落体规律知物体自由下落时间为

将白纸贴在木条上,用直尺在白纸上按1cm间隔画出刻度,并从零刻度开始标上刻度值。两人配合做实验,甲在上方用手拿住木条大刻度的一端,乙在下方目光平视,用手在零刻度处等待。甲突然放手,木条自由下落,乙发现后立即在原位置用手捏住木条。根据刻度和直尺测量出零刻度下落的距离(乙手在木条的位置)即木条的位移h。由(1)式算出木条自由下落的时间,这就是乙的反应时间。根据(1)式揭示的规律,算出木条上所有刻度所对应的时间,并在木条白纸上画出时间刻度,将木条制成一根反应时间(自由下落时间)尺。多次测量后,取其平均值,即可定出各人的反应时间。此实验需要两人配合完成。通过此类实验可以锻炼学生的团队精神和协作意识。

薄膜铺展法测油滴分子大小:用量筒量5mL油酸、95mL酒精装在干净瓶中,盖紧并充分摇晃混合。再量取5mL混合液与45mL酒精混合后待用,同时计算这时油酸浓度。浅盆中装水,水深约为1cm,在水面上轻轻撒下粉笔灰,这是为了使油酸薄膜能够看清。滴一滴混合液到盆中,让油层充分扩展。将玻璃覆盖在盆上,用油性笔在玻璃上描下油膜轮廓。用滴定管测定每滴混合液体积,根据油酸浓度算出一滴混合液中油酸体积V。用方格纸计算玻璃上油膜轮廓内的面积S。油层厚度为d=,则油酸分子直径大致等于d。通过此类实验,学生有个感官认识即可,实验难度降低,增强了学生的好奇心和实验积极性。

验证性实验的开设,让学生了解物理规律、基本常识,对之前所学物理定理、定律有了更加直观的认识。

高级实验多为综合设计性实验。实验题目可由实验教师指定,学生自己设计方案、进行实验操作和研究。如同一物理量的多种方法测量的实验项目,利用不同的数据处理方法提高实验结果的准确性和可靠性的实验项目,改进实验仪器减小实验误差的实验项目。对于此类实验难度不宜太大,应考虑到文科学生的知识特点和科研能力。可以安排理工科实验能力和科研能力较突出的学生与文科学生合作,一起进行实验。这样既能让文科学生得到“手把手”的学习,对理工科学生也是一个提高的过程。学生也可以根据实验教师的启发,提出自己的实验设想,撰写科技小论文。但应降低要求,不一定非要做出成品。

2 实验质量监控体系改革

在开放实验中,需要建立科学合理的质量监控保障体系,以保证实验效果,达到预期目的[12]。

2.1 建立多元化考核和激励机制

实验中心除了已有的“实验室规则”、“实验室开放管理细则”、“学生实验守则”、“实验指导教师须知”等规章制度,还应建立针对文科学生特点的“开放性大学物理实验考核办法”,建立多元化考核机制。对学生实验能力的考核不仅局限于实验结果,更重要的则是实验过程。每学期末还可组织评选部分文科学生的优秀小论文,给予物质奖励。对平时实验表现好的学生进行期末加分鼓励。通过建立多元化评定体系和激励机制,既鼓励学生参加开放性实验,又能督促学生认真实验,保证开放效果。

实行指导教师负责制,文科学生实验项目的选题、实验方案的实行、仪器设备的使用等方面均需指导老师的参与并给予及时正确的指导。

建立有利于激励教师和实验技术人员积极参加开放实验室建设与管理的实验教学机制。实验教师原来负责全校理工科专业学生的实验教学任务,本来实验教学任务就已相当繁重,如今还要负责文科学生的开放实验室教学任务,其工作量又大大增加。为了提高实验教师和指导老师的工作积极性,学校应提供部分资金给实验教师和指导老师,作为实验教学课时费或者补贴。

2.2 鼓励文理跨学科合作

虽然文科大学生研究的领域不是自然科学,但是科学技术迅速发展,各学科相互交叉、促进,较强的科学观察能力必将有助于文科大学生日后工作。以开放实验室为平台,鼓励文科学生与理工科学生跨学科合作搞科研对合作双方均有益。如学校的SRTP项目,我系学生参加的项目每年都能全部通过评审并获得立项。这在一定程度上说明我系学生具有较强的科研能力和实验能力。如果文科学生也有与课题相关的兴趣,可允许文科学生加入到这些课题中进行学科和研究,使他们得到理性思维锻炼,培养严谨的科学态度,同时扩展视野,以此提高他们的综合能力。

2.3 实行创新学分

为了鼓励文科学生主动走进物理实验室,积极参与实验室开放教学,学校可设置创新学分,文科学生只要能完成某一个级别(即初级、中级、高级中的任何一个级别)的开放性大学物理实验,便可获得相应学分,同时可以冲抵一门公选课的学分。

2.4 做到实验时间的开放性

文科学生选做物理实验,主要利用课余时间。实验时间的长短,根据实验内容的难易程度以及学生的实验能力而定,没有固定的实验时间。为了鼓励文科学生认真实验,提升实验能力,收到良好的实验效果,允许学生可以用几个周的时间完成,也可以用一个学期的时间来完成。

3 结 语

开放实验室是一种全新的教学模式,是高校培养社会发展的高素质创新人才的客观要求,文科大学生走进开放性的大学物理实验室,进行实验操作和学习,有利于提高他们的动手能力和实践能力,转变思维方式,培养分析问题、解决问题的能力,提高了创新意识,增强了社会竞争力。

[1]王长春,宛明高.注重实验教学改革培养学生创新能力[J].大学物理实验,2010,23(3):82-84.

[2]钱锋,熊宏齐.课题型物理实验侧重培养学生创新能力[J].实验技术与管理,2000,17(5):95-97.

[3]张波,贯会明.开放性实验在实验教学体系构建中的作用[J].实验室研究与探索,2010,29(9):135-137.

[4]裘立群,殷焕顺,艾仕云,等.建立开放实验室,培养学生的科研能力[J].实验科学与技术,2010,8(3):130-132.

[5]张宇,莫蓓莘,汪安泰,等.深圳大学的开放式实验教学体系[J].实验室研究与探索,2010,29(8):253-256.

[6]李淑青.开放物理实验,促进学生主动学习[J].实验室研究与探索,2010,29(8):133-135.

[7]吴健,徐斌,刘建新.关于专业实验室开放式实验教学的探讨[J].中国现代教育装备,2009(77):105-107.

[8]江锦花.大学生科技创新与开放实验室管理模式[J].实验室研究与探索,2009,28(12):12-15.

[9]任才贵,艾剑锋.大学物理实验分级开放教学改革与实践[J].大学物理实验,2007,26(12):36-40.

[10]范晓旭,宋福强.三层次开放实验室的探索与实践[J].高校实验室工作研究,2008(9):66-68.

[11]张威,张晓伟,黄泳,等.多层次开放实验室 渐进式培养创新人才[J].实验室研究与探索,2010,29(8):298-300.

[12]劳媚媚,徐军,陈如麒.开放实验室条件下的大学物理实验教学改革新探[J].实验室研究与探索,2010,29(8):235-237.

Exploration on the Reform of Opening College Physics Experimental Teaching Relying on the Arts Students

LI Rong,HOU Qing-jun

(Binzhou University,Shandong,Binzhou 256603)

Open college physics experimental teaching helps arts students develop observation capability,research ability,change ways of thinking,improve awareness of innovation,enhance their social competitiveness.The article discusses on the set of experiment contents,experimental quality security system and other aspects.

liberal arts;open laboratory;college physics experiment;teaching reform

G642

A

1007-2934(2011)03-0116-04

2011-02-22

滨州学院实验技术研究项目(BZXYSYXM200820)