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目前,我校開設大學物理實驗課程的專業有物理學、機械工程、車輛工程、電子信息工程、自動化、應用數學、計算機科學與技術、物聯網工程、航海技術、輪機工程、食品科學與工程、水產養殖學、海洋科學、化學工程與工藝和油氣儲運工程等專業。根據專業的不同,開課的學時從16到39學時之間不等。實驗項目的開設以傳統的基礎性實驗為主,綜合性和設計性實驗幾乎沒有。實驗項目的設置也沒有根據專業能力需要的不同而不同為16學時課程的實驗項目,開課的專業有化學工程、輪機工程、計算機科學與技術等專業),這與我校根據不同模塊培養不同專業技能人才的目標嚴重不符。綜上所述,目前我校大學物理實驗課程開設的狀況存在著“學時少、無設計性實驗、實驗項目無專業針對性”的問題,遠達不到學校運用模塊化教學培養高層次應用型人才的要求和目標。因此,大學物理實驗模塊化教學改革勢在必行。
二、大學物理實驗的模塊化改革思路
1.模塊的設計。
模塊的設計方針必須緊扣各專業所要求培養的專業能力。大學物理實驗作為一門基礎實踐類課程,最基本的任務就是培養學生理解實驗原理、正確操作實驗儀器、分析實驗數據和書寫實驗報告的能力。因此,我們首先設置基礎模塊,通過若干個基礎性實驗的訓練,讓不同專業的學生獲得以上基本的實驗技能。在這個模塊里,教師需對整個實驗過程講解得比較透徹,以利于幾乎沒有物理實驗經驗的大一新生理解。這樣可以使其快速入門并調動學習的積極性,為后面的綜合、設計性實驗打下堅實的基礎。第二個模塊為根據不同專業設計的專業模塊。物理學主要可分為力、熱、光、電學四個大塊,涵蓋了各個理工科所需要掌握的物理知識,但是不同專業的側重點有所不同(如電子信息工程專業偏重于電磁學),此模塊的內涵是設置與專業相關的實驗項目,讓學生獲得與所學專業相關的物理知識,為以后的專業課實驗打下良好的基礎。我們設置了電子(針對電子工程、計算機、物聯網等專業)、化工(針對化工、食品等專業)和機械(針對機械、輪機等專業)三大專業模塊。全校所有理工科專業都可在里面選擇一個專業對口的模塊。以電子模塊為例,該模塊里設置了惠斯登電橋測電阻、二極管的伏安特性測量、用電位差計測量電池的電動勢和內阻、示波器的使用、RLC電路特性研究、萬用電表的組裝等實驗項目。通過這些實驗項目的訓練,使電子相關類專業的學生掌握的基本的電學元件、電路的連接和電學儀器的工作原理等知識。第三個模塊為設計性模塊。學生經過前面兩個模塊的訓練,已經掌握了大學物理實驗的基本思路、儀器的操作方法、數據處理計算等方面的技能,因此在最后一個設計性模塊中,我們設置了若干個設計性實驗,在設計性實驗中,教師只給出實驗題目和目標,整個實驗方案由學生自行設計,學生根據自己的方案,獨立進行儀器的選擇和操作,完成整個實驗。設計性模塊旨在訓練學生運用所學知識,獨立自主解決實際問題的能力。如在實驗《液體表面張力系數與密度的關系探究》中,教師僅給出“通過至少3種不同密度的液體的表面張力系數測量,探究液體表面張力系數與密度的關系”這個目標,學生需要自己選擇所要測量的液體種類,密度的測量方法,液體表面張力系數的測量方法以及正確處理數據并得出結論。由于我校在開展設計性實驗上起步較晚,因此設計性實驗項目正在經歷從無到有、從少到多的發展階段,設計性實驗項目的開展需要師生共同努力。
2.建立新的考核方式。
一直以來我校非物理專業大學物理實驗課程的考核方式為:實驗報告60%,平時實驗規范過程10%,期末理論考試30%。作為一門實踐課程,進行期末理論考試并不能真實反映學生運用所學知識實際問題的能力,因此有必要進行調整。新的考核方式是將期末理論考試取消,取而代之的一個自選綜合設計性實驗。學生在教師所給出的若干個綜合設計性實驗項目中選擇一個,在規定的4個課時內自行設計實驗方案并獨立完成。教師以整個實驗的設計方案、操作過程規范性和實驗報告的質量為依據給出評價。這個考核性的綜合設計性實驗占總比重的30%。相比于理論考試,新的考核方式更能體現出設置大學物理實驗這門實踐課的初衷,即讓學生掌握能解決實際問題的實踐能力。
三、加強實驗室的建設
為了更好地推進我校向應用型大學轉型的工作,提高實踐類教學的比重和質量是教學改革的大方向,要做好這一點,相應的硬件設施不可或缺。近年來,我校大學物理實驗配套設施不斷得到完善,力、熱、光、電學各個分支可以開設的實驗項目逐漸增多,這就為實驗項目設置的針對性和可選擇性提供了有力保障,推動了課程的模塊化教學改革進程。下一步我校計劃加強近代物理實驗室的建設,讓學生接觸到離現代科技更接近的物理實驗,這樣不僅能提高學習的積極性,更可以讓學生獲得更專業的實驗手段,如利用光譜對物質進行化學成分分析(對應化工、食品等專業)。對大學物理實驗課程進行模塊化教學改革,符合我校轉型應用型大學的實際要求。通過教學模塊的設計和考核方式的革新,可以提高實驗項目的專業針對性,使學生在掌握基本實驗技能的基礎上,可以運用所學技能,獨立解決實踐中的問題,為其成為高層次應用型人才打下堅實的基礎。
作者:黃天宇 謝冰 單位:欽州學院物理與電子工程學院