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绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇大学物理论文,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
具体地说,我校“大学物理”课程由必修和选修两块教学内容组成,在教学实践中实现整体优化.由于课时所限,“工科物理”必须在保证基本要求的前提下,精简学时,为后续选修课程腾出教学时间.我们利用多媒体教学手段提高课堂效率,课时由128学时调整为112学时.必修课后,同学根据专业需要和自身兴趣,必须任选至少一门后续选修课程,同时计入公选课学分.多年来,经过凝练内容,总结经验,渐进实施,已经形成大学物理Ⅰ(必修课)+X(选修课)课程方案.首先,注重主干课程“工科物理”的建设.1996年起,以“教学内容现代化”和“教学手段改革”为核心,围绕教材、资源、方法、效果等要素,博采众长,持续发展.我们整体优化教学内容,出版了适应教改要求的“十一五”国家级规划教材《工科物理教程》;倡导多媒体综合教学手段,1998年率先完成的大学物理电子教案在国内有一定的示范影响;加强辅助学习条件建设,组织编写了《大学物理综合练习》等资料,建设了内容丰富的网络学习平台.总之,对“工科物理”成熟的课程模式,我们博采众家之所长,以资源建设为先导,教学内容和手段现代化为核心,深化课程内涵建设,成果丰富,分别于2004年和2000年获江苏省高等教育教学成果一、二等奖.其次,2005年以来,以素质教育和创新能力培养为中心,进一步强化系列课程建设,融合创新,力创自我之特色.新的课程体系教学内容包含现代物理知识、科学艺术交融、高新技术应用、创新实验探究等.教学手段广泛采用多媒体技术,所有课程都开发了多媒体电子教案,建立了网络学习平台,教学资源丰富.同时,针对不同课程的教学内容,探索以研究型教学为核心的多样化教学方法.目前,“物理与艺术”已成为国家精品课程,并于2012年分别被遴选为国家精品视频公开课和国家精品资源共享课;“工科物理”和“近代物理与高新技术”已建设成省级精品课程.系列课程建设成果于2011年获江苏省高等教育教学成果特等奖;2014年获国家级教学成果一等奖.
2文理交融培养素质
科学教育与人文教育相互融合有利于高素质的人才培养,物理教学在这方面有独特的优势,并发挥着重要作用.新的课程体系建设体现了文理交融、科艺相济的先进教育理念.首先,从2005年开始,经过深入的调研和大量的素材积累,我们在全国率先开设了“物理与艺术”选修课,教学内容主要是以艺术家和物理学家相互平行的视角,阐述人们对宇宙图像的建立过程和理解;对物质运动的基本形式的认识;分析比较他们在创新意识和思维方法上的共同点,以达到对学生进行科学与人文素质培养和提高创新思维能力之目的.经过近10年的教学实践,已经构成完整的课程教学体系,主要包括:自然哲学到物理学与绘画的开端;乔托的“透视”与伽利略的“参照系”;牛顿与达•芬奇;现代科学革命与现代美术革命;光与色彩的意义;空间的意义与立体主义画派;时间的意义与未来主义和超现实主义画派;量子风云与抽象主义艺术;宇宙与人文;对称与不对称;混沌和分形与抽象表现主义画派;东方的艺术之道与西方的科学之道等.简而言之,我们追寻着物理和艺术的发展历史,探讨它们之间的相互联系,教学的重点就在于揭示它们发展的每一次重大革命中的创新点.“物理与艺术”课程建设是一个符合现代教育理念,具有重要创新思想,在国内率先完成,并取得优秀教学实践效果和师生广泛赞誉的教学成果.由李政道先生亲题书名,杨叔子院士作序的“十一五”国家级规划教材《物理与艺术》(附课件光盘)出版后,在物理教育界产生重要影响,2012年被评为国家级精品教材.其次,开设的“文化物理”面向全校各专业学生(包括文科类),文理兼济,特色鲜明.课程采取“案例”式教学,追寻物理学历史发展脉络,通过分析物理学重大发现的社会背景和深刻影响,凝练出科学文化与人文文化相融合的教学内容,培养学生对自然世界(宇宙)的情感、科学研究的态度、创新性的思维方式和崇尚人文科学精神的价值取向.国家级“十二五”规划教材《文化物理》特色鲜明,全书不依靠数学公式,而是以科学意义的图片代替方程,科学内涵的图景理解概念.用简洁的语言和发人深省的科学故事,在科学文化的视野下,鼓励学生欣赏物理学和体味蕴涵其中的深刻思想.
3联系前沿激发创新
为了适应科技发展,培养创新精神,进行工科物理教学内容现代化改革成为共识.自2000年起,我们以现代教育思想为指导,以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技术中的应用为主线,针对不同专业学生,开设了“近代物理与高新技术”课程.在面向航空主机类专业的“近代物理与高新技术Ⅰ”课程的教学中,我们将激光武器、红外探测与隐身、巨磁阻材料、清洁能源等方面的发展和成果介绍给学生,并且注意本校学生的专业方向特点.教学中结合航空航天方面的高新技术发展的事例,引起了同学们的极大兴趣,如高能激光、激光制导、激光推进,飞机和火箭等飞行器的红外辐射特征及其隐身技术等,使课程既具有强烈的时代气息,又具有航空航天特色.在面向电子信息技术类“近代物理与高新技术Ⅱ”课程教学中,我们注意加强半导体物理与微电子技术的教学,并将最新的微电子制备技术和测试分析技术介绍给学生.
在开展课程教学过程中,根据教学对象为大二、大三学生的特点,我们认真分析研究了他们已接受的数学、物理等方面课程学习的情况,精心编写出版了《近代物理与高新技术》教材.全书从学生的实际出发,实施因材施教,注意不过多地涉及高深理论和技术细节,不强调理论的系统性和完备性,力求采用普通物理学的教学方法(即所谓的“普物化”)完成近代物理的教学.在内容处理上,适当铺垫一些理论过程,既有一定的深入又不至于太难,又要浅出又不流于肤浅,使课程教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力,使学生初步了解近代物理学和高新技术中的基本概念和方法、近代物理对高新技术的作用、当代高新技术的发展等,培养学生的科学素质和创新能力,为学生适应科学技术飞速发展打下基础.在课程现代化建设中,我们认识到近代物理实验可以培养学生运用近代物理的基本原理、基本方法的能力,初步掌握近代物理和高新技术中的一些基本实验方法和技术手段.因此,我校利用“211工程”项目建设了近代物理实验室,面向工科专业的学生开设了“拓展性近代物理实验”课程.在原子核物理、原子物理、低温物理、磁共振技术、微波技术、谱线分析、相对论、光信息处理、光纤通信等方面建立起基本的实验手段,为适应培养新世纪高科技人才的要求提供了基本的实验平台.我们积极探索研究型实验教学新模式.在形式上,不是要求学生简单地重复或验证实验现象,而是组织若干个围绕某一专题的物理实验,比如,“STM实验与纳米技术”“狭义相对论和核物理技术”“光学信息处理技术”等8个专题性实验,要求学生课前查找资料,自学专题实验涉及的知识内容,然后自己动手,观察和验证现象,以科研训练方式完成实验,最终形成论文式的实验报告.课程教学对培养学生的科学素质,形成现代自然观和提高创新能力有显著的作用.我们以“特色化、精品化、现代化”的设计思想建设了一个“物理演示与探究实验室”,并开设“物理演示与探究”选修课程.
一方面,购置各类原理性演示实验,以配合大学物理课堂教学;更为重要的是,我们贯彻科研与教学相互融合的先进理念,把本校若干项重要的科研成果中的物理原理提炼出来,在相关专家指导下,设计开发物理与科研相互结合的演示仪器,并通过申请校内“大学生科研训练计划”资助,鼓励有兴趣的学生参与完成.这一过程性、研究型教育的设计思想和实践,不仅激发学生学习物理的兴趣,而且使他们体会到物理知识对他们今后专业发展的重要性.目前,整个实验室建设和特色演示实验仪器的研制已经形成一个由学生参与,不断发展、不断积累和不断完善的学习过程.近代物理实验和演示实验向所有选课学生开放.近几年来,学生参与研制的实验作品60余台,26次获国家或省级创新竞赛奖.其中,“大场景360°环视动态显示系统”“数字水墙”分别荣获十二届和十一届“挑战杯”竞赛一等奖;“旋转磁场演示仪”获全国高校物理演示教学仪器奖;还有20余项成果在江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛中获奖.
4实践应用影响广泛
教学内容的拓展和课程模式的变革是我们课程改革的核心内容.首先对选修课的设置和教学内容,根据教学实践不断调整、完善,最终形成目前成熟的课程群.其次我们综合运用课堂教学、探究实验、网络平台、开放课题等不同教学媒介,形成开放的、动态的、个性化的学习过程.针对不同课程特点,实现了由单一的物理知识学习模式向多元化、混合型学习模式的转变(见图2).特别强调指出,我们的传统“工科物理”主干课程,和后续系列课程不是割裂的,而是相互促进,协同发展.后续系列课程的建设成果不断融入到工科物理的教学中,反哺工科物理的教学改革,使得整个大学物理教学充满活力.这种由单一的物理知识教育向提高素质、培混合型课程群养创新能力转变的教学体系,激发了学生的学习积极性,不少同学选修2门以上的课程.
1.1研究对象的不同对于研究对象,中学物理一般只讨论自然现象中的简单问题如一维问题,而大学物理讨论的是二维、三维甚至多维等复杂问题。比如对于力学内容,中学力学只研究加速度为恒矢量的质点的运动学和动力学问题,而大学力学则还要研究加速度变化时的质点的运动学和动力学问题,中学力学只研究质点的运动问题,而大学物理力学还要研究刚体的运动学、动力学问题,从研究对象上看更广更趋于一般化。中学物理仅对宏观简单特殊规律作一般性的认识和了解就够了,而大学物理则要进一步研究物质运动的理论本质,要运用数理统计的方法得出自然界一般性的普适规律,更上升了一个理论的高度。
1.2研究方法的不同中学物理因研究对象简单,数学知识基础少,所以研究方法基本是归纳法,讨论的规律基本上是从物理现象出发,通过简单实验总结出来的简单规律,比如中学物理力学中得出动量定理、动能定理的时候都是实验归纳法得出的,并且涉及的力基本是恒定的,只讲恒力的冲量、恒力的功,平均冲力等,在电磁学中只介绍匀强磁场、匀强电场的规律等。而大学物理与自然实际就更接近了,要讨论变力的冲量、变力所做的功、非均匀磁场、电场,而研究这些复杂问题所用工具主要是高等数学的微积分思想、矢量代数,通过数学推导演绎的方法结合物理概念得出物理规律,即大学物理讲的规律比中学物理的规律又上升了一个理论的高度。
1.3教学内容和教学进度的不同从教学内容来讲,中学物理量少,概念、原理、规律简单,对物理基本概念和基本定律只有初步浅层的认识,而大学物理涉及的知识量大,概念、原理多且相对复杂,对物理基本规律和物理基本定律要求更多的是掌握其本质和内涵。从教学进度上讲,中学物理讲的较慢,每个概念,每个公式,每个原理教师会进行全面详细讲解,每一个知识点教师都会讲透讲精,讲课重点放在解题技巧的应试训练上,教师会给学生总结题型,归纳方法,并督促学生为了高考不断学习,学生的学多是跟着教师按部就班。而大学物理教学内容量大,而教学时数非常有限,进度快,教师讲课一般都只着重把握知识整体框架,讲清思路,注重理论性、系统性,不象中学那样讲得精细全面。对于解题方法有总结归纳,但习题课的次数较少,学生运用所学知识解决问题的能力较弱,对习惯于被安排、缺乏学习主动性的中学生,就很难在短时间内适应大学教学过程。
1.4学生学习方法的不同中学生一般课前不预习,课后也很少翻阅知识辅导书,只要课堂上跟着老师听课,课余时间除了完成老师布置的作业外,就是作大量的习题,实行题海战术,重复熟练程度高,认为学好物理的标准就是多做题,解难题,学生自主接受新知识的能力较差,不善于提问题,对教师的依赖性较强。而大学生必须做到课前预习,带着问题去听课,课堂上抓住重点、难点,做好课堂笔记,课后要翻阅大量课外资料,对所学知识要融会贯通,及时复结,做的题目不在多,而在精,要学会自学,善于提出问题,要有比较强的学习主体意识。中学物理由于数学知识的欠缺,很多物理概念、规律都是直接给出,没有经过推导,这就决定了中学生接受物理知识的方式主要靠记忆,而大学由于有了高等数学、矢量代数、数理统计等工具,物理概念、物理规律大多可以做详尽的推理,因而大学物理学习概念更注重概念的理解和掌握,物理过程的分析和论证。
2如何做好大学物理和中学物理教学的衔接
2.1循序渐进,适当放慢教学进度学生已习惯于中学教学慢节奏,少容量,讲练结合的教学方法,若一开始就进行快节奏,大容量的教学,学生一下子不能适应,这不仅影响了大学物理的教学效果,同时也会挫伤学生学习物理的积极性。所以,我们在教学过程中最初应适当放慢教学进度,使学生逐渐适应,慢慢逐步进入正常的教学进度,从而达到让学生适应大学的教学进度,学会大学的学习方法。
2.2通过物理绪论课灌输大学物理的重要性大学教师应充分考虑大学物理和中学物理的区别,从一开始就让学生明白大学物理和中学物理在研究对象、研究内容、学习方法等方面有许多的不同,让学生知道大学物理不是中学物理的简单重复。同时我们在绪论课中,应介绍物理学的发展历史、物理学的发展现状和物理学的发展的未来展望,从而引起学生学习物理学的兴趣,另外对理工科学生来说,可以适当地给他们介绍物理学和自己未来的专业的联系,以提高他们学习物理的积极性,例如对我们纺织专业的学生,可适当介绍量子力学与纺织材料等、质点、刚体力学与纺织机械方面的关系。同时还应强调,大学物理的基础学科性质,学学物理不仅仅服务于后续的专业知识,更重要的是学会一种思维的方法、学习方法以及研究问题的方法。
2.3从中学物理内容过渡导入大学物理课题在教学内容方面,很多大学物理知识是在中学物理内容基础上的提高,教师在物理教学时应简要复习中学教材内容,使学生对所学过的内容做一个简单回忆,随后指出中学物理知识的局限性或特殊性,从而比较自然地引入内容,使学生顺利地从中学物理知识过渡到大学物理知识的学习。要做到这一点,必须了解和研究中学物理教材内容,比如直线运动,中学研究了匀加速或匀减速直线运动,但加速度变化时的直线运动该如何考虑呢?比如圆周运动,中学研究的是匀速圆周运动的规律,但当速率变化时,圆周运动的规律又是如何呢?恒力的冲量的定义式和恒力做功的公式中学里都学过,变力的冲量和变力所作的做功又如何计算呢?这样中学内容过渡导入的话学生会很容易从已学过的知识比较顺利地过渡到大学知识。
1.1建立良好的实验室管理机制
实验室管理制度是实验教学能够有序进行的重要基础,好的规章制度不仅包括指导教师、实验室管理教师的工作职责,还应包括学生在实验室中的注意事项,实验室的开放时间和实验项目等。另外,也要建立对实验室开放时间和实验内容的考核审查制度,以便实验室能够合理调动和安排实验资源开展教学。
1.2制定开放实验的实验项目
根据每学期开展的课内实验,整合实验资源制定开放实验的实验项目。独立学院目前针对不同专业开设了不同层次的大学物理实验课程,由于学时不同,开设的实验项目也不相同。教研室将未在课内实验中出现过的实验仪器作为开放实验,目前独立学院此类开放实验项目有动态共振法测量材料的杨氏模量、金属电子逸出功的测量等。同时,针对文科专业同学开设较简单的开放实验,如长度和物体密度测量、示波器原理与使用等以满足学习需要。另外,可将已在课程中使用过的实验仪器开展开放实验,如在课程中利用分光计测量三棱镜的顶角,在开放实验中可利用分光计测量玻璃介质的折射率、光栅光谱等。
1.3学生自主实验与教师指导
实验室全天对学生开放,学生在做好登记或预约后可单独或组成小组进行实验,实验中鼓励学生自主设计实验方案,自行阅读实验室提供的资料,借助资料、仪器说明书,准确调整使用仪器,自主的完成从设计到测量的全过程。为方便学生与教师交流,学生也可以提前与指导教师预约,共同探究问题。
2开放实验与大学物理实验评价体系及第二课堂相结合
2.1开放实验与大学物理实验评价体系相结合
实验成绩的评定应能真实反映学生的实验水平和实验素养,有利于培养学生学习的主动性、积极性和探索精神。学生的实验成绩分别由预习成绩、操作成绩和实验报告成绩三部分组成,期末总成绩由平时课内实验成绩60%,开放实验10%和期末考试30%构成。
2.2开放实验与物理第二课堂相结合
课外活动作为教学活动的有机组成部分,使大学生丰富和发展自己的第二课堂。由于第二课堂时间充裕、形式多样、教师便于从多个角度培养学生的动手能力。近年来,教研室在教学中十分注意开发学生的第二课堂,在教学过程中充分利用实验室现有实验资源,在大学生科技创新、物理演示仪器制作等环节中,对学生进行操作、制作等方面的训练。
3存在问题
由于独立学院目前没有网络平台做为支撑,造成某些时间实验室学生较多,实验仪器不足,某些时间没有学生做实验的情况,从而导致实验仪器得不到充分利用。在开放实验进行过程中,由于学生自由地操作仪器,仪器设备的损坏率明显提高,并且为不断提高学生学习兴趣,根据实际情况须不断地更新实验项目和仪器。这就要求学校要投入经费购买新仪器,增加实验配件,支付仪器修理费。
4结论
国内高校大学物理实验一般在大一第二学期或大二第一学期进行,是学生接触较早的实验课,由于学生的理论及实验知识贮备有限,且学生没有进行过系统的实验技能训练,为了促进实验课的顺利、高效进行,要求学生课前预习,了解仪器的使用及实验中涉及的理论知识,实验课时教师对实验原理、方法和仪器使用等进行讲解后,由学生独立完成实验任务,这种传统的实验教学方法已经不适合目前实验教学发展的要求。对于综合型实验及科研型实验,理论基础及实验设备往往涉及多学科的交叉,实验仪器使用复杂,但学生用于实验预习的资料主要为实验教材。由于教材的篇幅所限,教材大都对实验原理方面讲得较清楚,在实验背景、应用、设计思想、方法及相关仪器的使用方面较少涉及,在实验中学生不能将书本讲的原理和仪器设备之间进行很好的关联,原理看完了不会做实验,这种情况在较难的科研型实验及综合型实验中更突出。由于课前预习效果不佳,为了按时完成实验课,实验教师不得不在课堂上花费较多时间讲解实验原理、实验方法和仪器使用。由于课时限制,老师在讲解时,把主要精力放在实验步骤及仪器的操作上,造成学生完全按照既定步骤和要求完成操作过程,虽然效率较高,师生都省心,但不少学生在被动做实验,盲目得到实验结果,为完成实验任务而做实验。这种缺乏想象力和创新性的教学方法,对学生的思维、创新能力的培养是不利的。随着电子技术和自动化技术在实验设备中的应用,一些较复杂、较精密的实验仪器引入大学物理实验教学,学生无法理解仪器的设计原理和运行机理,学生往往在老师设计好的实验条件下完成实验,并没有掌握实验的设计思想、实验方法,提高应有的实验技能,实验课不能调动学生学习积极性和主动性,不能起到培养学生创新意识和能力的作用,导致实验课的教学质量不佳。东北大学秦皇岛分校实验教育中心在大学物理实验中引入“脉冲核磁共振实验”,核磁共振技术是物理学、信息科学、电子学和医学等学科交叉的新技术,在生物、医学、化学、物理学中有广泛应用,涉及原子物理、量子力学、信号处理、计算机技术、图像处理等多学科,仪器使用复杂,还有一些新的术语、概念,这些知识无法在实验教材中一一罗列,实验课时教师需要花费很多时间详细讲解,但是由于实验教学课堂时间有限,课前的预习尤为重要。对于综合型及科研型实验,仅仅依靠实验教材,学生很难在预习中取得较好结果,教师要对实验所涉及的知识进行整合,作为实验预习的补充材料。针对“脉冲核磁共振实验”的特点及学生的知识结构,我们对实验涉及的各科学相关知识进行整理,配以文字、声音、动画、图像上传到校园网上,学生可以随时随地下载学习,通过应用这样的预习方式后,学生的预习效果及实验效果大大强化。
2.实验教学的时间和空间延伸
随着互联网技术的发展,目前人们能够随时随地乃至在移动过程中从互联网获取信息和服务,这些技术的发展,打破了传统信息获取模式对时间和空间的限制,目前互联网技术在许多行业都有广泛应用。作为新技术的发祥地,高等学校和网络的关系十分密切,网络最初是在校园里进行实验并获得成功的,目前国内高校都有良好的校园网环境,校园网为克服实验教学中的时间和空间限制提供了条件。利用计算机、校园网络等技术,把实验原理、实验背景、实验仪器的设计原理和运行机理、常用数据、信号处理方法、实验中用到的软件等相关资料上传至校园网,学生利用校园网对实验教学内容进行课前预习,在网上对实验设备进行虚拟操作练习。把网上资源作为实验教材的补充,将实验相关知识的学习延伸到课外,学生可以随时随地地进行实验项目的学习,打破了传统实验教学只能在规定的地点及规定的时间内进行的限制,实现了实验教学在时间及空间上的延伸,克服了实验教学长期受到课堂、课时限制的困扰。针对“脉冲核磁共振实验”的特点,我们在校园网上建设了“脉冲核磁共振实验”虚拟实验平台,对所涉及的基本概念进行了详细讲解,如能级、量子数、原子核的自旋、磁矩等,对基本原理及物理过程进行了动画演示,如拉莫进动、塞曼效应、磁共振、磁化及弛豫过程等,借助计算机技术,用动画的形式加深了学生对微观过程的认识和理解。学生可以在实验课之前,通过校园网学习知识,取得了较好的预习效果。高效的预习,为实验课的教学质量提供了保证。实验课上,教师不需要按传统的“教师演示实验+学生模仿”的课堂教学模式上课,不用再花很多时间讲述实验原理、步骤、仪器的使用、数据处理方面的内容,把课堂的时间还给学生,引导学生通过实验研究、发现、解决物理问题,教师由知识传授者转变为学生的学习顾问,真正实现以学生为主体,教师为主导的物理实验教学,调动学生做实验的积极性和主动性,使学生懂得如何研究物理问题,而不是只局限于知识的传授和技能的训练。这种教学方法对实验教师的知识水平及知识结构提出了更高要求,要求实验教师既有过硬的实验方面的专业知识,又掌握计算机与信息技术,更了解学科发展动向及新成果,只有不断更新知识,才能促进实验教学改革,提高实验教学质量。
3.结语
课堂不再是老师一个人的舞台。教学中,教师应充分发挥学生在学习中的主体地位,教师只是引导学生进行学习,对于具体问题应当引导学生进行分析思考,答案由学生给出。应当充分肯定学生的想法,对于正确合理的部分给予赞赏和鼓励,同时也需指出不合理的或需要改进的地方。通过启发式教学使得学生在学习上由被动变主动,学生的思维能力得以训练、培养和提高。学生学会如何进行自主学习,培养了学生继续学习和终身学习的态度、习惯与技能。这种素质是现代社会对学习者的要求,这种素质将使学习者终身受益。
二、教学应理论与实践结合
物理所涉及的知识源于实践,它重视对于实践的指导,根据这一特色,在教学过程中,应努力结合物理的基本原理,向科学技术应用延拓,努力培养学生的科学意识。例如,讲磁介质分类时,可以提及具有完全抗磁体性的超导体,介绍超导体特殊性质,特别是超导体无损耗对于现代工业的意义,同时超导要求的低温条件又制约了超导的应用,如何提高超导温度,实现室温下超导是科学家目前遇到的难题,需要进一步去探索研究。在讲授气体分子动理论时,可介绍地球温室效应的形成及危害,从而努力发挥现代科学的潜力,走一条绿色环保的高技术发展道路。
讲波动光学时介绍一些三维影像知识,以及全息照相基本原理,可以凸显物理的实用性,物理的学习不仅可以认识世界,也可以改造世界。实践证明,这些做法使学生认识到物理课程的重要性,懂得如何使用物理知识解决具体问题,激发了学生学习的动机,从而提高学生学习物理的兴趣。
三、教学应培养学生创造性思维
教学过程中应当鼓励学生的怀疑和批判精神,鼓励学生提出标新立异的想法。缺少质疑,人们的认识与思维就报难向前深入发展[3]。从物理发展的历史来看,无不以怀疑和批判为先导。我们知道:如果没有怀疑和批判就不会诞生近代物理的两大基本理论:相对论和量子力学。科学的进步需要不断超越已有的理论,没有怀疑和批判,也就失去了创新的生命力。在教学中,也要注重培养学生想象力,让学生大胆假设,如有一天超光速能够实现了;我们生活在没有摩擦的世界;我们生活的地球失去磁场……会出现一些什么样的情景?这些问题没有标准答案,存在多种可能性,能够培养学生发散思维,学生可以展开想象的翅膀,用一些已有的知识,分析、归纳、总结得到自己的结论,这种思维方式将使学习者终身受益。
四、教学应课内与课外结合
教师应多创设学生间交流机会。经常组织学生参加物理课外活动和竞赛将非常有助于学生发现问题,用集体的智慧创造性地解决问题。学期开始可以让学生自由结合,分组开展各种活动,每周一个主题,可以是对于生活中物理现象的讨论分析,也可以是参观科技馆等。每周每组就活动情况书写书面报告,教师进行指导和评价,鼓励学生用发现的眼光观察世界,用科学的方法认识世界。
五、结语
在理工科专业教学中,大学物理的教学内容涉及力学、光学、电磁学、热学、原子物理学等多方面,这就决定了大学物理课程作为一门公共基础课可以使学生获得系统、扎实的基础科学知识,从而能够使大学生站在一个更为开阔的角度思考问题,拓宽了他们的科学思维方式,也提高了他们在实际工程应用中的创新能力。大学物理教学内容中每个知识点都是不同理工科专业的基石和出发点。因此,有目的地寻找合适的切入点,根据学生的不同专业区别对待,在与其专业知识相关的物理内容上进行扩充,不仅能够使学生认识到大学物理基础学科与其专业学科间的紧密关联性,而且可以激发各专业学生学学物理的兴趣,从而可以提升大学物理课程在理工科专业教学中的影响力。例如内燃机专业的学生应该重点讲解热力学部分,可以对热机工作的过程做一个简单的扩充,针对水利水电专业的学生应当增加学习流体力学部分等等。作为必修公共基础课的大学物理,在实际教学中不仅要向学生传授基本物理理论知识,同时要积极寻找各个专业与大学物理教学内容的结合点,选择合适的切入点,对大学物理课程的基本理论进行简单的扩充,有效地与专业课程联系在一起,使得各个理工科专业的学生获得的知识能够融会贯通,提高学生的学习积极性。
二、多媒体与传统教学方法结合
多媒体教学是近展起来的一种现代化的教学方式,有非常明显的教学优势。比如多媒体教学可以拓宽现有教学模式,能把复杂的物理现象用录像或者三维动画的形式展现给同学们,比如在讲到驻波时,仅仅靠描述驻波是不够的,同学们并不能够准确理解驻波现象,对波节与波腹的概念也比较模糊,如果借助多媒体工具,能将驻波这一过程以动画的形式展现给同学们,对刚才提到的几个基本概念就很容易了解了,另外,教师也可以针对不同专业,比如桥梁专业,解释驻波对桥梁的危害,并搜集相关视频,将这种物理现象利用多媒体技术与其专业结合起来,可以使大学物理教学内容表现得丰富多彩,形象生动,激发了学生学习的积极性和主动性,增进对所学知识的理解和记忆,这是传统的黑板加粉笔教学手段难以表现的。凡事有利弊,多媒体教学方式也是如此。虽然多媒体教学方式有许多优势,被很多年轻教师所采用,但经常会出现一些在传统教学方式中所没有遇到过的问题。比如多媒体可以在短时间内提供大量的信息,但学生能不能在短时间内将如此多的信息完全吸收理解,能不能达到预期的上课效果,将会是一个很重要的问题。物理学科是一门逻辑性很强的自然学科,如果学生对教师上课内容不理解,造成的结果是对学习物理课程失去信心,对学生学习物理课程是非常不利的。所以在讲解课程的重点部分或者比较复杂的推导过程时,应用多媒体显然是不合适的,学生还没有来得及反应,就得到了最后的结果,中间过程少了同学跟随教师思考的时间,对学生理解物理定律现象是不利的。这时候,教师应该采用粉笔加黑板的传统教学方式,慢慢引导学生跟上教师的节奏,深入浅出,必能达到较好的教学效果。因此两种媒体交替使用,更有利于吸引学生的注意力。
三、适当对课本内容延伸,注重创新能力的培养
物理实验课程是一门实践性很强的基础课程,传统的实验成绩评定是根据学生完成实验的情况给予评定的,通常是教师根据学生实验课的表现与实验数据的处理来评定的,因此具有很大的主观性,不能完全客观地反映学生实验能力的差异,这也是部分学生对物理实验不感兴趣的主要原因之一。
2虚拟仿真实验教学的优势与不足
在引入虚拟仿真实验教学平台以后,我们开始尝试使用新的虚拟实验室,选取了部分学生参与虚拟实验的教学过程,让学生和老师共同参与虚拟实验的设计、调试和研究。经过几年的教学实践,我们取得了一些初步的经验和结论。
2.1虚拟仿真实验可以丰富实验教学的内容
作为传统物理实验内容的重要补充,虚拟仿真实验也是学生认识物理现象,掌握物理知识的,培养实验能力的一个重要的途径。我们通过教学实践发现,虚拟仿真实验具有很强的可设计性,既可以完成一些传统的验证性实验,也能开发成为具有创新性的设计性实验和综合性实验,特别是对于一些物理原理较复杂的、实验图像较明显的力学和光学实验,使用虚拟仿真教学,更能激发学生学习物理实验的兴趣,增强学生的求知欲望。因此,恰当地使用虚拟仿真的实验内容不仅可以丰富传统的实验教学内容,也可以提高学生学习物理实验的兴趣。
2.2虚拟仿真实验有助于转变单一的教学方式
虚拟仿真实验的优势还在于可以转变单一的实验教学方式,学生通过计算机仿真软件,进入交互式的,友好的仿真界面,可以在无教师指导的情况下,自主地完成一些较为简单的仿真实验,得到相关的实验结论。因为所有的实验仪器都是虚拟的,因此学生可以进行多次尝试,也不会造成仪器的损坏,特别是对于一些复杂地,较危险的实验,虚拟仿真实验更是不可替代的。另外虚拟仿真实验还可以打破时间和空间的限制,仿真实验可以不用在实验室里完成,也可以在课后独立完成,这对于学生进一步学习和探索物理实验是非常重要,也可以极大锻炼学生的动手能力和创新能力。
2.3虚拟仿真实验有助于客观地反映学生的实验水平
除了让学生独立地完成普通的虚拟实验,我们还进一步鼓励学生参与虚拟仿真实验的设计和开发,让他们学习一些虚拟仿真软件(例如LAB-VIEW,MATLAB/SIMULINK)的基本知识,通过对实验原理的深入理解,抽象出物理模型,利用虚拟仿真环境,构建虚拟的实验仪器,最后调试仪器,得到正确的实验结论。这样既能客观地反映学生对实验目的、实验原理、实验步骤、实验图像和实验结论认知的全过程,也能全面反映学生完成实验的真实水平,也有利于对学生实验成绩客观评价,形成个体差异,提高学生学习物理实验的兴趣和成就感,从而提高物理实验课的教学质量。
2.4虚拟仿真实验在教学和管理上的不足
虚拟仿真实验不能完全取代传统的实验教学方式,它只是传统实验教学方式的重要的补充。在教学中我们也发现虚拟仿真实验的开设需要学生预先学习和掌握一些基本的计算机知识,需要学生对物理原理和物理模型有较深入的理解,另外学生参与虚拟仿真的信心和经验也是制约虚拟仿真实验教学成败的主要原因。此外,在虚拟仿真实验室的管理上也存在一些困难,特别是对虚拟仿真系统的开发和维护上更需要一些专业的管理人员,这也对实验室设备的管理上提出了更高的要求。
3结论
大学物理设计性实验的内容一般由以下几个方面组成:学习态度、合作精神、探究能力、社会实践和交往能力、收集和处理信息的能力、实验态度与习惯、实验设计与操作技能等。这些评价项目是在学生从事具体的设计性实验过程中表现出来的,可以将这些内容与具体的实验课题要求进行整合,确定具体的、可供操作的指标体系。第一个维度是知识与技能,主要涉及学生在设计性实验开展前对大学物理基本概念、原理和方法的掌握程度,对大学物理实验常用仪器设备的操控能力和对大学物理实验常用实验方法的运用能力。第二个维度是实验过程要素,主要涉及行为素质和基本的发展状况。a.实验题目或实验目的的选择和确定情况。要使大学物理实验项目或实验目的的有意义。b.实验方案的制定状况。学生制定具体设计性实验方案的能力、实验方案本身的合理性程度、实验方案的具体化程度等。c.实验过程中的具体行为方式。学生在实验过程中的具体行为包括:操作的合理性、思维方式的多样性、参与实验情境的深度、文献资料和具体背景材料的搜集情况等。d.实验结果的总结情况。学生要及时的评价的实验报告、论文、成果或研发产品的质量等。第三个维度是实验过程中学生的态度和情感发展。主要涉及行为所反映的情感、态度和价值观的发展状况,包括:学生参与活动的主动性、积极性和创造性状况;学生在活动中的合作精神;学生各种良好思想意识的发展状况,如环境保护意识、社会责任感、服务意识、安全意识、效率意识等。
2大学物理设计性实验体系设计与实践研究的内容的实施方案
大学物理设计性实验体系设计与实践研究的内容评价的方案制定包括确立目标,科学选择内容、设计工具、灵活运用实验方法等环节。这些环节相互之间既紧密联系又相互制约。明确目标和内容是选择实验方法的基础。笼统或琐碎的实验标准将不利于数据和资料的收集,而没有准确、有效的数据,就不可能达成正确的实验结论,从而影响实验的反馈以及最终合理改进建议的提出。必须针对不同的实验项目选取恰当的实验方式方法,并利用反馈意见改进实验设计,促进学生综合实验素质的发展。其最终目标是学生在进行实验活动过程中逐步生成的。必须针对不同的实验项目选取恰当的评价方式方法,并利用评价反馈改进实验设计,促进学生综合实验素质的发展。根据大学物理设计性实验课程的价值追求和课程特点,大学物理设计性实验多维度评价的目标包括知识与技能,过程与方法,情感、态度和价值观3个维度。2.1收集、分析和处理信息。学会收集信息的各种基本方法,尝试运用调查、考察等方法及利用图书馆、网络等基本信息工具;能够对收集的信息或资料进行初步分析和处理;能够在团队中进行信息交流。2.2问题解决。学会自主提出问题、制定解决方案,并通过实验过程验证方案的合理性;开展问题探究,尝试探究活动,体验探究过程;提出问题解决的策略。2.3动手操作。计划和组织一个实验项目的实施;尝试运用已有的仪器设备或通过改造或自制设备完成实验项目;具有基本的信息操控技术和素质。2.4表达与交流。能够自主地与指导教师或专家进行联系,并学会在实验中自我管理;能够以书面和口头等不同的表达方式,表述实验的结果、体会或思想情感;学会结果分享。2.5情感、态度与价值观。养成参与意识、服务意识、合作意识、环保意识、效率意识、安全意识、科学精神、创新意识;形成社会责任感和义务感,形成负责任的工作态度和生活习惯。
3大学物理设计性实验体系设计与实践研究的内容的启示
3.1在实验过程中进一步认识实验设计体系的重要性。在实验过程中发现了许多大学物理设计性实验课程实施中的问题,比如指导教师学科分工的问题、实验过程中教师的指导问题、实验过程中资料的规范性问题、指导教师的培训问题等,这些问题都要在今后的教学中进行整体规划设计和落实。3.2实验指导教师在测评过程中得到培训。在实验教学中,教师的指导往往过于宽泛,针对性不强,缺乏具体的指导行为和指导规范,部分教师不明确自己在指导实验过程中的具体指导任务有哪些方面,因此指导方式、指导行为存在着一系列问题。实验指导教师在评价过程中进一步了解了实验教学的目标和要求,对指导学生实验有了更深刻的认识。3.3学生实验素质得到了全面发展。大学物理设计性实验体系设计与实践研究提高了学生合作意识。在大学物理设计性实验实施过程中,增多了学生之间的交往合作机会,实验时,学生分工合作,在团队中学会与人相处,发展协作素质;增强了学生的自信心,大学物理设计性实验开放的教学方式;培养了发现问题、解决问题的素质,激发了学生的创新潜能;同时也激发了学生关注生活的热情设计性实验的开展密切了学生与指导老师的联系,激发了学生关注生活的热情。
4结论