前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的大学物理实验报告主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
关键词:热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性
1、引言
热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件,其电阻温度系数一般为(-0.003~+0.6)℃-1。因此,热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数(简称NTC)的热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的,近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系,随着温度的升高,迁移率增加,电阻率下降。大多应用于测温控温技术,还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数(简称PTC)的热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺,高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加,载流子数目越多,电阻率越校应用广泛,除测温、控温,在电子线路中作温度补偿外,还制成各类加热器,如电吹风等。
2、实验装置及原理
【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥,FQJ非平衡电桥加热实验装置(加热炉内置MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)以及控温用的温度传感器),连接线若干。
【实验原理】
根据半导体理论,一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为
(1—1)
式中a与b对于同一种半导体材料为常量,其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为
(1—2)
式中 为两电极间距离, 为热敏电阻的横截面, 。
对某一特定电阻而言, 与b均为常数,用实验方法可以测定。为了便于数据处理,将上式两边取对数,则有
(1—3)
上式表明 与 呈线性关系,在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值,
以 为横坐标, 为纵坐标作图,则得到的图线应为直线,可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。
热敏电阻的电阻温度系数 下式给出
(1—4)
从上述方法求得的b值和室温代入式(1—4),就可以算出室温时的电阻温度系数。
热敏电阻 在不同温度时的电阻值,可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示,B、D之间为一负载电阻 ,只要测出 ,就可以得到 值。
当负载电阻 ,即电桥输出处于开
路状态时, =0,仅有电压输出,用 表示,当 时,电桥输出 =0,即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性,在测量之前,电桥必须预调平衡,这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。
若R1、R2、R3固定,R4为待测电阻,R4 = RX,则当R4R4+R时,因电桥不平衡而产生的电压输出为:
(1—5)
在测量MF51型热敏电阻时,非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 , ,且 ,则
(1—6)
式中R和 均为预调平衡后的电阻值,测得电压输出后,通过式(1—6)运算可得R,从而求的 =R4+R。
3、热敏电阻的电阻温度特性研究
根据表一中MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻~温度特性研究桥式电路,并设计各臂电阻R和 的值,以确保电压输出不会溢出(本实验 =1000.0Ω, =4323.0Ω)。
根据桥式,预调平衡,将“功能转换”开关旋至“电压“位置,按下G、B开关,打开实验加热装置升温,每隔2℃测1个值,并将测量数据列表(表二)。
表一 MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻~温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
表二 非平衡电桥电压输出形式(立式)测量MF51型热敏电阻的数据
i 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.692.9 2507.6 2345.1
根据表二所得的数据作出 ~ 图,如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ,即MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)的电阻~温度特性的数学表达式为 。
4、实验结果误差
通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻~温度特性的测量值,与表一所给出的参考值有较好的一致性,如下表所示:
表三 实验结果比较
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
从上述结果来看,基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现,随着温度的升高,电阻值变小,但是相对误差却在变大,这主要是由内热效应而引起的。
5、内热效应的影响
在实验过程中,由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过,热敏电阻的电阻值大,体积小,热容量小,因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升,这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时,必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。
6、实验小结
通过实验,我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的,而且随着温度上升,其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器,可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出,特别适于高精度测量。又由于元件的体积小,形状和封装材料选择性广,特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器,可应用与各种生产作业,开发潜力非常大。
参考文献:
[1] 竺江峰,芦立娟,鲁晓东。 大学物理实验[M]
[2] 杨述武,杨介信,陈国英。普通物理实验(二、电磁学部分)[M] 北京:高等教育出版社
实验者: 谢佳澎 苏竹 实验时间: 2000/3/5
气温: 24.5 ℃ 大气压: 101.47 kpa
燃烧热的测定
目的要求 一,用氧弹热量计测定萘的燃烧热
二,明确燃烧热的定义,了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别
三,了解热量计中主要部分的作用,掌握氧弹热量计的实验技术
四,学会雷诺图解法校正温度改变值
仪器与试剂 氧弹卡计 贝克曼温度计 普通温度计 压片器 分析天平 台秤 万用电表 点火丝 剪刀 直尺镊子 扳手 苯甲酸 柴油 氧气钢瓶 氧气减压阀
实验数据及其处理 贝克曼温度计读数
苯甲酸
柴油
苯甲酸
柴油
样品质量 g
序号
初段
末段
初段
末段
w2
w2
1
2.157
3.458
1.528
3.440
2.2500
39.1769
2
2.162
3.461
1.533
3.480
w1
w1
3
2.169
3.464
1.538
3.520
1.5718
38.5392
4
2.175
3.467
1.541
3.550
样重
样重
5
2.180
3.469
1.542
3.558
0.6782
0.6377
6
2.185
3.470
1.544
3.561
点火丝
7
2.190
3.471
1.546
3.568
l2
l2
8
2.194
3.472
1.547
3.570
20
20
9
2.198
3.473
1.549
3.575
l1
l1
10
2.203
3.475
1.550
3.572
16
5.8
消耗
消耗
4
14.2
初段斜率
初段截距
初段斜率
初段截距
0.0051
2.153
0.0023
1.529
末段斜率
末段截距
末段斜率
末段截距
0.0018
3.458
0.0131
3.467
升温中点
12
升温中点
12.5
中点低温
中点高温
中点低温
中点高温
2.215
3.480
1.558
3.625
温升
1.265
温升
2.066
水值j/℃
14191
热值 j/g
45920
4 实验讨论 固体样品为什么要压成片状? 答:压成片状易于燃烧,和氧气充分接触,且易于称中。
2. 在量热学测定中,还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正方法?
答:实验中要用到温度差校正的都可以用。
【关键词】物理实验;大学教学;现状分析;对策研究
随着我国教育的全面改革,新课标的要求是改变以往传统硬性教学的模式,将学生作为教学的主体对象,以提升学生的创新思维能力和自主学习能力为目标。而大学物理实验课程更是教育改革中的代表之一。大学物理作为理工科大学的基础课程,需要学生能够扎实的掌握理论知识,并能将书本知识灵活的运用到实践中去。因为物理实验更加注重于学生动手操作的能力,所以一直以来的教学方式都是将课堂教学与实验操作充分结合起来,这就在一定程度上提高了学生对于理论知识的掌握,达到了理论与实践相结合的目的。
一、大学物理实验课程教学的现状
大学物理课程作为理工科大学教学内容的重要学科,对学生的学习能力和实际动手操作能力有着一定的要求。但在我国目前的大学物理授课过程中,仍然存在着一些问题,这些不足之处将直接影响着大学物理这门学科的发展。物理作为一门理科重点科目,其教学内容是枯燥乏味的,这就要求学生需要有良好的逻辑思维能力,能够对物理这门抽象的学科进行分析和研究。大学物理无论在教学内容还是在教师的授课方式上都在很大程度上不同于中学物理教学。在大学中,学校较重视学生的自主学习能力,所以,在教师授课时,对于物理这门学科的知识点只是点到即止,并没有像中学一样在授课过程面面俱到。在学生对于知识的掌握能力上除了期末考试外,在其他时候并没有明确的考核点,相反,更加注重学生的实践操作能力和学术研究能力。然而,在大部分理工科大学中,并没有达到这样的教学标准,虽然对于学生的授课方式与其它大学一样,但在实验操作中,并没有让学生进行完全的实践,无论在实验设备上还是资源配备上,都没有达到教育的标准。
二、大学物理实验教学课程改革的对策研究
(一)改变教师思维模式。教师的思维模式决定了教学内容的讲授方式,先进的思维意识将有助于教学模式向新颖化的形式过度,而保守落后的教学意识将在一定程度上阻碍教学的发展。所以,教师的思维模式在整个教学活动中起着非常重要的作用。在大学物理实验课程的教学中,虽然书本上的理论知识是必须掌握的,但实验的过程却是促进理论知识更好理解消化的重要环节。所以物理实验在物理学科中占据着极重的分量。因为只有通过实验才能增进学生对于理论的掌握,也只有在实验过程中才能认识问题,发现问题并解决问题。这就要求教师具备一定的教学素质和先进的教学理念,能够引导学生积极主动地进行实验,并让学生了解实验的重要性和必要性。在整个教育体系中,教师占据着前沿的位置,这也就要求教师必须紧随时展,更新教学理念,创新教学模式,全面促进教育的改革和发展。
(二)增强学生实践操作能力。在大学物理实验课程的教学中,实验是整个教学的重要组成部分,只有将理论知识结合到实验中来,才能使大学物理课程教学得到的全面发展。随着现代教育的不断进步,学生作为教学内容中的主体对象,怎样引导学生进行自我能力的发挥和思维模式的创新才是关键。在进行物理实验教学的过程中,教师应结合学生的个体差异性,在教学内容的设定中,应以激发学生的兴趣为前提,在教学中逐步引导学生进行思考、探究,并增强学生对于实验操作的兴趣。另一方面,在学生进行实验时,应充分调动学生的积极性,并在实验过程中,以设置问题的形式逐步引导学生对于答案的探索欲望。这样,当学生通过实验找出问题的答案时,不仅增强了学生在实验过程中的自信心,更加促进了学生对于物理实验这门课程学习的积极性。
(三)创新实验报告书写形式。传统的物理实验报告中:实验目的、实验器材、实验方法、实验过程、实验结论等环节已经成为实验报告的固有模板。这样的实验报告不仅在一定程度上限制了学生的思维模式,也阻碍了实验形式的改革与创新。在当代的教育体系中,创新作为发展的首要前提,无论在教学内容的设定上还是在教学模式的改变上都起着重要的作用。所以,将物理实验的书写报告进行改革与创新,必将在一定程度上激发学生对于实验的兴趣,促进大学物理实验课程向更新颖的形式发展。例如,将实验报告的书写形式改成实验过程中的心得体会或者是短篇的学术论文等等,这些都将有利于提升学生的创新思维模式,将大学物理实验这门课程更好的掌握。
结论
综上所述,大学物理实验课程作为大学物理学科中的基础课程,物理实验环节将在整个教学的过程中起着非常重要的作用。在对学生进行物理实验课程的教学中,教师的思维模式和教学方式将直接影响着学生对于实验的认识。先进的思维模式和创新的教学理念有助于增强学生对于实验的兴趣。所以,大学物理实验教学的改革与创新是一项长远而又艰巨的任务,这就要求教师不断的更新教学理念,创新教学形式,将教师授课与学生自主学习充分结合起来,促进大学物理实验课程教学的全面发展。
参考文献:
[1]陈中钧,俞眉孙.大学物理实验教学的思考与建议[J].实验技术与管理,2014,04:186-188.
[2]喀蔚波,孙大公,苑桂红,李辉,邓德宁.医药专业物理实验课程教学改革的思考与实践[J].大学物理,2016,10:46-51.
[3]李建设.高中新课程背景下大学物理实验课程内容构建的思考[J].实验技术与管理,2014,11:188-190+207.
【关键词】大学物理实验 考核方式 应用型本科
近些年,随着社会的不断发展和科学技术的不断进步,我国已经不光只需要理论性人才,而更多需要的是能够懂得生产技术的应用型人才,在这样的国情下,许多高校开始向应用型本科院校转变,应用型本科的培养目标是以应用为目的,以解决生产为主的技术性本科,它主要强调学生的社会需要和就业导向。这就需要学生更多的锻炼自己的创新意识和实验能力。而大学物理实验课程作为理工科学生进入高校所学习的第一门实验课程,不仅培养学生动手解决问题的能力,而且还为今后学习本专业课程打下坚实的基础。
一、大学物理实验考核的重要性
虽然各高校开始加大了对大学物理实验课程的认识,并陆续制定了许多的改革方案和教学方法,但是就目前的形势看,仍然存在重视理论而轻视实验的误区。例如,随着各高校学生的不断扩大,就会出现实验仪器数量过少,多人使用一台实验仪器的特点。在这样的情况下,就会导致一些学生虽然对物理实验表现出浓厚的兴趣,但是自主能力较差,出现滥竽充数的现象,这样的教学效果不佳,不能达到教学目标[1]。其中一个重要的原因是与大学物理实验的考核方式有关。现阶段大学物理实验考核的方式有很多种,大体包括“实验考试”、“笔试考试”、“论文考试”等。这些考试方式虽然有一定的成效,但是考试形式过于单一不能面面俱到的考查学生的综合能力,不能达到因材施教。所以,加大大学物理实验考核方式的改革是当今应用型本科院校所要面临的重大挑战。
二、大学物理实验考核方式的改革方案
理工科类大学物理实验课程开设在大一的下学期和大二的上学期,根据国家对大学物理实验课程的要求,结合应用型本科院校的具体现状,大学物理实验课程所涉及的实验主要以应用为主,来培养学生实践能力和创新能力。这就要求大学物理实验的考核的内容既要包括理论知识,又要包含实验能力和创新意识[2-4]。因此,根据实验的教学大纲和考试要求,将考核方式贯穿到整个实验教学过程中,我们主要采用“平时考核+期末考核+创新考核”三部分相结合的考核方式。具体的考核方案和评分细节如下。
(一)平时考核。大学物理实验课程不但培养学生对知识的运用能力,而且锻炼学生实际操作能力,大学物理实验更加重视平时的实验过程,平时考核成绩占总成绩的70。由于平时考核又包括实验预习、实验操作、数据采集和实验报告四部分,为了更好的量化平时考核的成绩,将四部分内容进行细致分配,即实验预习、实验操作、数据采集和实验报告分别各占平时成绩的10、40、10和40。其中,实验预习主要通过教师提问和学生回答来评定学生对本次实验的预习情况;实验操作主要考查学生在实验过程中对实验仪器的调节和操作程度;数据采集主要评价学生在整个实验中的认真态度;实验报告主要包括实验目的、实验原理、实验步骤和数据处理等,实验报告的撰写主要来自于课下,它能够检验学生在整个实验环节的认识程度和知识运用情况。所以,平时考核的合理分配,能够让学生更好地完成整个实验的操作。
(二)期末考核。期末考核主要考查学生对大学物理实验的掌握情况。传统的考试方式主要有试卷考核和实验操作考核,其中试卷考核只单凭一张考试题不能全面的考查学生的动手能力。由于各学校学生的不断增加,大面积采用实验操作考核的方式会造成很大的困难。为了减轻负担,期末考核可采用“口试+操作”的方法,这种期末考核占总成绩的20。具体的实施方案是设置100到200道题签(根据学校理工科学生的多少设定),题签主要包括口试题,口试实验的原理、步骤、实验注意事项及数据处理方式等;操作题,具体操作某个实验的一部分等。考试期间,让学生随机抽取题签完成题目,根据回答或操作情况给予相应的分数。这样的期末考试既能检查学生对基本物理量测量、基本实验仪器的使用和测量方法的掌握程度,还能够减轻工作负担。
(三)创新考核。创新考核主要是锻炼学生运用知识和熟练掌握实验仪器的能力。创新考核占总考核的10。具体的实施方案是针对某些实验让学生自行设计实验方案,对设计的实验方案进行实验,在实验过程中逐渐完善方案,最终达到最佳的实验设计。例如,重力加速度的测量、电表内阻的测量、电表的改装等等。这种创新考核培养了学生的基本科学实验素质,提高了学生的科学思维和创新意识,加强了学生的实际研究能力,使学生更加的热爱物理,并将所学的物理知识运用到实际应用中去。
三、总结
我们将“平时考核+期末考核+创新考核”这种考核方式贯穿到大学物理实验教学的整个环节中,能够取得良好的效果。通过这种考核方式,不但能提高学生学习物理的兴趣,而且还能增强学生的创新思维。不仅如此,这种考试方式的实施,教师也能科学合理的评价学生的综合成绩,让学生清楚自己在整个实验教学中的不足之处,同时培养了应用性本科院校学生的实验技能和操作能力[5]。
参考文献:
[1]蔡青,向安平.大学物理实验课程改革实践与思考.贵州大学学报.2004,21(7):61-65.
[2]刘义,孙文斌,李海金.大学物理实验考核体系的研究和实践.安徽工业大学学报.2012,
29(1):125-130.
[3]刘义,孙文斌,汪文明.大学物理实验量化平时考核研究与实践. 安徽工业大学学报.2011,28(1):122-123.
[4]陈晓莉,陈洪,刘存业.基础物理实验课程成绩评定方式的改革与实践.西南师范大学学报.2006,31(5):196-199.
学生之所以形成这种认识的原因可能是:
1.1我国教育体制长期畸形发展,“重理论,轻实践”
在中小学教育当中,由于长期受应试教育的影响,大部分学校在观念上存在着重理论轻实践,重授课轻实验的倾向,对实验室的作用认识有较大偏差,缺乏对人才素质培养的整体观念,因而实验课始终作为附属课程出现,开课率低,老师不重视,甚至一部分学校不开实验课,使学生对物理实验等只是停留在理论认识层面上。笔者在教学中发现多数同学在上大学之前竟然从没进过物理实验室。多年的学习过程中形成的印象直接导致学生对物理实验课认识不充分,引不起他们的重视。
1.2大学物理实验课程体系设置和仪器设施呆板陈旧
大多数学校的物理实验教学基本上处于一种封闭的状态,多年不变的教学体系和教学内容与当今飞速发展的前沿科学新理论,新技术严重脱节,陈旧落后的物理实验教学设备,沿袭多年的传统教学模式,方法和手段更是远远落后于科学技术进步的步伐。教学中,大学物理实验在内容设置上实际上只是依附于大学物理课堂理论教学,其内容通常只是大学物理教材上已有的基本物理规律、定律的简单重复.多数为简单验证性实验。同时由于实验仪器数量不够,陈旧老化,也不能激发学生的学习激情。因而使他们容易对大学物理实验课感到枯燥无味,这种情况严重的阻碍了学生学习的积极性、主动性、创造性以及现代科学思维方法的形成。
1.3大学物理实验过程机械单调,教学方法落后
在大学物理实验教学中,主要以常规试验方法为主,缺乏现代技术的应用。多数学校的大学物理实验教学中,要么还处于“以教师为中心”的“填灌式”教学,要么就是学生完全自己操作的“放羊式”教学,毫无现代科技感可言。并且由于近年来高校长期的大规模扩招,学生人数增加,物理实验教师工作量加大,学生的预习仅仅停留在阅读相关实验教程层面,预习积极性及效率不高,进行大学物理实验时学生对老师的依赖性较强,实验演示诉求较多,或者只是依照教材规定完成各操作过程,测出数据,完成物理实验报告,对物理实验中要求掌握的物理实验的思维方法,技巧及物理实验的作用等没有清晰的认识.。
1.4大学物理实验对学生考核成绩评定难度较大,因而对学生成绩考核降低要求
由于大学物理实验教学具有实践教学的特殊性,因而实验课较难实施像理论课考核一样笔试闭卷考试,同时受到人力物力等现实条件的约束,又不能对每个人通过实验操作考核,教师只能通过平时课堂教学观察结合实验报告的完成情况给出学生成绩,所以打分随意性大,难以确切体现学生真实水平,较大的磨灭了学生做物理实验的积极性。
2、针对这些问题的几点建议
2.1首先帮助学生从思想上正确认识大学物理实验课程的重要性
由于学生之中存在上述对大学物理实验的错误认识,使作为教学主体的学生丧失了自身学习的积极性、主动性,因而导致大学物理实验教学效果不理想,教师在物理实验教学中陷于被动。要想从根本上解决大学物理实验课的教学问题,就要帮助学生在思想上重视大学物理实验课程,提高学生学习的积极性、主动性。
2.2提高大学物理实验课在教学中的地位,提高所占学分比例,加强大学物理实验课的教学管理,提高对学生大学物理实验能力的要求,培养学生对待科学实验的严肃性。通过外界施加一定的压力促使学生正确认识大学物理实验的重要性。
2.3注重实验内容设置的与时俱进
对物理实验教学内容进行改革,以激发学生学习的积极性与热情。改造传统项目,更新内容,适当提高起点,适当增设一些综合性应用性的物理实验项目;不断扩充具有现代知识水平和现金技术的实验内容,尽量反映现代科技成果,与现代科学技术接轨;对一些需要保留的物理实验项目进行更新改造,使其内容和方法具有一定的新颖性、综合性和应用性.其基本思路是保留这些项目的原有特点,但物理实验内容要有所延伸,改进测试方法。
2.4加强大学物理实验教学手段的现代化建设
现在高校教学的主体对象是90后,他们是在网络的迅猛发展中成长的,要激发当代大学生的学习积极性一个重要措施就是使教学方式现代化、网络化。现代化教学方式包括电化教学,多媒体教学,仿真技术、网络教学等等。建设大学物理实验网络资源,让学生利用网络对实验教学内容进行课前预习,课后复习,了解实验仪器的结构和使用方法,让学生在实验前对实验有一定的了解,做到有的放矢。把现代教育技术中的多媒体技术,虚拟现实技术,虚拟仪器技术等应用到物理实验中。另外现代教育技术集声音、图象、视频和文字等于一体,能产生生动活泼的效果,使许多难以理解的内容具体化、复杂的事情简单化,有助于提高学生的理解能力、记忆能力和学习兴趣,极大地提高学生对知识的需求和探知的积极性,进而提高教学效果。
2.5建立一套完善、切实可行的考核手段
对实践教学的考核结合实验相关理论知识考核,实验报告完成情况,平时实验操作情况给出学生的综合成绩,力求做到公正的体现出每个同学的真实水平和能力。
3、结语
【关键词】大学物理实验 层次教学模式 动手能力 创新意识
物理学在科学技术发展中具有重要的地位,而现代科学技术的创新都是在实验室里产生的。我们要培养21世纪合格科技人才,当前大学物理实验课程体系、教学内容与新世纪的观念、思维方法及交叉学科的发展不相适应。因此,大学物理实验作为大学生在进校后的第一门科学实验课程,我校实践了大学物理实验层次创新教学模式,不仅让我们大学生受到严格的、系统的实验技能训练,掌握科学实验的基本知识、方法和技巧,更重要的是培养我们大学生严谨的科学思维能力和创新精神,培养大学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,特别是与科学技术的发展相适应的综合能力。通过实践证明,大学物理实验课程层次教学模式有利于我们大学生动手能力、创新意识的培养,提高了实验教学质量。
1.传统的大学物理实验课程教学现状分析
大学物理实验课程是我们的理工科大学生进大学后的第一门实验必选课,长期以来,在传统的大学物理实验教学模式的影响下,客观上引导学生向形式化,记忆型方式学习。传统教学模式、方法和手段更是远远落后于科学技术进步的步伐。大学物理实验实际上只是处于课堂教学的从属地位,其实验内容只是教材已有的基本物理规律、定律的简单重复。学生对大学物理实验课越来越感到枯燥无味,相当严重地阻碍了学生学习的积极性、主动性、创造性以及现代科学思维方法的形成。对本科生的实验教学一般一项实验课时是3个学时,在这样一个很短时间内要学生了解实验原理、仪器原理、熟悉仪器的操作使用并完成实验是不太可能的,没有办法只好在实验教学过程中教师对实验原理、实验步骤、仪器操作方法等尽量交待得一清二楚,但在我们教学中没有适当地介绍当时的科学技术背景,学生不了解当时的科学家和工程师怎么联想到它的应用方向,以及发展过程。这些内容是培养学生科学素质、创新意识的重要环节和很好的教材。所以在教学过程中让学生自己思考的时间太少,很多学生操作是盲目性的,走了过场,这实际上是一种呆板的模仿型教学。
2.大学物理实验课程层次创新教学模式的创新[1]
我校的大学物理实验教学中心是省级实验教学示范中心,针对传统的大学物理实验教学模式存在的问题,结合海洋学院学生的特点,彻底打破过去按力、热、电、光等学科设置实验项目的界限,依据教学目标、实验难易程度和对学生实验知识、技能的要求,这些年我校为适应大学生创新教育,培养学生科学实践能力和科技创新精神,构建了大学物理实验课程的层次教学模式的创新,即基础性实验、提高性实验和综合性实验。
3.我校大学物理实验层次教学模式实施方案
第一层次的基础性实验实验开设6个实验项目,安排18学时,主要为基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能和基本测量方法的学习训练与误差分析等;其目的是使学生能够掌握物理实验通用仪器的操作和使用,注重基本实验技能培养,学习基本物理量的观测方法和测量技术,及其正确的实验数据记录、分析处理、实验结果的准确描述和规范实验报告,提高后续课程的起点。
第二层次的提高综合性实验开设7个实验项目,安排21 学时,则是以现代物理实验技术为主,涉及到多方面的应用技术,体现实验方法、技术的综合应用;这部分实验是大学物理实验的主体,内容涵盖了力、热、光、电。学生必须综合运用所学的一门课程的多个知识点,甚至多门课程的知识点进行分析和解决问题,对学生灵活运用知识解决实际问题是一种很好的训练,对其实践能力和创新意识的进一步提高具有明显的作用。
第三层次的设计性创新性实验开设30个左右实验项目,涉及到力、热、电、光等物理技术的一些应用和小型设计实验,学生根据自己的兴趣及专业特长,由学生自行确立一个实验课题即一个实验项目,自己设计方案,独立完成实验。实验结束后,以论文的形式写出实验报告或完整的科学实验报告。并根据实验方案、实验技能、实验效果评定成绩。由教师评选出本学期的所有班级优秀设计性论文,以鼓励学生在实验过程中表现出积极性、主动性和创新性。设计性实验开设注重学生实验设计能力、实践探索精神、创新意识和创新能力的培养。
4.层次教学模式对大学生创新意识培养的作用
实践证明,由此培养的我们大学生既有扎实的理论知识又有熟练的实验综合动手能力, 近年来我校的大学生通过设计性实验写成的科技性论文已在各种核心期刊上发表,并申请省级大学生实验创新项目。这些成绩的取得,对大学生在学习的第一门实验科学的大学物理实验阶段受到的科学作风,基础实验技能,实践综合能力和科学思维诸方面的优良素质也起到了明显的基础作用。从一个侧面反映了加强设计性与创新性实验教学环节有效提高了我们大学生的科学实践能力和创新意识。
总之不断探索适合创新教育的大学物理实验教学模式,是新时期大学物理实验教学改革所面临的共同的主题。大学物理实验层次教学模式,不仅促进了我校大学物理实验教学内容的拓展和优化;更重要的是使得我们大学生的兴趣爱好得到了张扬,激发了我们大学生学习的主动性和积极性,培养了我们实践能力和创新意识。
参考文献:
[1]主编 竺江峰,副主编 鲁晓东 夏雪琴,大学物理实验教程[M]北京:中国水利水电出版社,2011年9月.
作者简介:
关键词:大学物理实验;实验教学改革;物理实验教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)14-0212-02
一、前言
物理学是一门实验的科学,物理实验在物理教学中和理论教学有着同等重要的地位[1]。大学物理实验是高等院校理工农林各学科的一门基础必修课,也是一门实践性和应用性很强的课程。大学物理实验的任务是通过实验培养学生发现、分析和解决物理问题的能力,让学生系统地掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能,锻炼学生的动手能力、观察分析能力,培养学生初步的科学素养和实事求是的科学精神[2]。可以说,实验教学是培养学生基本素质和科学创造能力不可或缺的重要环节,这也与21世纪高校应培养知识型、创新型、能力型人才的要求相一致[3,4]。所以高校在大学物理实验教学过程中,积极探索与建立适应21世纪人才培养所需要的实验教学模式,加强实验教学的改革和学生实践能力的培养,是很有必要的。
二、大学物理实验教学存在的问题
1.学生认识不足。目前各高校在人才培养过程中普遍存在急功近利的思想,对学生就业重要的课程和教学环节就加强,否则就会被忽视,物理实验由于与各专业所学专业课没有直接影响,而且不能直接对学生就业产生影响,所以学生认为花在物理实验上的时间还不如用来学习英语、计算机来得实惠,这种实用主义至上的学习观念在学生中普遍存在,是当前高校急功近利思想的一个直接反映。就连部分院校的领导和老师也有这种思想,对实验课的潜在影响明显认识不足,从思想上不重视物理实验教学,这种现象对于地方性院校尤为严重。
2.教材和教学内容不合理。大部分地方性院校一方面教育经费不足,大学物理课程作为公共基础课重视不够,经费投入不足。另一方面实验课时压缩,所以实验课都是以简单的验证性实验为主,综合设计性所占比例较小。学生做实验大部分都是按照教材上或课堂上老师所讲的实验步骤重复操作,锻炼动手能力有限。在选用教材时,地方性院校为了保证教学质量,尽量选用国家推荐教材,而这些教材大部分都是国家重点大学的老师所编,适合国家重点大学,而对于地方院校不一定合适,往往是本校开设的实验教材上没有,教材上有的实验本校又无能力开设。
3.教学方法和教学模式僵化。在地方院校大学物理实验教学中,普遍存在着实验教学模式固定、教学方法死板的问题。几乎所有的实验都是由负责人事先安排好实验内容,且一个层次教学内容相同,没有考虑专业的不同和学生的兴趣。一般都是实验管理人员准备好实验仪器,实验任课老师在黑板上讲解清楚实验原理,拟订出实验步骤,甚至还设计好数据记录所需的表格。这样学生不用动脑思考,只需要按照教材或老师拟订好的实验步骤去做,就能成功地测得数据,完成实验。这种僵化的教学模式在很大成度上抑制了学生做实验的积极性和主动性,很难激发学生的学习兴趣。
4.考核方式不合理,过程监督不到位。大学物理实验的考核主要以学生书写的实验报告为主。所以学生不管实验做得怎样,只要写好报告就可以得到高分,最后取得好的实验成绩。所以这种评价考核方式显然不能完成对学生实验过程的指导监督,反而使一部分学生存在投机取巧的心理,使学生认为平时实验认不认真做没关系,只要把实验报告写好就行。有的学生为了得到理想的数据,还会任意篡改实验数据或抄袭别人的数据,严重违反了实事求是的科学精神,更有甚者干脆直接抄袭别人的实验报告。所以加大过程监督,改革考核方式十分必要。
三、改革的几点建议
针对上面提到的地方院校大学物理实验教学中普遍存在的问题,笔者结合多年教学经验和塔里木大学物理重点课程建设所取得的改革经验,对地方性院校的大学物理实验教学提出了以下几个方面的改革建议:
1.加强制度约束,体现实用性。经过对地方性院校部分专业老师和学生不重视大学物理实验现象的调查分析,认为主要有两方面的原因:一是大学物理实验现有的内容安排不合理,对学生后续专业的学习和各方面能力培养作用不大;另一原因是大学物理现有的教学考核制度不完善,没有起到约束作用。作者结合多年教学经验认为,如果想让学生重视大学物理实验,不能靠任课老师宣传物理实验多么重要,而应加强教学过程监督和完善考核方法,比如在实验成绩中将学生做实验的情况考虑在内。以塔里木大学物理实验教学为例,实验成绩分为四部分:课堂纪律(10%)、实验操作(20%)、实验报告(50%)和实验考试(20%)。从实际情况来看,实验效果明显好转。除此之外还应该加强教学内容、教学方式等方面的改革,切实能通过物理实验锻炼和培养学生各方面的能力,让学生和专业老师自己感觉到物理的用处,从而从根本上改变对物理实验的偏见。
2.自编教材,分层次教学。不同地域不同性质的高校应根据本院校的实际情况选用合适的教材,如果现有出版教材不妥,完全可以结合自己物理实验室的具体情况组织本校相关老师编写教材。塔里木大学利用大学物理重点课程建设的机会,编写了自己的教材。该教材对实验室无法开设的项目进行了删减,将正在开设的或实验室有仪器但没有开发出来的实验项目进行优化组合,这样教材既满足了学生实验的需要,也大大减少了实验教材中那些无关的内容,减轻了学生的经济负担,该教材受到学生的好评。
针对物理实验内容不合理的问题,笔者认为应把大学物理实验教学分为三个层次:第一个层次是针对理论课程中重要概念定理安排相应验证性实验,并且最好是刚学完理论知识就到实验室做相应实验,加深对知识的理解和掌握;第二个层次是增加综合设计性实验比例,让学生课下自己设计实验,经过老师把关后到实验室自己组装加以验证;第三个层次是适当开设大学生创新试验,利用实验室的仪器在老师指导下开展简单实验研究,在锻炼学生动手能力的同时,也培养了学生初步的科研素养,也打开了老师科研的思路。塔里木大学的相关老师实践了这一教学层次:利用迈克耳逊干涉仪测量金属丝杨氏模量、利用电学方法检测农产品的品质等,并取得了一些科研成果。
3.丰富实验教学手段。针对实验教学方式固化的问题,应在传统教学基础上,将网络虚拟实验引入教学中,使学生课下可以在电脑上完成对实验的预演练,进实验室后可以有针对性地操作实验,这样可以大大节省很多时间,以便保证有更多时间动手操作,锻炼动手能力。同时可以将计算机引入实验,学生可以利用某些数据处理软件分析计算实验数据,提高了学生分析、处理数据的能力。任课老师也可以将实验内容做成多媒体课件通过网络平台与学生共享,这样就不需要老师在课堂上详细讲解实验原理等内容,以便节约时间让学生动手操作。
4.改革实验考核方式。目前实验课的考核一般采用物理实验理论知识考试加动手操作相结合的考核方法。其中操作考核大部分都是流于形式,不能真实衡量学生做实验的效果。可以通过让学生利用实验室条件动手设计一个新的实验,最后根据老师评估来进行评价;或者也可以让学生根据学习的物理理论知识,对现有实验仪器或实验内容进行改进,有条件的高校可以通过平时开放实验室允许学生到实验室具体实践。
四、结论
针对地方院校大学物理实验教学普遍存在的问题,笔者根据多年教学经验和塔里木大学重点课程建设改革实践,对实验教学内容、教学方法等有针对性地提出了几点改革的建议供大家参考。
参考文献:
[1]陈爱辉.《大学物理实验》教学的思考[J].科技教育,2011,(21):191.
[2]张敏,何龙庆,张波.大学物理实验教学改革的研究[J].大学物理实验,2009,22(1):100.
[3]肖令平.大学物理实验教学模式改革初探[J].科技教育创新,2009,(17):256.
关键词: 应用型本科人才 大学物理实验 实验教学模式
随着我国经济的快速发展,对高等教育本科人才类型的需求趋向多元化,高等教育从一元的精英教育走向以培养应用型人才为主的多元化教育。应用型本科人才的培养目标是具有一定基础理论知识、较强实践能力、具备解决工程实际问题能力的现场工程师。其核心是突出“应用”,即在遵循一般本科人才培养规律的同时,强化实践教学这一环节,特别注意培养学生的应用能力。传统的大学物理实验体系缺乏应用性、研究性和探索性的实验教学内容。构建适应于高等教育发展需要的应用型大学物理实验教学体系势在必行[1]。为此,我们提出应用型物理实验教学新体系。
1.物理实验教学的现状
物理实验是大学生学习和巩固物理知识,端正学习态度,培养综合创新能力的实践性教学课程,它在培养学生科学思维方式、实验能力、创新意识和能力等方面都具有不可替代的作用。在传统的教学体系中,教学方法通常都是先由指导老师讲解原理、实验方法及仪器;然后由学生独立完成实验;实验完成之后学生找课余时间撰写实验报告。由于每个项目涉及的内容都比较多,动手能力稍微差的学生在规定的时间内完不成实验任务。为了完成教学任务和学生的实验任务,学生遇到问题,老师马上给予帮助,真正留给学生主动思考问题和独立解决问题的时间相对比较少,很难真正体现大学物理实验的培养目标。为了更好地实现《大学物理实验》的教学目标,有必要对现行的教学模式进行改革,创建一种新型的实验教学体系。
2.构建应用型大学物理实验教学体系
传统大学物理实验是依据力、热、电、光及近代物理教学内容进行划分,由彼此独立的实验项目组成。这种体系突出了学科的系统性,学生被动地完成各门课程各自孤立的验证性实验,缺乏应用性、研究性和探索性的实验教学内容。这种实验教学体系难以通过实验教学环节培养学生分析与解决问题的能力。构建应用型大学物理实验教学体系是物理实验教学改革的必然趋势。
2.1构建全新的实验教学内容体系培养学生创新能力。
物理实验教学体系应该是按实验素质和能力培养的过程划分,与实验教学规律相适应,建立起分层次的教学内容体系,做到传统内容与现代内容兼顾,基本思想、方法和技能的训练、设计与研究并存。该体系改变了按力、热、电、光排列的原有实验旧体系,新的物理实验体系依照训练层次划分为技能性、基础性、综合设计性实验三个层次,并为此制订不同的教学标准和要求。第一层次:技能性实验。其着眼于培养学生的实验规矩、实验意识及实际操作能力。指导教师对学生进行逐个指导直到掌握为止。以选修课的形式开出,供实验基础能力不同的学生根据自身需要进行选择。第二层次:基础性实验。其目的在于培养学生最基本的实验能力,学习一般的实验技术,掌握实验中所用仪器的使用方法及常用的数据处理方法,加深对物理理论的理解,为后续学习打下坚实的基础。指导教师随着实验的展开采用不同的教学模式,逐步拓宽学生的自学空间。第三层次:综合设计性实验。其目的在于开阔学生视野,培养学生创新能力。指导教师采用自主、导学和研究式教学方法。
2.2创建新型的实验教学模式平培养学生的动手能力。
新型的实验教学模式应以分层次的模块化实验课程内容新体系为主导,以提高学生对普物实验的兴趣,调动学生的主动性和积极性,提高学生的实验理论水平和操作技能,达到培养学生的实验综合素质和创新能力的最终目的,构建与实验课程内容新体系相适应的分阶段的模块化实验教学新模式:打破原来实验教学中按力、热、电、光的顺序编排,采用大循环方式进行实验教学。此模式充分体现了实验教学本身的规律和学生的认识水平。实验由浅入深、由简到繁、由基础到提高,循序渐进,提高学生的动手能力。
2.3分层次开放实验室,培养学生的创新能力。
由于大学物理涉及的理论知识很多,可开设的实验项目很多。实验室可在完成计划安排的教学任务外根据不同的教学对象、目的和条件,采用多种开放方式,完成各种开放实验内容。
选择开放实验教学内容:一是选择开放教学实验项目。对于实验室能开出但由于课时的原因不能统一开设的部分实验项目,可以实验室开放项目的方式开出。对于学习积极性高,有能力在课余时间完成部分学习任务的学生,可以让其进实验室自己设计实验方案,独立完成开放性实验;对于动手能力比较差,规定时间内不能完成教学任务的学生,也可在实验室开放的时段内进行相关实验。二是新建创新制作实验室。配置各种常用工具、基本材料和操作平台等。以定时开放的方式为学生提供开展科技活动的场地。
3.构建实验成绩评定体系,建立学分制的评价方式
我们对《大学物理实验》的考核办法是,由指导老师给出学生每个实验项目的成绩,对所有实验项目成绩加权平均后给出最终成绩。对单个实验项目的成绩原则上以考勤情况、实验操作成绩和实验报告成绩(分别占10%、50%和40%)加权平均给出最终成绩。但实时给出实验操作成绩比较难,原因是动手能力及自主学习能力不强的学生,要在规定的时间独立完成实验任务比较困难;个别学习任务不明确,对实验不感兴趣的学生有了抄袭数据或编造数据的现象,因此,很难对学生的实验给出合理的成绩,以实验报告成绩作为该实验项目的成绩,这种成绩评价方式具有一定的不合理性,有必要建立能体现教学培养目的的考核方式。我认为可以对大学物理实验课程实行学分制,即学分设置中可以拟定做不同层次的实验所获得的学分各不同,每个学生修够一定的学分后可视为合格。按照学分要求,如果学生基础差,中学时所做的实验少的同学多做一些技能性和基础性实验,综合设计性实验所做数量相对少一些,反之亦然,这样一定程度上可以避免成绩评价的不合理性。
【关键词】物理实验;课程改革;教学手段
物理学在培养人的科学素质中具有举足轻重的地位。物理学是一门实验科学,物理实验课程为培养优秀人才做出了卓越的贡献。
物理实验是物理学的基础,它反映了理工科实验的共性和普遍性问题,因此大学物理实验一直是高等教育中理工类学生必修的一门基础课程。通过大学物理实验课程的学习和训练,同学们能够掌握各种基础的必要的知识和技能,大学物理实验的基础实践过程为顺利完成接续下来的专业实验的理论和实践打下良好的基础。
一、课程改革的指导思想
大学物理实验的教学一直以来秉承最基本的教学模式,即教师讲授原理和仪器操作步骤,学生跟着操作,测得实验数据,写出实验报告,则结束了一个实验项目的学习,然后重复上述过程完成其他项目的实验内容。这种教学模式无法达到锻炼动手能力和解决问题能力的预期教学目标,更不要提培养创新型人才的更高目标。
大学物理实验课应当以培养学生独立思考能力,综合思维和创造能力为主,并且主导学生自己动手,教师指导的原则。从这一出发点,大学物理实验的教学改革应当遵循一个最基本的原则就是“实践”。并且为了能够引起学生的学习兴趣,应当与其本专业学科的基本原理靠近,激发学生的求知欲望。
创新能力培养是课程改革的目的之一。目前的大学物理实验内容当中,经典的简单验证类型的实验偏多。这部分内容自然不可缺少,可以让学生能够更好的理解和消化物理理论课所学习的知识。但在此基础上应多增加综合性、设计性实验内容。增加能够培养学生综合能力的实验,使学生养成主动思考积极动手的习惯,培养独立思考和创新的能力。
二、课程内容的创新
针对大学物理实验课程存在的问题和国家对培养创新型人才目标的要求,大学物理实验教学内容改革的思路有以下几点:
(一)大学物理实验课程应该更多的具有趣味性,我们应该更倾向于想办法调动学生动手的积极性上来。物理实验没有更新鲜的教学内容,同学们自己的想法得不到有效的途径施展,完全是跟着老师操作。这样的实验课最终就流于形式,为了上课而上课,不能实现预定的教学目标。针对这种情况,我们应该实现开放实验室和选课功能。让学生自己有选择的余地,针对力、热、电、光等不同类型的实验项目,多列出一些能够同时开放的项目。让同学们根据自己的专业和爱好进行适当的选择。这样就可以较好的提高学生自主学习的兴趣。变被动的学习为主动。
(二)物理实验作为基础课程缺乏有针对性的对现代各应用专业基本技能的培养。因为物理学是各学科的基础,物理实验应能对各专业的基础理论有所涉及,因此在开设物理实验项目的时候,除了传统的验证性实验之外,应适当的增加针对不同专业的要求设计的更实用的实验项目。比如针对无线电专业我们可以开设电子元器件性能参数测定的实验;针对化工类学生,可以开设液体黏度测量等等。这样就能做到大学物理实验的可发展性。
(三)适当开设综合性和设计性实验培养学生的自主创新能力。物理实验应当以学生为主体,在适当的范围内教师应处于指导、解惑的地位,不应过多干预学生的实验过程,培养学生独立思考,解决问题的能力。让学生养成“发现问题——解决问题——总结规律——提出问题”这样一种思维方式,通过自主的学习和实践解决问题的能力。这样就达到了物理实验课程开设的真正目的。
三、授课方式的创新
大学物理实验课程的创新离不开教师的工作。新的物理实验课内容也对实验教师提出了更高的要求。应提高教师在课堂上的讲课效率,尽快引导学生进入正题,给学生更多的自主学习时间,同时又要给学生足够的信息,这就要求教师的授课方式要有所改变。
授课的形式可以很多样,可以用仪器教学,可以用多媒体讲解,甚至可以不在实验室里面,而是在多媒体教室,利用现代化设备。可以采取如图片展览,科技讲座等手段和方法丰富授课方式。例如教师可以以讲座的形式向学生讲授实验课基本理论和基本知识、误差理论和数据处理方法、文献查阅、科学论文和技术报告的撰写方法等。为了激发同学们对物理实验的兴趣,也可以通过在教师的主导下,通过演示实验的方式为学生展示一些直观有趣的物理现象。
对基础性实验,可以在学生预习实验教材的基础上,让每个学生在实验室独立完成实际操作训练和数据测量,课后撰写实验报告。对综合和设计性实验可以适当的由学生提出实验方案,在教师指导下完成实验;或者由教师提出实验题目、实验要求,推荐参考文献,让学生独立的通过阅读和查文献来制定实验方案,选取实验器材等,然后在教师把关下完成实验。
随着计算机技术的不断完善和发展,各种仿真软件不断普及,大学物理仿真实验目前是很好的教学方式。仿真实验就是用计算机来模拟物理现象和实验环境,可以逼真的模拟出学生进行实验的整个过程,可以实时显示结果,提供多种实验方法,可以实现更灵活的操作。教师可以通过掌握一种或几种仿真软件来根据各自的需要实现模拟仿真一些实验项目,达到预期的教学效果。比如虚拟实验室软件Labview,计算模拟软件Matlab等等。
四、结语
大学物理实验改革应以培养学生的创新能力,独立动手能力,探索开拓能力为方向,让学生通过实验课程的锻炼开创自己的创新思维,同时掌握一定技能。大学物理实验教学改革是一件任重道远的工作。应当在教学实践中不断的发现问题,解决问题,总结经验,坚持不断,一直探索下去。
参考文献
[1] 郑冬梅,黄思俞.大学物理实验教学体系改革探索与实践[J].福建教育学院学报,2010(04).
[2] 孙建,孙宇航,邹志纯.对大学物理实验教学改革的几点思考[J].西安邮电学院学报,2011(12).