(荐)大学物理论文15篇
在个人成长的多个环节中,大家都经常接触到论文吧,论文是探讨问题进行学术研究的一种手段。那么你知道一篇好的论文该怎么写吗?下面是小编收集整理的大学物理论文,欢迎大家分享。

大学物理论文1
一、优化教学手段和方法,提高教学效果
1.1教学理念需改变
我们至今大部分教学仍然是填鸭式,验证性实验教学。有些实验几十年没有任何变化,更糟的是,有些实验仪器更加集成化,整套设备就一个箱子,学生无需理解实验原理只要打开电源开关等少数几个步骤即可测得合理的数据。在日益庞大的学生数量面前,实验室的人次数翻了几倍,但是实验老师人数并没有大幅增加,老师的工作量和压力就可想而知了。如何解决这个矛盾呢?个人认为,在目前高等教育大众化的形式下,学生层次扩大,人人都应有被教育的权利,这样迫切要求我们的实验课内容应该拉开档次,增加更多的实验项目让学生完成必修的课程,还应该更广阔地发挥学生的兴趣特长,开设演示实验,这样同时能解决实验老师缺乏的问题。
1.2集体备课,确保实验课的质量
在上实验课之前,我们要进行由实验课老师和实验管理人员参加的课前讨论,发挥集体优势,深入理解实验内容和准备工作的要求,明确实验的重难点,确保学生的基本操作规范化,标准化。
1.3把好实验预习关,保证实验课的顺利进行
为了充分调动学生的主观能动性,实验前,要求学生充分预习,写出预习报告,熟悉实验目的,原理,操作步骤等。如果准备不充分,对所涉及实验内容理解不透彻,实际操作时就会无所适从。这样做就能有效地把握实验的每一个环节,保证实验的顺利进行,提高实验效果。
1.4充分利用多媒体教学,提高实验教学效率
多媒体教学表现形式直观生动,容易激发学生的学习兴趣和热情。多媒体课件的使用,可以在有限的课时内扩大教学量,对于实验室没有条件开设的实验,也可以通过多媒体的模拟实验使学生有所了解,使学生了解新方法,新技术在物理领域中的应用。还可以利用网络资源介绍与实验室有关的知识和背景,还可以利用网络资源介绍与实验室有关的知识和背景,有助于知识的拓展。既节约了时间,又扩大了学生的知识面,开阔了视野。
二、实验器材的完善是实验教学的根本
随着高校招生的扩大规模,学生的人数剧增,与之呼应的实验器材的扩充,实验课老师的不足和其流动性频繁等诸多问题,对实验室的管理与维护带来了很大的压力,如何保证实验室能够满足正常的大学物理实验教学已经是个刻不容缓的问题了。最基本的原则是保证器材的完好,除了相应配套的实验守则和规章制度约束外,还需要管理实验室的老师与上实验课的老师及学生相互配合好。这就要求上实验课的老师应有强烈的责任心,要求他们非常了解实验仪器的性能,能够及时处理实验中仪器的故障,并详细地写出要上的`每个实验的实验报告,填写好实验室工作记录,这样可以对仪器的管理责任分明,避免相互的推诿现象,保证良性循环。如果的确无法自行修理好损坏的仪器,可以联系生产厂家,平时应该做好仪器的防尘,防潮,防腐,防热,防漏电,防震等保护措施。
三、勤工助学的优势
勤工助学的学生的好处是多方面的,首先对于学生本身而言可以获得一定的经济收入,其次,可以通过实验室管理和维护自身得到了锻炼,部分减轻实验老师繁杂重复性的工作。实验课中老师与学生的互动性比理论课更为突出,那么要求一位老师同二十几位学生在规定时间内到达很好的互动效果,难度很大。如果此时有对实验项目熟悉的勤工助学的学生在教学过程中对上实验课的学生进行辅导,他们能更加有亲和力,能更好地与学生交流,起到了很好的桥梁作用,从而达到较好的实验教学效果。
四、结束语
新的理念,激发新的思维,新的挑战,呼唤新的方法。通过大学物理实验课的教学改革,教学效果明显提高,对学生实验操作的对比分析,清楚地显示出教学内容及其相适应的教学方法的改革所取得的成效,表现在学生对新的实验内容的兴趣和实验的主动性增强,充分发挥学生在实验过程中的主动性。
大学物理论文2
摘要:本文简要概括了物理化学实验在化学化工类专业本科教学体系中的地位和作用。总结了大学物理化学实验教学实践中存在的问题及原因,提出了物理化学实验教学改革的必要性和重要性。并从激发学生的学习主动性,锻炼学生的思维能力及培养学生的创新意识的角度出发,提出了拓展式、开放式及探索式等三种新的教学设计思路,以改变目前偏保守、呆板的教学内容安排、教学思路和教学方式的设计。
关键词:物理化学实验;教学改革;能力培养
化学反应从本质上讲,就是分子、原子间相互作用、相互结合方式及运动方式的变化,在这些变化过程中总是引起能量形式的变化,从宏观上表现为化学变化过程总是伴随着光、热、电等物理现象。物理化学作为化学学科的重要分支之一,它正是利用了物理学的原理和实验技术,从化学现象和物理现象的联系去寻找化学变化规律的学科。物理化学研究的是化学的一般性理论问题,因此它是化学学科的理论基础,一度被称为“理论化学”[1]。物理化学将就理论与实验并重,具体体现在物理化学的基本原理都是通过大量实验事实概括、归纳出来的,同时物理化学的理论必须能被实验事实所检验。因此,学好物理化学的一个重要途径是做实验,通过实验以及对实验现象的观察、记录和分析等,发现和验证物理化学原理,获得和巩固物理化学知识,并训练科学探索的思维能力和实验技能。
一当前大学物理实验教学的现状
物理化学实验在目前的本科教学体系中一般都是单独设课,物理化学实验通常作为最后一门基础化学实验课程出现,其在基础化学实验和后续的化工原理实验及其他专业实验课程之间起承上启下作用[2]。物理化学实验课程的学习效果不仅能检验学生对已学知识的掌握和熟练程度,同时能为后续的专业综合训练奠定重要的基础。物理化学实验内容具有很强的综合性,不仅涉及较难的数学、物理和化学等课程的理论知识基础,同时也是一门实践性和技术性很强的课程[3]。不仅要求学生能综合运用已掌握的大学课程基础知识,如高等数学、四大基础化学、物理学、大学计算机基础等;还要求学生能较熟练地操作溶液配制、物料加热、滴定分析等化学实验基本操作技能;另外,作为课程的另一重要特征,物理化学实验涉及到热、力、电、光、磁等物理量的测定,因此通常需要操作大型分析仪器和一些复杂的专用玻璃仪器[4]。物理化学实验在化学化工专业教学过程中的地位和作用决定了其应该予以应有的重视。然而,由于某些主观和客观的原因,当前的物理化学实验教学中还存在多方面的问题,需要认真改进。
首先是教学条件方面。由于大型精密仪器设备的价值较高,一般院校不太可能频繁更新,因此在物理化学实验室见到仪器已被使用十几甚至二十几年是很常见的。部分仪器由于超过了使用年限,性能不够稳定,测得的数据误差过大,得不到合理的实验结果,这严重削弱了学生认真完成实验和主动思考问题的积极性。另一方面,由于仪器设备更新不及时还容易导致人才培养与社会需求脱节。有些老旧仪器操作繁琐,在实践中早已被自动化程度和集成度更高的新式仪器所淘汰,如自制热电偶、托盘天平,电光分析天平、阿贝折射仪等。这些仪器的学习和使用通常会占据大量课堂时间,不仅使学生将有限的精力投入到可能今后基本不会用到的地方,还使学生错过机会训练在实际应用场合中真正需要经常使用的仪器设备的使用。其次是教学环节方面。这方面的问题主要表现在两方面:其一是教学环节保守,实验内容陈旧,多数甚至全部实验内容都源于传统教材的经典实验项目。这种内容的安排有其可取的一面,即教学过程容易把控,能最大限度地保证学生在规定的时间内完成实验内容,达到可预见的训练目标。当这种方式的弊端也非常明显,这类经过反复验证的成熟实验内容,实验没做之前结论就已知,很容易使学生放弃思考,机械式的完成实验任务,严重扼杀学生的思维能力和创新意识。其二是教学方法和考核方式单一,长年累月地采取课上老师先讲解,后学生动手实验,课后完成实验报告,期末进行考察的教学方式。且考核内容基本上不脱离陈旧的教学内容,有时甚至全凭授课教师的主观印象。这样,学生在整个教学环节中是被动参与者的角色,很难将本课程的专业知识内化为个人的专业素养和实践能力。再次是教师授课方面。在前述篇保守的传统教学环节中,教师主动性强。教师授课的质量对教学效果具有非常重要的影响。物理化学实验的教师主要由理论课老师兼任,但由于种种原因物理化学教学未被赋予与理论教学同等重要的地位,有时甚至被沦为理论课的附属课程的地位上,导致大量授课教师对物理化学实验教学不够重视。导致的结果是,没有主动性去更新知识结构,研究学生的知识学习、素质提升和能力培养的内在联系,忽视学生在学习过程的需求。将实验教学过程视为规定动作,为了完成实验而实验。由于物理化学实验的综合性和复杂性,学生在实验过程中遇到的问题较多,而且很多时候很难直观地找到原因。
这时,需要老师与学生一同钻研才能找到答案。但很多老师采取的敷衍推诿的态度,其实教师的深度参与不仅有利于学生的学习,而且对教师教学水平的提高和科研能力的锻炼都有积极作用。最后是学生学习方面。由于在上述教学环节模式下,学生是被动参与者,往往过分依赖教师指导。为了完成教学任务,教师没有足够的精力对预习环节把关,而且也难以合理评价,因此学生对课前的实验预习只是应付式地完成任务,预习效果较差。教师在课上先讲解实目的、原理、步骤,并进行演示。由于预习效果较差,学生仅凭对实验理论知识的粗浅理解动手做实验,实验过程就成了按现成的步骤机械操作,最后已详细制定的模式处理实验数据完成实验报告即可。在整个过程中,学生需要思考的机会很少,遇到问题也不会分析。因此教学过程完成后学生学到的多是陈述性知识,而能力的'培养较少。另外,当前的教学模式下容易让学生以为实验课比理论课容易过关,从而对物理化学实验课重视程度不够。学生的实验兴趣较低,缺乏实事求实的态度和深入探究的精神,对于实验失败和异常的现象候束手无策,容易采回避态度,错失了分析问题、解决问题的机会。最终导致的结果是课程的教学效果难以达到理想的状态,对学生的专业能力发展极为不利。
二物理化学实验教学面临问题的解决思路
总体而言,教学条件方面的问题属于客观方面的问题,而且主要集中于办学经费有限的地方高校,其解决主要靠加大投入,其解决思路较简单。随着国家和地方对高等教育投入的不断加大,地方院校资金来源会增多,获得的资助强度会增大,如省部共建、学科建设、平台建设等方面都有专项资金用于支持人才培养工作,其中教学条件的改善是重要方面,物理化学实验室应积极争取相关的资金支持。另外为了降低大型仪器购置和维护成本,可以采取物理化学实验与仪器分析实验及科研专题实验共享大型仪器的方式,或者物理化学实验与仪器分析课程实验融合的方式,而这方面国内知名高校复旦大学已经有相关经验[5]。通过上述方法,相信这一问题能得到较好的解决。而对于教学过程、教师的“教”以及学生的“学”等方面的问题,主要是主观方面的原因,其解决需要多方共同努力。通过加强教师教学技能培训和教学过程的监督,能帮助教师提升教学技能,促进教师更认真地完成既定的教学任务;通过加强学生学习过程的督促,能使学生学习态度更端正,促进学生更好的完成学习任务。但是上述手段只能在一定程度上改善物理化学实验课程的教学面貌,难以从根本上提升课程的教学效果。只有正视本课程的教学现状,客观分析当前的不足,针对性地改革课程教学内容和模式,才能更有效地解决所面临的问题,从而更有力地促进本科课程教学体系的建设和更新,更好地实现物理化学实验课程在本科教学体系中应有的地位和作用。根据笔者多年的教学经验,要有效地改革物理化学课程教学,最重要的是改革目前保守、呆板的教学内容安排、教学思路和教学方式的设计。本人认为合理使用以下三种新的教学设计思路,有可能使本课程的教学效果显著改进。当然,这些教学方法相信不少同行在实践中已经尝试使用,本人在此加以总结之。
(一)拓展式实验教学法。这种方基于现有的常规教学方式,在教学过程中将实验内容涉及的科学知识或实验技能拓展至实际应用中或者学科发展前沿。通过将实验内容拓展,能较好地调动学生的学习兴趣,调节呆板教学模式下课堂教学的枯燥气氛。让学生感受到所学内容是有很好的应用价值,并引导学生将知识应用,从而激发其钻研精神。例如在讲解二元气-液平衡相图或三元液系相图时,一般学生都学了化工原理等工科课程,因此可以将实验内容与精馏塔或萃取塔的设计联系起来。课后可以要求学生利用实验中获得的基础数据,完成简单的设计和计算步骤。通过采取这种方式,学生在实验过程意识到获得的实验数自己需要用到,会起到较好的鞭策作用,激发学生的积极性和主动性。另一方面,学生意识到实验内容应用价值后,虽然实验任务加重,压力增大了,但并不感到枯燥,反而能激发解决问题的挑战精神。甚至,还可以把化工原理或分离工程的课程设计与相关实验教学结合进行,可能效果会更佳。另一种方式是任课教师在阅读科研文献时,选择一篇合适的研究性论文,其中运用到所讲授的实验内容作为研究手段。在授课前给学生们认真阅读,待实验完成后,根据文献所述的研究对象和研究目的书写一个完整的实验方案。这种方式能较好地激发学生的研究兴趣,锻炼学生的科研能力,也是拓展式实验教学法的一种方式。
(二)开放式实验教学法。该方法最重要的特点在于“开放性”,即没有确定的标准答案,只要能达到实验目的,学生可以自主选择实验工具和方法。该方法与当下常规的实验教学模式形成鲜明的对比,能有效地克服学生的思维惰性,促使学生全身心参与到实验中。学生在收到实验题目后,可以充分运用所学知识设计实验方案解决问题。同时鼓励学生充分发挥创造性思维,可以不按常规的思路设计实验方案,只要方案能执行且能达到题目所要求的目的。在这个过程中,教师需要把握题目的设计,应该难度适中,且实验室能提供足够的条件让学生完成题目设定的任务。同时,教师应对学生设计的实验方案把关,一方面不轻易扼杀学生的创新思维,另一方面对明显不合理的设计方案应该与学生充分讨论,并指导其把握科学合理设计实验方案的基本原则。实验方案获得认可后,教师仍应观察和指导学生的执行过程,及时帮助学生解决实验过程中可能出现的问题,增强学生的自信心。例如,笔者曾与同事一起设计了一道开放性实验题目:给学生提供一系列无色透明的液体,学生可以从中任选两种。然后教师告知学生两种液体的名字,要求学生利用物理化学的方法将二者鉴别出来,要求设计实验方案并在实验室操作和完成实验报告。实践表明,学生的思维发散度较高,即使某些学生抽到的题目一样,但提出的实验方案大多不尽相同,简单的可能通过比较溶解度、密度等;难度大一点的可能需要测沸点、测光谱等。我们认为此类题目比较能激发学生的学习兴趣,对提高学生的学习主动性,强化学生动手能力和思维能力有较大的帮助。
(三)探究式试验教学法。探究式试验教学法以激发学生分析问题和解决问题的积极性,锻炼学生的科研能力为目标,其难度和深度较拓展式实验教学法更大。该方法是将科学研究的过程融入实验教学中,使学生在完成实验的过程中亲身感受科学研究的思想和方法。毕竟基础化学实验有时间、场地及条件的限制,且参与者的基础知识和技能有限,其目的更侧重于训练学生,因此不能完全照搬科学研究的模式,应该将研究内容适当简化,理论深度应适度,而且要注重可操作性和直观性。为了达到综合训练的目的,教师对选题和内容设定要有较强的把控能力。课题可以从教师承担的科研课题中分化出来,也可以根据教师的研究兴趣或者所在单位的研究特色设定。确定课题后,教师事先设分解研究任务,将班上学生分组,每组承担不同的研究内容,并由学生制定实验方案并交任课教师审定。然后每组学生独立完成实验,并形成实验报告。最终将全班实验报告综合形成一份较完整的研究报告,教师全程参与学生的实验和研究过程,并给予实时的指导。例如,设计一个超级电容器制备及电化学性能测试的实验内容,根据所采用的电极材料和制备方法将学生分组,完成实验后综合各组实验结果,分析电极材料和制备方法对其电化学性能的影响,形成研究报告。这种方式虽然时间、精力和物力消耗都比较大,但可以克服教师的思维惰性,激发教师的教学积极性和创造性。同时学生的参与度高,所需运用的知识灵活度较大,不会给人枯燥乏味的感觉,学生在实验过程中能力的锻炼比较全面,且有利于培养其创新意识。
三结语
物理化学实验具有训练学生综合能力,培养思维能力和创新意识,并在基础课程与专业课程间承上启下等作用,因此物理化学实验在化学化工类专业本科教学体系中具有不可替代的地位和作用。由于某些主观和客观的原因,当前的物理化学实验教学还面临着诸多问题。本文主要从教学改革的角度,提出了笔者针对当前问题的解决思路。但教学改革不是一项简单、孤立的工作,它还涉及到教学理论和实践的多个层面。且当今科学技术进步迅速,物理化学实验教学工作也应该保持与时俱进。教学有法,但无定法,各位同行对相关问题也有许多独到的思考和富有成效的尝试。本文希望能抛砖引玉,愿与同行共同探讨促进物理化学实验教学改进的新思路、新方法。与同行一道因势利导,结合教学内容和学生实际情况因材施教,培养应用型、创新型人才。
参考文献
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[2]武丽艳,尚贞锋.大学物理化学实验立足于创新人才培养的教学改革[J].实验室科学,20xx,(2):32-34.
[3]王祥洪,胡武洪,秦宗会.大学物理化学实验救学改革探讨[J].科技创新导报,20xx,6(2):38
[4]邓立志,侯安新,席美云.关于物理化学实验教学改革的几点思考[J].大学化学,20xx,21(4):25-27.
[5]刘永梅,张晋芬,戴维林,等.新形势下物理化学实验内容的设计与思考[J].中国大学教学,20xx,(10).
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作为一个从事基础教学已经有近二十年的教师,本人近年来教学领域内也取得了一些成果。
回想起来,这些都与各级党政领导和前辈老师们多年来对我的教育、关心、鼓励和帮助是分不开的。
怀着一颗感恩的心,我非常愿意借此和老师们共同交流一下从事基础教学的一些感想和体会。
在我的心目中,要成为一个优秀的基础课教师,需要达到三个境界。
第一是态度,就是要重视和享受教学。
重视教学我们讲得多了,什么是享受教学呢?这些年,我每年都承担了比较繁重的基础课教学,应该说也花去了不少的时间。
有不少老师都曾经好心的劝过我,我自己有时也在想,是不是不要上那么多课了。
但每到学年排课的时候,我还是会忍不住冲动,主动提出承担基础课的任务。
这是什么道理呢?我后来自己发现,其实在我心底,并不仅仅是把教学看作一种义务和责任,而是在履行这个义务和责任的同时,我其实也很享受自己的教学过程。
每当我看到课堂上学生那种专注的`眼神、听到会心的笑声、得到学生高度评价的反馈的时候,我有一种非常强的成就感。
所以,米卢提出快乐足球,我觉得我们从事教学的,也应该懂得享受教学。
这是第一个境界。
第二个是能力,这是讲的能力是指教学能力。
大家知道现在的教师学历越来越高,学术水平也应该说是越来越高,但有时候学历和学术水平并不完全等同于教学水平。
这是因为教学尤其是基础课教学是自成一个体系的,它有自身的规律。
当然体现教学能力是多方面的,但我认为其中有一点,可能是最重要的,就是我们在教学中能不能讲出自己的学术思想。
大学的教学与中小学的教学有一个本质的区别,就是大学的教学始终是以学术为主的,即便基础课也不例外。
但学术不仅仅是教材上的刚刚条条。
如果我们讲出来的东西,仅仅是书本上写的那点点东西的话,学生不会自己看吗?还要老师做什么?学生坐在那里最想听的,其实还是老师自己的理解、自己的观点、自己的思想。
所以,杨振宁说:“要教有血有肉的物理学,不要教骷髅式的物理学。
当然我们会问,那么血肉从哪里来呢?我觉得要有两个前提:首先就是教师本身要具备相应的学术修养,此外还要投入大量的时间和精力钻研教学,而且还需要有一定的时间积累。
这是第二个境界。
第三是魅力,就是个人魅力。
个人魅力我们过去很少讲,但它是存在的。
什么是个人魅力呢?举个例子,比如有一段相声,台词都写好了,甚至可以在网上贴出来。
可是如果让我们这些人来讲,和让冯巩来讲,效果是完全不一样的,这就是所谓个人魅力。
过去我不懂,我以为老师把该讲的讲清楚就可以了。
后来我才逐渐意识到,个人魅力其实是课堂教学艺术性非常重要的一环。
那么如何提高个人魅力呢?这里面涉及的因素很多,其中有一点,也是我认为可能是最重要的一点,那就是幽默感。
我接触过很多大学老师,绝大部分都是有幽默感的,但可能很多人并没有意识到有必要把这种幽默感带到课堂上。
他们只是在课后幽默,到了课堂上就换了一付面孔了。
我的经验是,课堂上适当的幽默感,有助于提升教师的个人魅力。
所以我有一个很私人的评价一堂课好坏的标准,那就是这堂课有没有一点笑声,如果一堂课从头到尾没有一点笑声,哪怕再精彩,我也认为还是欠缺了一点。
这是第三个境界。
当我们能够做到重视和享受教学的时候,学生给我们的评价就是“你是一个认真负责的好老师”;当我们能够讲出自己的学术思想的时候,学生给我们的评价是“跟着您能学到很多东西”;而当我们同时具备了个人魅力的时候,学生给我们的评价就会是“听您的课,真是一种享受”。
虽然我自己三种评价都已经得到过了,但我深深的知道,在教学的领域中,永远只有更好,没有最好。
我愿意在我一生教学的职业生涯中,朝着优秀教师的三重境界,不断地努力,以便能够做得更好。
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一、网络教学平台的开发
由于学校BBS网络教学平台的运行受阻,经同学们提议建立了“11数学精英”“12化学”两个QQ群。学期初我们就发现,学生对老师的教学进程、教案感兴趣,问及原因是他们想了解总体的教学内容和老师讲解的重点。大学物理课程因其悠久的历史积累了大量的教学资料,其中有各种版本的教学课件、教材和学习指导书。利用群共享空间笔者将教学课件、不同教材特点说明、指导书名录、章节总结、课后补充习题及时上传,学生课后下载,既免去了课上听讲时的忙乱和应接不暇,又可以比较完整的了解教学要求,在思考和分析解决问题的过程中得到启发。学生反映,这样的方式有利于课后的自学。网络也为课后的答疑和讨论开辟了新的通道,学生学习、作业中的问题,及时提问,教师可以及时回答。学生的问题正好为教师了解教学效果及存在问题提供了及时反馈。实践表明网络教学资源的极大丰富使得教学形式更为生动形象,有助于提高教学效率。网络联系的密切使得师生间的交流从课上拓展到课外,增加互动环节,对于教师及时掌握学生动态,解决存在的问题,改进课堂教学的方法,科学评价教学效果,提高教学效率和质量,起到了良好的反馈和指导作用。
二、小组学习机制的引入
学生之间由于彼此知识的差异、自身原有知识与当前学习知识间的差异,在学习和对话过程中会产生不同的观点,激起认知上的不平衡。在以理解和达成一致为目标的交互式教学中,学生之间通过对话,彼此对比认知结构的不同,产生认知结构的同化和顺应。教师作为主导者,在合适的教学内容和恰当的时机里,发挥小组合作学习的优势,调动学生自主研究、合作讨论的积极性。在这个试图达成意义一致的过程中,理解的责任为小组成员所分担,减轻认知能力差距带来的压力,为小组成员提供情感支持。作为小组对话的领导者,教师针对学生已有水平提出适当的问题,在其产生困难的地方提供纠正和引导,使学生逐步掌握学习内容。例如,每一章内容的归纳总结,重点习题的分析,以往都是教师讲,学生听,即使内容准确、逻辑严谨、认证和分析顺理成章,但多数学生依然是忙于记录,来不及思考,很难留下深刻的印象。现在,我们在学期初就对学生明确提出要求,在学习的每个阶段练习总结归纳。各章结束时,每个人各自完成自己的小结,在小组讨论的基础上,由一位学生代表小组发言,表达对重要知识点、问题分析的理解,其他同学共同参与讨论。这种小组合作的讨论方式尽可能地使全班学生参与进来。代表小组的发言者肩负着责任,能够更加认真地准备讲解,这对学生自身素质的提高起到了极大的促进作用。
三、课堂交互式教学的探索
改变以往课堂教学仅局限于课堂上单一讲授或仅采用PPT的教学模式,是我们的探索初衷之一。在明确课堂教学目标基础上,根据具体课题设计一系列相对独立而又彼此关联的问题,层层递进,相互渗透;学生在问题的引导和教师的指导下,借助于情境中的各种物理图像去发现问题,形成问题,并解决问题,进行知识意义构建,这样的课堂教学模式是我们的追求。在一些具体课题的教学中,我们做了这样的尝试。例如,交流电的产生讲授:问题1:是不是所有导体通电后在磁场中一定会受到力的作用?交流讨论:通电,垂直于磁场的金属杆运动,说明受力;改变电流方向或改变磁场方向,可以使运动反向。但其平行磁场时不受力。问题2:磁场对通电矩形线圈如何作用?分析:安培力对线圈各边分别作用,合力矩使线圈转动。问题3:过了中性面后,如何使线圈继续旋转?讨论:改变磁场方向或改变电流方向。在两种方式中,改变电流的方向容易些。问题4:怎样才能使线圈刚转过平衡位置就及时改变电流方向?分析讨论:用两个半圆铝(铜)环构成换向器,两个半环分别接线圈的两端,两个电刷接电源的两端。课前将问题布置给学生,学生们自己查找相关资料,经学习小组充分讨论形成结论,课堂上,小组代表发言,同学补充,教师总结,使得这一知识得以顺利掌握。在这个环节,问题的设计是关键,学生有兴趣有疑问才有继续探索的热情。如果问题本身毫无新意或超过学生现有认知水平和分析能力,结果必然或是不屑一顾或是知难而退。因此,教师的备课首先关注的是如何将教学内容转化为恰当问题的提出与学生的响应预测。学生从最初的被动听讲、忙于笔记到逐渐适应问题的逐步分析,主动思考的积极性有所提高。课堂教学课时有限,在课堂教学中开展专题讨论,必然要占用一定的时间。如何在不影响教学目标完成的前提下,使得这一教学方式得到有效的实施,的确是一个实际问题。我们的对策是课堂精讲,把一些易学易懂的问题和思考题,放到课后的自学点拨中。比如每一章的阶段总结和习题课,我们是在指导学生总结和典型习题分析的基础上,及时做出点评,强调或纠正其中的.问题,教师的归纳总结和补充练习则放在课后教学文件的传输中。
四、交互式教学模式的效果
参与我们实践的11级数学专业和12级化学专业教学班的学生们在这样的学习过程中感到大有收获,看到了自己的进步,学习的热情高涨,形成了共同学习,共同探讨,互帮互学,共同进步的学习气氛。这是让我们最为高兴和期待的。大学物理教学班期末考试结果如表1所示。表1 交互式教学模式下考试结果2012—2013学年第二学期2013—2014第一学期大学物理2-1大学物理2-2全校平均及格率56.8%全校平均及格率65.3%教学班及格率82.8%教学班及格率98.7%教学班平均分71.0教学班平均分83.4特别是经过第一学期的适应、磨合后,在第二学期的期末物理2-2考试中,11数学、12化学两班及格率分别达到了100%和97.3%,平均分分别达到了84.7和82.0分。整个教学班的成绩居全校第一名。
五、结论
经过一年的研究和实践,对于所尝试的大学物理教学中交互式教学模式,初步形成了如下认识:交互式教学作为支架式教学的有效手段,更加丰富了大学物理教学。交互式教学将教学环境、教学资源、教学主体有机结合,形成三者之间的良性循环。三者之间的交互使教师能更好的掌握学生的学习动态与学习短板,管理者可以为学生与教师提供更好的学习环境和学习氛围,学生可以更合理掌握知识、应用知识从而协同完成知识的获取与创新。
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[关键词]大学物理实验;虚拟仿真;教学方式
一、引言
大学物理实验是学生进入大学最先接触的实验学科,该学科覆盖面广,涉及力、热、光、电和原子物理等方面。这门课程主要培养学生的动手能力和科学素养,是学生今后做其他实验实训的基础,因此这门课程显得尤为重要。但是在以往传统实验教学过程中,特别是根据我校实验室的具体情况,实验效果不是特别理想。不过随着科学技术的迅猛发展,低投入、周期短、效果佳、开放式的虚拟仿真技术正逐步为各大高校所使用。虚拟仿真技术和传统的大学物理实验相结合,必将改变现有的教学面貌,改善教学效果和提升教学质量。
二、大学物理实验教学现状
(一)学生底子薄,动手能力差。新建本科院校所招收的学生文化课基础薄弱,在高中阶段基本没独立做过什么实验,并且大学物理实验理论性较强,因此学生动手能力较差,学习兴趣不高。(二)用房面积小,经费投入少。我校大学物理实验室共有十个房间,占地面积约800平方米,而我校每学年要开设二十个实验项目,这就要求实验教师不停地更换摆放实验仪器,况且在挪动仪器的过程中,难免会对仪器造成损坏。此外,学校对新仪器的采购经费和仪器维修经费的投入少之又少,重视程度不够。(三)专职实验教师人才稀缺。实验教学的主要力量就是专职实验教师,我校现有大学物理专职实验教师三人,人数较少,无法承担全部的实验教学任务,迫使聘请其他专业的教师兼职实验教学。这就导致了实验仪器设备维护、实验室卫生工作过程中的欠缺,实验教学效果欠佳。(四)实验仪器陈旧,实验内容笼统。大学物理实验仪器大多数是20xx年以前采购的,仪器经过多年的使用过于老旧,而且极易受损。实验项目也大都趋向于验证性的实验,缺少设计性和综合性的实验项目,与先进的科学技术和实际应用脱轨。对培养学生的科学素养和动手能力作用甚微,导致学生学习的积极性和主动性下降[1]。
三、虚拟仿真实验教学分析
虚拟仿真实验教学突破传统的大学物理实验教学模式,以先进的科学技术为基础,利用网络信息技术、图像处理技术、计算技术和多媒体技术进行虚拟实验和远程实验,对传统实验现状所暴露的弊端进行弥补。虚拟仿真和传统大学物理实验有机地结合,能够激发学生学习的兴趣,提高实验教学效果。
(一)虚拟仿真实验教学简介。虚拟仿真实验教学是新型的实验教学模式,是高校学生自主学习的一个平台。传统实验教学的实验项目均可以与虚拟仿真相结合,构建开放式的实验课程体系。学生可以不用进入实验室,通过校园局域网查询到所做实验的实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容及步骤、数据处理等相关信息,进行较好的实验预习工作,然后通过虚拟仿真系统提供的'虚拟仪器进行仿真实验,最后系统会对你本次虚拟仿真实验给出一个公正的成绩评价。虚拟仿真实验系统所提供的课前预习、仿真实验和成绩评定加深了学生对知识的印象,提高了学生的实验兴趣,同时对实验仪器设备的维护工作提供了帮助。
(二)虚拟仿真实验的优势。1.虚拟仿真实验克服了实验仪器不足和损耗的难题,节约了大量的仪器采购经费和维修经费,并且虚拟仿真实验可以重复进行,而且能够根据时代的发展逐步进行更新,选取与生产实际相关的先进的综合性和设计性实验[2]。2.虚拟仿真实验具有高度的开放性,学生可以不受时间和空间的限制随时进行访问学习,学生可以去完成系统当中现有的验证性实验,也可以自行去设计实验。通过系统模拟出真实的实验环境,有助于学生创造力和想象力的开发[3]。3.虚拟仿真系统对日常教学实行网络化管理,教师可以通过系统查询学生的选课情况、预习情况、实验操作情况,也可以查询各个教师的工作量和学生完成的所有实验项目成绩。虚拟仿真大大提高了工作效率,有效缓解了教师的压力,有利于实验教学的良好有序进行。
四、结语
随着科学技术的快速发展,虚拟仿真实验逐步被人们所重视,越来越多地被应用到实验教学中。高校应根据学校自身和学生特点,分专业、分层次地将虚拟仿真和传统大学物理实验有机结合,进一步培养学生的动手能力、创新精神和科学素养,从而提高实验教学质量。
参考文献:
[1]韦维,张霆,罗乐,等.工科大学物理实验教学现状与改革探索[J].物理通报,20xx,36(12):6-9.
[2]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的作用[J].合肥学院学报,20xx,18(3):79-82.
[3]李宁,杨坤,史芹.大学物理虚拟仿真实验开放式教学初步探索与实践[J].教育现代化,20xx(40):118-119.
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一、主要内容
《大学物理》是理工科各专业的一门重要必修基础课,其内容和思想对后继课程的学习和科学素质的培养都具有深远而持久影响。近年来,我们以现代教育理念为指导,针对我校“应用型人才”的培养定位,结合新的课程基本要求,对大学物理课程的现代化建设进行了深入的研究与实践,修订了《大学物理》教学大纲,进行了课程体系的研究与改革,整合教学内容,注重教学方法和教学手段的研究与改革,探索现代多媒体辅助教学技术与传统板书、版画以及教师言传身教的有机结合,加强教学辅导,建立了《大学物理》教学辅导网站,拓展了师生间沟通和交流的渠道。为我校大学物理课程的现代化建设,全面提高大学物理的教学质量,作了有意义的工作,取得了一定的成果。
1、教育理念的现代化
提出了在加强“三基”教学的基础上,必须强化学生创新意识、创新思维和创新能力培养的教学理念。教师教学思想观念实现了三个转变:①由教学向教育转变;②由知识传授为主导向传授、探究知识和培养学习方法并重的转变;③由单纯的课堂教学向全方位服务学生转变。
2、教学内容的现代化
合理选择教学内容,注重物理经典理论的整体性与日新月异现代科技的合理取舍,精讲经典物理学内容,强化近代物理基础,充实物理学在现代工程技术中的应用。实现经典物理的系统性与近代、现代物理内容的融会与整合,经典重在讲方法,近代、现代重在讲思想。在夯实物理学基础知识的同时,注重物理知识的实时拓展与更新。例如:在力学中讨论了同步卫星及其姿态的稳定性、潮汐力;在光学中介绍了全息照相,在电磁学中讲了磁悬浮列车的原理等,这些内容既扩大了知识面,又很有趣味,有利于说明理论的威力和提高学生学习物理的积极性。
把“现代数字物理”引进课堂教学,充分利用现代计算软件的数值计算和其它功能,将物理教学过程中的针对理想模型的讨论的结果推广到实际问题中,从而达到解决实际工程中的物理问题。如力学中
有阻尼的大摆角振动,热学中麦克斯韦速率分布和速度分布函数,电磁学中任意带电体的电场线和等势面的模拟,光学中透镜光具组的光学设计等。
3、教学过程、方法和手段的现代化
(1)、创建积极引导的课堂教学模式
注重教学过程的互动,改进现行以传授知识为主的教学模式,教师课堂教学重点讲思路、讲方法、引问题、重讨论,改变单一的以讲知识为主,向重知识、重思想、重方法三者并重方面转变。重视知识的发现与探究过程,揭示物理学的研究方法和手段,注重能力和素质的培养,实现其自主学习。
(2)、重视物理演示实验和仿真实验的作用
在教学过程中通过观看演示实验来学习物理是一条正确的途径,我们已经建成近50个典型物理现象的演示实验室和仿真实验室。其演示实验可以做到课堂演示与演示厅演示、演示与展示、教师演示与学生动手、传统演示与多媒体演示相结合。
(3)、创建多方位的课外作业、辅导和成绩评定方式
除常规作业和辅导外,已建成比较完善的网上作业和教学辅导系统(教学基本要求、重点、难点、典型例题与疑难问题解答等),丰富了学生的第二课堂。成绩评定采取了由平时作业(含网上作业)、课堂讨论、小论文、期中考试、期末考试等综合确定。
(4)、教学方法与手段的现代化
进行了教学方法和教学手段的探索与更新,充分利用现代多媒体技术的直观性与动感性,更加科学、合理地使用多媒体辅助教学,实现教学互动,探索教师“言传身教”的感染力与现代多媒体辅助教学的有机结合,充分利用各自的.优势,合理取舍、取长补短,实现优化整合。为此有计划的收集、购买、制作了大量的素材和多媒体课件,并实现共享;另一方面有针对性的组织专题讲座和辅导班,对教师进行多媒体制作培训,提高教师的多媒体制作的整体水平,如刘涛老师在学校第六届教师教学比赛暨第三届多媒体教学比赛夺得教学比赛第2名和多媒体比赛第1名的好成绩。
二、主要成果
1、我们以现代教育理念为指导,针对我校“应
用型人才”的培养定位,结合新的课程基本要求,对大学物理课程的现代化建设进行了深入的研究与实践,修订了《大学物理》教学大纲,同时编写了(1)大学物理考试大纲,(2)大学物理讲授提纲,(3)大学物理指导教案。还编写网络版“大学物理自学辅导书”一本
2、建立了大学物理网上学习系统。
3、在各级教育教学期刊上发表教学研究论文二十余篇,其中在物理教育界具有较大影响的《大学物理》上教学研究论文六篇。
4、完成大学物理教学课堂录像。
5、成功申报多项教改项目:
(1):省教育厅重点教改项目1项:“面向创新型人才培养模式下的大学物理课程体系研究”。
(2):校级校改项目2项:“创新型人才培养模式下的大学物理课程体系的实践”和“大学物理课程网上作业及评阅系统建设”
(3):校级教材“大学物理学自学辅导”教材的编写
三.创新点
(1)教学内容的现代化
做到精讲经典、加强现代、强化应用、开拓视野,结合基础课程教学,介绍现代高新科技成果的创新思维及其应用。把数值物理引进课堂教学,解决工程实际问题。
(2)教学方法的现代化
改变单一的以知识传授为主,向讲知识、讲思想、讲方法三者并重方面转变。
改变单纯以教师讲授为主的课堂教学模式,增加研究性学习模式。授之工具、传之方法,加大在教师指导下学生自主与研究式学习。
(3)教学手段的现代化
将课堂教学与网络教学有机统一起来,将课堂延伸到课外、延伸到演示实验室、仿真实验室,自主开发“大学物理网上学习系统”,自主研制部分仿真实验软件。
四、应用情况
20xx年《大学物理》课程确定为校级“品牌课程”,20xx确定为“省级精品课程”建设。在20xx年,教改项目“大学物理课程教学中加强素质教育和培养创新意识的研究与实践”被批准为“四川省教学改革重点项目”。伴随着大学物理现代化建设的逐步深入开展,其教改成果已在不断地推广和应用。
(1)大学物理现代化建设进程
20xx年——至今:全体大学物理教师在全校“大学物理”课堂教学从使用多媒体课件教学。
20xx年——至今:开通“大学物理教学网站”,网站内容不断更新,点击率3万余次,包括了大学物理中的非常多的教学资源,全体大学物理教师通过其中的“师生面对面”与学生及时交流,回答学生的学习问题。
20xx年——至今:在“大学物理教学网站”下,开通“大学物理网上学习系统”,其内容及其丰富,大学物理各个教学环节的内容学生都能从学习系统中详细查阅,是学生学习的好帮手。
20xx年起,大学物理教研室着手认真研究大学物理内容的现代化问题,做到精讲经典、加强现代、强化应用、开拓视野,结合基础课程教学,介绍现代高新科技成果的创新思维及其应用。
20xx年——至今,大学物理课程的现代化建设又实施了新举措,大学物理演示实验室和仿真实验室在全校范围内向学生开放,任课教师既可在演示实验室和仿真实验室给学生分析有趣的物理现象,又可将演示内容录制下来,在课堂教学中进一步深入分析。
(2)发表论文
近三年在物理学教育研究类杂志《大学物理》、《物理与工程》等刊物;在全国实验教学和实验室类杂志《大学物理实验》和《实验科学与技术》等刊物上发表教学研究论文,通过这些刊物,我们的教学改革思想和改革成果向全国辐射。
(3)举办会议
20xx年7月,理学院成功地举办了“四川省物理学会“20xx---国际物理年”学术年会;四川省、重庆市实验物理专委会20xx学术年会;西南地区高校教研协作组实验物理20xx学术年会”,与会者一致对理学院院的大学物理及实验教学改革和创新人才培养给予了充分肯定,这说明理学院在大学物理教学改革、创新人才培养、实验教学等方面在西南地区高校中有较大的影响力。另外我们的教学研究和改革成果在20xx年,20xx年全国“大学物理课程报告论坛”上与全国各高校的物理同仁共同交流,得到他们的一致肯定。
(4)学生评价
大学物理课程的课堂教学质量得到学生的广泛好评,在最近3年的学生网络评教中,整个大学物理教研组全体教师的评价优良率几乎都在90%以上,大学物理教研室教师多次获得学校和学院组织的各项教学比赛中一、二、三等奖。
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一、大学物理实验课程存在的问题
1.教学模式单一,教材格式固定,不利于学生动手能力、思维创新能力的培养。
在我校,一次实验用2学时,在这段时间内无法完成熟悉实验、获得数据、处理数据并完成实验报告一系列动作。因而我们采取学生课前预习熟悉实验、课上操作获得数据、课后处理数据完成实验报告的教学模式。这种教学模式虽然保证了人身安全、仪器安全和实验成功,但在很大程度上也限制了学生的思维,只让学生明白了如此做,却不明白为何如此做。在数据处理过程中,学生只需要抄写教材中数据记录与数据处理内容,并填写空格部分就大功告成,长期使用这种教材,只会让学生机械地完成实验,各位同学书写的实验报告格式统一,教师批改方便,但没有给学生独立思考的空间,学生的思维能力得不到开发,更别提学生创新能力的培养。
2.师资力量薄弱,考核方式简单,难以做到绝对公平。
我们把一班学生按仪器套数分成若干小组,每个小组有两到三名成员。因而一小部分有等靠心理的学生课堂上懒于动手实验,抄袭同组成员的数据;也有个别小组由于各种原因课堂上没有得到实验数据或实验数据不太理想,而抄袭他组成员数据,造成一组数据多人使用。期末考试主要测试本学期用到的数据处理方法及做过的几个实验,学生在知道考试内容的情况下,短期内就能做好考试准备并取得不错的成绩。实验教师在授课班级较多时,难以关注到每一位学生的表现,对一贯踏实勤奋的学生和平时抄袭、期末投机取巧的学生都以实验报告和期末考试成绩作为本门课程的评定依据就有失公平。
二、大学物理实验教学改革的探讨
1.更新教育观念,调整课程内容。
物理学是一门以实验为基础的科学,任何物理理论都是进行大量的实验后,通过对实验现象的分析、总结得到的,并通过后继的实验对物理理论进行检验,从而进一步完善物理理论,使其更接近于真理。大学物理实验课是大学生接受的第一门注重理论与实践相结合的课程,是进行后继科学研究的基础。因而,教师和学生从思想上和教与学的过程中都要认识到实验课的重要性,认识到实验课是一门独立的课程,是与理论课相辅相成、共同发展的,而绝不是理论课的附属品。应把教学内容的重点放在激发学生学习的积极性、培养学生的创新性上。物理实验课要与现代科学技术接轨,就要在保留经典实验的同时不断更新教学内容,这就要求学校教学平台不断改进完善、软硬件设施不断更新。
2.改革教学模式。
灌输式教学让该课程毫无兴趣可言,也使其失去了原有的教育教学作用。因而,实验教师需要在教学方法、所选教材等各方面进行不断革新,让学生上课时有新鲜感,增加学习兴趣,进而锻炼学生的思考能力;在教学的.各个环节保证以学生为中心,根据每个实验的特点,采用不同的教学方法,给学生一定的学习压力,促使学生变被动为主动,以调动学生学习的积极性,引导学生在预习、实验和数据处理的过程中发现问题、思考问题并解决问题;根据课程需要合理配置教学资源,把实验的主动权完全交给学生,满足学生的求知和探索欲望;适当调整所选教材,减少教材中实验内容、数据记录与处理等方面主观性较强的部分,让学生自行补充这些内容,以锻炼其逻辑思维能力;增加实验的历史、人物传记、实验产生的背景及演化等趣味性较强的知识作为补充内容,以期进一步提高学生学习兴趣,同时,让学生了解科学理论产生的过程,明白实验目的和意义。
3.开设综合性、设计性实验。
在教授基础实验课程时,要讲解实验原理、实验步骤、注意事项和数据记录与处理等内容,甚至还要从头到尾地演示一遍实验过程,造成了学生被动学习、不动脑筋。为了改变这种状况,参考其他理工科院校课程开设情况,在完成基础性物理实验的基础上,我们开设了综合性、设计性实验。与基础性实验相比,综合、设计性实验是较高层次的实验训练,是学生根据自己的专业特点和兴趣爱好等情况而选择的对某一方面的专题进行的实验。要求学生独立或在教师的指点下,根据学校现有的硬软件设计出合理、可行的实验方案,给出科学、可靠的实验内容与步骤,在保证安全的情况下独立完成实验操作,观察实验现象、记录并处理实验数据、分析实验过程中存在的问题,完成实验报告。综合性、设计性物理实验课程的开设,让我们把实验的主动权完全交给了学生,能激发学生的学习兴趣,促使学生综合运用所学知识,甚至激发学生通过各种渠道获得感兴趣的相关知识,不仅能拓宽学生知识面,还可以提高其实践能力、逻辑思维能力,并不断创新。
三、结语
大学物理实验是学生进入大学校门后接受的第一门系统而全面的理论与实践相结合的科学实验基础教育课程,是我们进行科学研究的基础。在新教育形势下,我们应对教学大纲进行改进,对教学方法进行创新,对教学内容进行调整,把实验的主动权交给学生,激发学生学习兴趣,促使学生把所学的理论知识用于实践,并在实践过程中发现问题、解决问题,并不断创新,进而使实验教学质量不断提高。
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【摘要】大学物理实验课程是理工科中的基础课程,通过这一课程可以让学生了解更多的物理现象,培养学生形成验证既成物理定律的辩证精神,可以对学生动手操作能力、分析、解决问题能力等进行培养和提升。高校办学规模不断扩大,在层次上也出现多元化,这就需要课程也要创新教学模式,采取多层次教学模式,本文分析了大学物理实验多层次教学模式。
【关键词】大学;物理实验;多层次;教学模式
大学物理实验是理工科学生必修课,通过实验可以让学生直观的观看和感受物理现象、知识等,可以帮助学生更好的理解知识,提高学生对知识的应用能力,还可以培养学生的创新实践能力以及科学思维能力,促进学生更好的发展。
1.大学物理实验多层次教学模式含义和作用
多分次教学方法就是根据学生的专业、物理基础知识、类型、基本技能掌握等情况,对学生设置相应的教学目标、内容、学习要求、检测方式等,这些都是多层次的,让每个层次的学生都会在原有基础上得到发展和提高,学习和掌握其所在层次的知识以及技能,促进学生创新实践能力的培养。多层次教学就是从基础不断深入,从简单到复杂,也是从理论到实践。其主要包括四个层次教学,分别是讲解演示实验、基础验证试验、综合提高实验以及扩展设计实验,通过多层次教学方法,可以实现逐步推进,让学生的潜能得到有效的开发,促进学生综合素质的提升。该教学方法在对不同实验项目进行整合的基础上,可以细分教学设计,在整体上让教学中的每个环节是衔接的,实现环环相扣,逐渐推进,这样可以让原有教学仪器充分发挥出其作用,充分利用现有教学资源,对教学内容进行逐步扩充,让新知识与旧知识交替,确保教学过程的流畅性,可以有效改变重复教学和灌入式教育。该教学模式,因为是结合学生的实际情况进行设计的,如学生的原有物理知识水平、接受能力等,与学生水平相适应,因此可以有效调动学生的积极性和主动性,对学生的.创新思维能力进行有效培养和提升。
2.大学物理实验多层次教学模式的开展
依据学生的实际情况,设计不同层次的教学内容、目标等,每个实验层次在学时、难度、学生实践能力的要求方面也都不同。
2.1讲解演示实验
这是多层次物理实验教学中最基础的一个层次,实验也是需要基础理论作为支撑的,而讲解演示实验就起到这个作用[1]。在这一层次教学中,教师是课堂教学的主体,教学模式是传统模式,由教师先进行实验的讲解以及演示,教师给学生演示一些简单、有趣味性的物理现象,之后教授讲解、实验,学生观看和记忆实验过程,逐渐掌握相关的知识和技能,打好理论基础。
2.2基础验证试验
理论知识很重要,实验能力也很重要,对这一层次中的目的就是要培养学生的基础实验能力,在这一层次的实验中,主体是学生和教师,也会有内容需要使用传统教学模式,学生在知道实验原理以及仪器使用方法之后,还需要结合学习内容,在教师的指导下开展实验,去验证原理,培养学生的基本实验能力,为之后的实验操作能力奠定良好的基础。
2.3综合提高实验
学生在掌握了一定的理论知识以及操作能力基础上,就需要提升层次,进一步提升学生的实验能力。在这一层次教学中,主体更多的是学生,教学模式也有改变,教师要给学生创设让其自主进行实验的空间,在对学生理论知识以及操作能力进行巩固的基础上,培养和提高学生自己思考、操作实验、解决问题的综合能力,促进学生实验操作能力的进一步提升。
2.4拓展设计实验
在这一层次教学中,教师要做的就是给学生布置实验任务,其他的则需要学生自己完成。教师要让学生自己查找资料,并对有用的资料进行整合,明确实验原理,这一操作中要培养学生的信息收集和处理能力;让学生自己设计制定实验方案,是要培养他们的创新思维以及对科学技术的应用能力;让学生实际去组织开展实验过程,拓展设计实验需要学生多方面的能力,这样有利于开发他们的潜能,发挥他们的主动性和积极性[2]。综上所述,大学物理实验是理工科学生的一门重要必修课,教师要改变以往的实验教学模式,因材施教,采取多层次的教学模式教学,让每个层次的学生都能够有所提升,更好的掌握理论知识和实验技能。
参考文献:
[1]霍剑青,王晓蒲,汤家骏,等.分层次的物理实验教学研究[J].实验室研究与探索.20xx(4)
[2]梁丽.构建分层次实验教学体系培养创新型人才[J].实验室研究与探索.20xx(1)
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一、当前现状分析和存在问题
(1)实验课内容更新较慢,有些内容已经相当陈旧,在这个过程中学生缺乏思考,创造思维得不到发展,无法满足培养学生独立创新能力的需求;(2)教学方法相对单一,大多还是教师讲、学生听,老师演示、学生模仿的传统教学模式;(3)由于学生对物理实验的轻视,预习情况往往不理想,为了完成实验,教师只好给予更多的引导和示范,不利于学生独立操作能力的培养;(4)大学物理实验考核方式单一、过分强调结果的局限性使其在很多情况下不能合理反映学生真实的实验水平,很多学生为了追求一个较高的分数而修改、编造甚至抄袭实验结果,忽略了实验必须真实的科学精神;(5)学生网络预约后的实际上课率较差,经常出现学生未按照预约时间来进行实验的事件;(6)学校新的“721”培养模式实施后,各专业不同层次学生对实验项目、实验学时的需求将有较大差别,而实验资源有限,不能适应学生的需求。
二、改革思路
针对上面列出的一些现状和问题,可以尝试以下教学改革思路:
1.合理选择实验项目。
在开设一些基础性实验的基础上,可有意识地适当增加综合性实验的数目。另外,选择基础性实验项目时尽量回避与高中物理实验重叠,以避免学生对大学物理实验失去新鲜感,进而对其他项目失去兴趣。同时,还应该涵盖一定数目的设计性实验的项目,如“数字式温度计的设计”、“压力传感式电子秤的设计”等,每学期一至两个设计性实验比较合适。学有余力或者对大学物理实验有兴趣的学生在做完这些项目后可以去开放实验室选做实验。开放实验室应在指定时间段全天开放。这种探索性的实验主要用于提高学生学习的主动性和积极性,有利于发挥学生的创新思维能力和团队协作能力。开放实验室内的实验项目选择原则上应与当代科学发展有关的热点密切相关,为保持其先进性应定期更新。
2.教学方法尽量多样化。
将网络技术、多媒体技术引进实验室中,采用现代化多媒体手段来辅助大学物理实验课程教学,例如计算机仿真实验、开设演示实验室等,通过仿真模拟、多媒体的演示,既可以增加学生的学习积极性,又可以收到很好的教学效果。课堂教学时指导教师应以启发式指导为主,充分培养学生的独立操作能力。
3.预习方式多样化。
可以充分发挥网络的作用,将供选做的实验项目的演示视频放到相关网页上,作为学生的预习内容之一。也可以探索微信、飞信、微博等手机网络媒体手段,将其应用于预习或者答疑中。结合目前已经出版并被学生采用的.纸质大学物理实验报告册,变传统的平面的、纯抄写式的预习模式为多层次的多媒体的以启发式问题为主的预习模式。
4.实施科学的课程考核评价体系。
为了尽可能反映学生真实的实验水平,大学物理实验就必须突出动手操作的考核,动手操作能力分数应该至少占总成绩比例的40%。这个分数的来源可以考虑:在平时实验过程中,任课教师对每一个学生实验操作情况进行现场打分,给出平时操作分。同时,针对修改、编造甚至抄袭数据的行为则必须给予较严厉的扣分。
5.网络选课的到课率不高问题,可以在评分标准上给予干预。
预约后无故不来者可以扣掉一定的诚信分。另外撤销预约的截止时间可以设为网上预约时间的前一天,以避免学生的学习生活计划临时与预约时间冲突导致诚信分冤枉被扣。如实在是有特殊理由导致缺课者也需提供相关证明。6.针对不同专业不同层次学生,采取多目标培养模式[2]。多目标培养模式是指根据不同专业方向不同层次学生,实施不同的实验教学目标。比如针对土木或者机械专业的学生,我们会在实验课程中适当多开设一些与力学联系较为紧密的实验,化学或者生物专业的学生可以把热力学的实验项目设为必选项目,同时对实验数据的误差处理我们会要求更加严格一些。根据学生自身的专业方向和发展需要来选择实验项目,对学生后续课程的学习和进一步发展会非常有利。另外针对同专业较高层次(学有余力及创新型)的学生,则主要通过选做开放实验项目、参加物理实验竞赛选拔等方式培养其创新能力。选拔赛应尽可能吸纳更多学生参加,以增加更多学生对物理实验的兴趣。
三、结语
总之,和“721”人才培养模式相对应,结合网络选课、网络教学、手机网络应用,采用现代化的多媒体教学手段与传统的教学手段相结合,将大学物理实验教学分层次,分别在基础实验教学和创新型人才培养中采用不同的教学方式,培养不同的实验技能和科学思维水平,对应不同的教学方法将是新的教学改革中的主流思路。
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1高中物理新旧教材的比较
选作比较分析的新教材是《普通高中课程标准实验物理教科书》,此教材是20xx年人民教育出版社出版;旧教材是《全日制普通高级中学物理教科书(必修)》,此教材是经全国中小学教材审定委员会20xx年审查通过,人民教育出版社出版.
1.1整体结构
模块式的结构设计是高中物理课程变化最为突出的特点,新的高中物理课程由12个模块构成,其中物理l和物理2为共同必修模块,其他为选修模块.学生在学习2个共同必修模块后,可以在选修1、选修2和选修3系列中任选一个模块学习[6-9].
1.2教学内容
新教材较之旧教材主要有三方面的变化:(1)章节顺序不同.例如:旧教材第一册章节顺序是“力”、“直线运动”、“牛顿运动定律”、“物体的平衡”;而新教材必修一是“运动的描述”、“匀变速直线运动的研究”、“相互作用”、“牛顿运动定律”.这种顺序安排使学生感到困难的受力分析内容移到运动学之后,此时学生的学习能力已经有所提高,难度相对降低.(2)新教材按知识内容整合模块化.如旧教材第二册中的电磁场单独构成选修3-1、3-2模块;旧教材第二册分子热运动、能量守恒、固体、液体和汽体构成选修3-3模块;旧教材第二册中的动量守恒和第三册中的近代物理部分构成选修3-5模块;新教材把机械波由第二册移到选修3-4模块,并把几种形式相同而实质不同的波动——机械波、电磁波和光波进行类比,有利于学生加深对波的理解.(3)删旧增新.新教材在系统地介绍物理基本知识的同时,删减了一些“难、偏、旧”的知识,新加了与实际联系比较大的内容.如选修3-1中增加了“逻辑电路与自动控制”;选修3-2增加了“传感器及其应用”等.
1.3教学要求
高中实行学分制,选修内容不要求学生全部都进行学习.知识结构上以定性分析为主,定量分析为辅,省去复杂的公式推导和数学计算.如在选修3-3中,对理想气体状态方程也没有了定量计算;在选修3-5中,仅仅对动量和冲量有要求定量计算,其他内容都只是要求定性了解.新的高中物理课程在结构上更重视共同基础,同时体现课程的选择性,针对学生的兴趣与能力,设计供学生选择的选修模块,以满足学生的不同学习要求,促进学生自主学习,并对旧教材进行了删减.这些变化在一定程度上影响了物理知识的系统性和连续性,这直接导致了学生进入大学后在物理知识基础上存在差异,进而在大学物理教学过程中出现中学物理与大学物理知识衔接问题.如有关动量的内容从必修移到了选修模块3-5,没有选修3-5的学生就会觉得质点力学这部分内容比较难学[6-9].
2大学物理与高中物理知识点的比较与衔接处理
要做好大学物理与中学物理的顺利衔接,首先要了解中学物理教学内容和教学情况.哪些知识是要求学生熟练掌握的,而哪些内容只要求了解,以及大学中出现的知识点在中学学到了什么程度,尤其要正确处理好与高中物理的关系,使大学物理教学内容有适当的深广度,尽量避免内容的重复或知识跨度太大.
2.1针对高中“重复知识点”,提高教学内容起点,做到有继承有发扬
力学是大学新生入学后首先学习的内容,对于这部分内容,高中接触的知识点很多,如质点、参考系、加速度、牛顿定律、功、动能定理等;电磁学中,高中接触的知识点也很多,如电场强度、电势、磁感应强度、电磁感应等.对这些熟悉的知识点,要提高教学内容起点,重视物理学的思想、研究方法和基本精神[10-13].如对加速度的讲解,大学物理与中学物理是有区别的,中学教材加速度的定义为:tvaΔΔ=,加速度是矢量,在直线运动中,如果速度增加,加速度的方向与速度的方向相同;如果速度减小,加速度的方向与速度的方向相反.而大学教材中:质点在运动时,速度的大小和方向都可能变化,因此引入加速度这个物理量来描述速度的变化.质点在Δt时间内由A点运动到B点,速度由Av变为Bv,速度增量为BAΔv=vv,则质点的平均加速度定义为平均加速度只能粗略描述Δt时间内质点速度的变化情况,如同讨论速度时的情况类似,当把Δt→0时,平均加速度的极限值叫做瞬时加速度。加速度概念的讲解,大学与中学有较大的不同,微分极限思想的运用使概念的引入更严谨,这正是微分思想和极限思想的.精髓之处,通过微分极限思想顺理成章地将平均加速度迁移到简单的瞬时加速度,从而在思维上形成一个系统框架,就是如何将“平均”的问题迁移到“瞬时”的问题上.大学物理从质点运动学到刚体转动,从功到能,从电场到磁场,都要用到微分极限思想来定义物理量,所以要尽快地让学生理解和掌握微分思想.
2.2针对高中“未学知识点”,重在建立信心
对于高中物理未提及的知识点,在大学物理教学中,要结合学生的原有知识结构,在此基础上找到新旧知识间的联系,从而减少学生的畏惧心理,使学生建立学好大学知识的信心.由于选修3-5属于可选内容,对中学没有选修此内容的学生来说,开始学习刚体、角动量、角动量守恒等概念,一时难以适应,认为大学物理难学.因此,对这部分内容,大学物理课应该降低难度,可以通过增加演示实验、播放视频等教学方法,提高学生的学习兴趣,提高自主学习的能力.如在讲角动量守恒一节时,先播放一段花样滑冰运动员的视频,让学生观察滑冰运动员肢体的变化,并设置疑问,当讲解结束时引导学生解释这一现象.通过这一过程,不仅活跃了课堂气氛,也增加了学生的兴趣[14-15].高中物理与大学物理是先行课与后续课的关系,只有大学教学和中学教学加强了联系和沟通,做好衔接教育,才能使物理的教学更具现代化气息,更能理论联系到实际.大学物理教师要深入了解中学物理《新课标》的要求,在教学内容、教学方法和教学要求等方面做好衔接和发扬.
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1大学物理实验教学改革方案设计
为贯彻上述实验教学理念,我们物理实验室不断改革教学方案,并在本科教学过程中实践应用,效果较好。
1.1构建省内一流的多功能、多层次、开放型物理实验教学平台
物理实验室提出着力构建多功能、多层次、开放型物理实验教学大平台的建设思路,并将这一思想确定为物理实验室的建设目标。物理实验室不但要具有一流的师资队伍、一流的办学条件、一流的改革成果和一流的教学质量,同时还要高标准地建成多功能、多层次、开放型的实验教学大平台。该平台由“好奇心唤醒平台”、“实践素质与应用能力养成平台”、“应用创新与探索实践平台”三个功能目标清晰的实验平台组成。三个子平台分别发挥各自不同的作用,其中“好奇心唤醒平台”的功能是:激发学生对物理学的好奇心和兴趣,催生获取知识的原动力,深化理解物理思想和物理概念,为后续物理理论课与实验课的学习打下良好的基础。“实践素质与应用能力养成平台”的功能是:针对不同专业学生,通过不同实验及其在生产实践中不同的应用来培养学生掌握物理实验基本知识、基本方法和基本技能,提高发现、分析和解决问题的能力。作为实践素质与应用能力的养成环节,采取开放式的教学模式,为学生提供一个自由、自主、自觉学习的环境,培养学生的应用意识、应用精神和应用能力。“应用创新与探索实践平台”(针对相对较优秀的学生开设)的功能是:大力开展素质教育,开阔学生眼界和思路,提高学生对实验方法和技术的综合运用能力;同时培养学生们的竞争意识、合作与协作能力以及团队精神,为学生创新能力的培养提供强有力的支撑。
1.2循序渐进,构建“进阶”式教学体系
根据学生的认知特点和规律,按照综合交叉、有机结合、整体优化的原则,加强实验内容的综合性与设计性,进一步提高学生实践能力的培养,将过去的力、热、电、光、近代物理等实验整合为“基本测量实验”、“验证性”、“技术性”、“综合性”和“设计性”五种类型实验,形成从低到高、从基础到综合、从基本能力到综合能力培养逐级提高的“进阶”式实验教学体系。实验内容和难易程度“层次加深、步步登高”,使学生由浅入深、循序渐进,系统地掌握物理实验知识和技能。同时也为学生提供更多的学习机会,提供给学生足够多的、多方面的实验项目供学生进行自由选择,实验室开设了24个实验项目,一本和二本(A)学生可以根据兴趣从中选择20个,二本(B)学生选择12个。这种开放式实验模式激发了学生的学习兴趣,调动起学生学习物理实验的积极性,使学生的实验技能和工程实践能力得到进一步的锻炼与提高。通过一系列逻辑上严密、操作过程严谨、结果要求准确严格的技能培训物理实验项目,达到初步养成其科学素质的目的。
1.3注重经典与现代相结合,更新实验教学内容
在充实、改进原有实验项目的同时,淘汰一些操作简单、内容陈旧的实验项目,精选出一些物理基本概念、实验方法突出的典型实验项目。引入新技术和现代化实验手段拓展实验教学内容。如:液晶电光效应的研究、微波模拟光和X射线的特性、光纤位移传感器的原理与使用等应用到实验中,增加了物理实验的内涵,拓展了学生的视野。纳入一些具有时代气息的、与生产实践或科研密切相关的实验,增加设计性的实验内容,给学生留有较大想象与拓展空间。做到物理实验不仅在时间与空间上的开放,更重要是在实验内容上进行开放,充分体现开放式教学的灵活性、丰富性和拓展性。
1.4以培养高素质应用型人才为目标,大力推进应用型教学
高水平的实验研究始终是实验教学的有力支撑,是培养应用型人才的动力源泉。我们在教学中鼓励学生把学习与应用结合起来,在学习中应用、应用中学习,培养探索精神和创新精神。在实验教学中提出一些应用性的小题目供学生讨论和研究。例如:在“霍尔效应实验”中,提出如何将霍尔器件用于汽车里程计的.设计?在“声速测量”实验中,如何用声波测量距离和定位?在“光纤传感器实验中”,提出如何用光纤传感器测量压力、温度、杨氏模量和储油罐液面的高度等。其中有一些研究内容较深入的题目已获得学校的实验教学改革立项的资助。通过启发与引导,把应用型教学的思想贯穿各级物理实验教学的始终。
1.5建设网上物理实验虚拟环境,为学生提供现代实验教学手段
为了提高实验室的开放层次,扩大开放的覆盖面,利用网络资源优势,为学生提供更多的现代化实验教学手段,实验室建设了网上虚拟物理实验。利用flash软件实现真实实验的虚拟,学生可通过网络,进行远程操作,并完成相应的实验内容。这一实验环境的建设为学生提供了全新的实验教学模式,可帮助学生实验预习、自学和扩展知识面,深化理解物理知识,提高实验技能。
1.6设立应用创新实践课程,实行学生的“个性化”培养模式
为培养学生的创新与应用能力,给学生提供创新训练环境与条件,实验室除建有物理演示室、大学物理实验各室、自学室等基础实验室外,还建有大学生创新与应用实践平台,把选拔人才与培养人才紧密结合起来。宗旨是创立一个开放、流动、联合的创新和研究环境,选拔学有余力的优秀本科生以多种方式来实验室学习,加强学术交流,促进学科交叉,充分发挥学生的创造力和创新力,培养具有坚实的理论基础、较强的应用能力,并且具有一定创新意识、科学实践能力、科学观察力的全面发展的应用型人才[6]。“应用”是我校教学计划的重要组成部分,是学生获得驾驭知识的能力,培养创新意识和科学观察力,以及培养工程实践能力的实践性、综合性的重要教学环节。21世纪高校培养的学生既要有“知识”、有“能力”,更要有使知识和能力得到充分发挥的“素质”,只有把这三个方面有机地融合在一起,才能培养出应用型人才。
1.7区分不同层次学生考核重点,推行多元化考核方法
改革大学物理实验考核制度和考核方法,将一本、二本学生的考核重点区分开,根据不同层次的学生的学习水平分别制定,以利于提高学生在实践教学的主动性和自觉性。考核方法作为教学评价的重要手段,对学生学习和教师教学具有重要的指导作用。我们长期坚持、积极探索考试方法的改革,逐步建立了有利于提高学生参与实践教学的主动性和自觉性的、多元化实验考试模式,引导学生改进学习方法。
2结束语
这些年,我们秉承学校的“大德育、大工程、大实践”三大教育理念,坚持以培养“综合素质高、实践应用能力强”的高水平人才为目标,不断加强大学物理实验室建设,积极探索和尝试新的大学物理实验教学方案,并在平时的教学过程中实践应用,实验教学效果和教学质量有了显著提高。在以后的实验教学过程中,我们还将让学生积极主动地参与到实验教学和相关项目的研究过程中,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力和实践创新能力。
大学物理论文12
1、工科大学物理课程的地位和作用
20世纪后半叶,物理学在此前建立起来的狭义相对论、量子力学、量子电动力学、统计物理和许多重要物理实验基础上,以前所未有的速度发展着.许多物理学的分支学科,如原子、分子物理、原子核物理、固体物理、等离子体物理以及粒子物理等,都得到极大发展.与此同时,科学发展的另一个重要特征是学科间相互渗透和交叉综合.物理学和其他学科相互渗透,产生了一系列交叉学科和边缘学科,如化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理等等.物理学的新概念、新理论和新的实验方法向其他学科转移,促成各学科的发展并成为其组成部分.
20世纪后半叶,新技术特别是高新技术发展之快也是前所未有的高技术包含的科学知识高度密集,综合性极高,如红外和红外成像技术、激光技术、计算技术、信息技术、航天技术、生物技术等等,都无一例外地与物理学等学科的基本概念、基本理论和基本实验方法密切相关,其发展在很大程度上依赖包括物理学在内的各学科的发展.
现代军事科学技术的知识密集性、综合性极高,处于科学技术的前沿,近几年来的局部战争向人们展示,现代战争在相当大程度上是高新技术的较量.现代军事科学技术离不开物理学和物理学的新成就,如红外夜视、激光制导、激光雷达、三相弹等都与物理学原理和物理学实验技术密切相关.
这一切都表明,在科学技术发展的进程中,物理学不但在历史上曾经是处于主导地位的,在20世纪是处于主导地位的,而且毫无疑问,21世纪物理学在科学技术发展中也必将处于主导地位,它的作用将会更加突出.
大学物理课是一门重要基础课,它的作用一方面是为学生较系统地打好必要的物理基础,另一方面是使学生初步学习科学的思维方法和研究方法,这些都起着增强适应能力、开阔刘义洪盈赘大争物双教争敬沮思路、激发探索和创新精神、提高人才素质的重要作用.学好大学物理,不仅对学生在校学习十分重要,而且对学生毕业后的工作和在工作中进一步学习新理论、新知识、新技术、不断更新知识,都将发生深远的影响.物理课的这一作用,特别为许多专家、教授、高级工程技术专家所强调.
我国工科大学物理的学时一直少于理科.因此,目前实施的教学内容,主要是传统物理课内容在给定学时范围内一再精选后形成的总的来讲,工科大学生的物理基础较薄弱,物理知识面也较窄,特别是近代物理和现代工程技术有关的物理基础和现代工程技术方面的新知识更显薄弱.如我们的课程基本要求中没有物性学、分子、原子核、粒子等内容;没有偏振光干涉、核磁共振、穆斯堡尔效应等内容;量子物理、统计物理等近代物理基础的基本概念、基本理论和知识甚为薄弱.这些内容,工科一般专业在后续课中多不再涉及,而它们恰恰是当今学习新理论、新知识和新技术所要涉及的,有些甚至已成为当今高新技术的组成部分.在这个意义上讲,大学物理课内容“老的多、新的少”.因此,更新内容,加强现代物理和现代工程技术有关知识,特别是有关基础知识,是工科物理教学改革必须面向的首要问题.
2、工科物理课教学改革
工科大学物理课程的教学改革是很复杂的,也是很困难的,不可能一嗽而就.应该坚持以下原则:不应改变物理课作为基础课的地位和作用,应着力研究现代高级工程技术人才应具备什么样的物理基础;要重点研究如何处理好经典物理和近代物理及有关近代内容的关系;应在培养学生科学思维方法和分析问题、解决问题能力上加大力度,与研究教学内容改革的同时,还必须系统地研究教学方法、考试方法等教学环节的改革.
工科大学物理课内容改革的重点在于加强物理学基础(包括经典物理基础和近代物理基础),同时适当地介绍反映现代物理和现代工程技术的新知识,扩大学生的`知识面,在整个教学过程中提高学生分析及解决问题的能力和独立获取知识的能力.由于工科物理课程教学时数少,只靠课程内容和体系本身改革回旋余地小,改革要将课内课外、理论教学与实验教学、课与课间关系诸方面综合考虑.
(一)课程教学内容改革,应以物理课程教学基本要求为依据.在保证经典的前提下,进一步精选经典物理内容,突出教学内容及能力培养,避免过分强调系统性和严密性等,在整个经典物理教学过程中应贯彻加强近代思想;在近代物理基础的基本要求部分,加强量子力学和统计物理基础知识,以利于学生在校和离校后进一步学习新理论、新知识和新技术;加强现代工程技术物理基础专题,这部分内容应侧重物理原理,而不要停留在科普水平上,上述三部分内容的讲授学时,分别约占总学时的58%、27%和15%.
(二)开设物理类和技术类专题选修课(或讲座).物理类选修课:如现代物理导论、混沌、原子和分子物理、核物理、天体物理、等离子体物理、凝聚态物理、嫡和信息、傅里叶光学、非线性光学、非线性力学等、技术类选修课:如现代工程技术专题、激光技术、光散射技术、全息技术、穆斯堡尔谱学、核磁共振技术、薄膜技术、换能器、红外技术、低温和超导等.选修课应着重物理概念、物理思想和方法,不追求数学严密性,不过分强调系统性和完整性.
(三)教学手段改革是教学改革的重要组成部分.粉笔加教鞭不适应改革的需要已经成为人们的共识.近几年来,有许多院校在多媒体辅助教学上做了大量的工作.实践证明,把多媒体技术应用于教学可以改变信息的包装形式,在计算机上把图、文、声、像集成在一起,提高教学内容的表现力和感染力,能调动学生主动运用多种感观积极参与多媒体的活动,使学生由知识的被动接受转为主动发现.同时,这也为教学研究提供了有力工具,为教学的顺畅实施与高效提供了可靠的技术保障.在提高认识的基础上,加大这方面的资金投人,多媒体辅助教学必将成为21世纪教学手段的主体.而多媒体辅助教学软件也应向智能化方向发展.1997年n月6日,中国物理学会正式宣布中国物理教育网建立.这就为网上教学和科研提供了方便,物理教育工作者应充分利用这一有利条件,从网上获取信息服务于教学.名校、名师更应在网上传播自己的教法和经验,使大家受益.
3、教学过程中的一点尝试
物理学的迅速发展,不断在广度和深度上揭示物质结构和物质运动的普遍规律.在教学实践中,我以物理课程教学基本要求为依据,在保证经典的前提下,把现代物理专题中的部分内容穿插安排在授课之中,学生反映很好.如在讲完振动与波后,由单摆的线性振动自然地过渡到单摆的非线性振动,从而引出“棍沌”,接着向学生指出了普遍存在的混饨现象,并简要介绍了混沌理论的发展及意义、激发了学生浓厚的学习兴趣,另外,我还编制了部分多媒体辅助教学软件以用于教学.如在驻波一课中,用形象、直观的动画把驻波的成因生动有趣地展现在学生面前,提高了教学质量和时效.
大学物理论文13
探析多媒体技术应用于大学物理课堂教学的探索和体会论文
论文摘要:分析了大学物理课堂教学中多媒体技术的应用现状及不足,介绍了大连理工大学城市学院大学物理课堂教学过程中使用多媒体技术的一些探索和体会,在此基础上总结了关于大学物理课堂教学过程中使用多媒体技术的一些基本原则。
多媒体技术具有信息呈现形式多样化、形象化的特点,在课堂教学中使用多媒体会实现对学生的多感官刺激,容易激发学生的学习兴趣,有利于学生对知识的理解和记忆,因而,越来越多的院校和教师把多媒体技术引进了课堂。这种现象在各院校的大学物理课堂教学中尤为突出,有超过90%的大学物理教师在实际教学中都曾经或者正在使用多媒体教学。
一、大学物理课堂教学中使用多媒体技术的必要性
1.大学物理学科的性质及课堂教学特点使得多媒体技术的引入成为一种趋势
大学物理学科的教学内容理论性、逻辑性很强,要使学生对所学知识有清晰的认识,必须给学生一个鲜明的知识体系和框架,使他们从宏观上把握所学知识。如果采用传统的教学模式,由于教室黑板面积有限,要实现知识在黑板上保留的完整性则只有一种方案选择,那就是把字写小,而大学物理课基本上都是100多名学生的大课,如果字写小则不能保证所有的学生尤其是教室靠后部分学生看清黑板,这势必影响学生的学习效果。如果采用多媒体的投影,把内容的框架展现出来,与板书配合,则既能保证知识框架的清晰和完整,又能使学生看清内容。[1]
另外,大学物理的教学过程中常需要大量的理论推导和演算,这也需要大量的黑板空间,这同样涉及到黑板面积如何使用的问题,常常出现推导“用地”与内容保留“用地”相争的情况,这时,多媒体投影幕多出的这部分面积显得弥足珍贵。
再者,在大学物理教学过程中,经常需要作图。对于复杂的图形,即使是经验丰富的教师也不能保证一次就能画得成功。如果反复修改将耗费大量的时间,如果不修改,那么不标准的图形将会给学生误导。而如果采用多媒体呈现图形,则既能保证图形的清晰和规范,又能节省大量的课上作图时间,可谓两全其美。[2]尤其是对于动态变化的图形和物理过程,如果使用多媒体技术加以展示,将给学生一个深刻而清晰的印象,从而使问题得以简化,大大提高了课堂的教学效果。
2.一些院校的办学条件也决定了教学中要使用多媒体技术
我国的高等院校办学条件参差不齐,尤其是近年来新兴的200多所独立院校,由于办学条件的限制,基本上都没有充足的物理实验设备,甚至全套的物理演示实验设备也不具备。而物理是一门实验科学,实验环节的缺失将严重影响学生对理论知识的理解和掌握。因此,必须发挥多媒体技术的优势,把必要的'物理实验现象通过多媒体动画模拟或者实验录像、视频等方式展示给学生,用以弥补实验条件的不足,增强课堂教学的生动性。
正是基于以上诸多原因,多媒体技术越来越受到广大物理教师的青睐,多媒体技术全面走入课堂,更有甚者,部分院校在大学物理教学中已经完全不使用板书。然而,随着课堂中多媒体的使用越来越多,传统教学模式的板书使用越来越少,乃至不用,一些问题也逐渐暴露出来。
二、课堂教学中多媒体技术全面代替传统教学模式的弊端
首先,片面强调多媒体的使用已经严重限制了教师主导作用的发挥。事先做好的课件制约着教师的思路,教师变成了一个多媒体放映员和解说员,很难根据课堂实际情况调整内容顺序、节奏等,教师因材施教、因势施教的空间和余地越来越小,甚至消失。[3]另外,由于受到多媒体课件的制约,教师授课的激情也受到影响。[4]教师是课堂的灵魂,教师没了激情,课堂的感染力会下降,学生就容易产生倦怠情绪,甚至是反感情绪,这都将严重影响课堂教学效果。
其次,全多媒体的教学模式不利于学生对知识的整体性把握。教学内容如果全部都在多媒体上显示,一次课会有太多张的投影,每张投影停留的时间又太短,投影中的内容在学生头脑中形成的印象太浅,这不利于学生对知识整体框架的认识。另外,如果投影内容多了,学生便疲于记笔记,这种视觉和手指的疲劳很难让学生喜爱所学习的知识。[5]
可见,多媒体技术和传统教学模式各有优长,都是不可替代的。那么,如何正确使用多媒体技术值得认真思考。针对大连理工大学城市学院大学物理课程教学中使用多媒体技术的情况,在广泛征求教师和学生的意见和建议的基础上,对原有的多媒体教学进行了修改,并制定了一系列大学物理课程教学中使用多媒体技术的基本原则。
三、大学物理课程教学中使用多媒体技术的基本原则
1.课堂教学必须“以板书为主,多媒体为辅”
“以板书为主,多媒体为辅”是总则,是关于传统教学模式和多媒体技术在大学物理课程教学中的定位问题。大学物理课堂教学中既使用传统教学手段,又使用多媒体技术,并坚持以板书为主,多媒体为辅,两种方法有机结合、取长补短。教师要注意依据教学内容和学生的学习习惯合理使用两种教学方法,注意两者之间的自然衔接,并在两种方法的相互过渡时对学生加以引导。二者的具体分工及制作要求在以下几个原则中详细阐述。
2.物理知识的整体框架在多媒体上显示
每节课按知识间的关系和内部逻辑整理出知识体系和框架,在投影上显示。每页内容应尽可能做到是一部分的完整内容,以便学生对知识整体的把握,构建知识体系和框架。
3.动态图像和复杂的物理图形在多媒体上放映和显示
多收集和制作图片、动画和视频资料,用多媒体展示物理现象和实例,从而把抽象的问题形象化,激发学生的学习兴趣。同时,要注意这些素材的科学性和标准性,并根据需要把图形设置为分步显示,教师要做到边显示边介绍,以加深学生对图形的认识。 "
4.多媒体课件的页面要精心设计
多媒体课件页面显示的内容摆放要合理,符合学生的视觉习惯。字体大小要选择适中(一般选择32或36号字并加黑),多媒体字体颜色要搭配合理,既要重点突出,但也不能过于花哨。
5.多媒体课件的内容显示和页面切换速度要加以控制
每节课的多媒体投影页数不要太多,以每节课六七页为宜。同时,每页的内容也要进行精心的设计和筛选,不要一次显示太多的内容,两条内容之间也要留有充足的记录和思考时间。
6.物理定理、定律、公式的推导和论证在黑板上进行
物理定理、定律、公式的推导和论证过程要在黑板上一步步进行,得出的结论性内容要整理到多媒体投影上显示、强调和保留。
7.物理例题、习题的求解过程在黑板上进行
根据教学内容选择物理例题和典型的习题,这些问题求解过程在黑板上一步步进行,注意对学生的引导和启发,从题目中总结出来的结论性的重要内容可根据情况选择在多媒体投影上显示或板书。
8.板书内容要精心设计
对于板书的内容也要课前精心设计和规划,板书的内容要布局合理、字迹工整、字体大小合适。
四、实例展示
根据以上原则制作的多媒体课件在教学中已经使用两年,深受学生的欢迎,课堂教学效果显著提升。在此节选“简谐振动的特征”这一个部分的内容展示给大家,以说明上述原则在实际课堂教学中的应用模式。
1.课程内容介绍
简谐振动的特征在实际授课时为1学时,具体内容分为三个方面,三方面内容设置方案如下。
(1)弹簧振子。本课程中以水平方向运动的弹簧振子系统为例讨论问题。弹簧振子模型是研究简谐振动不可缺少的理想模型,用此演示装置可以使抽象的物理问题形象化,避免纯数学推导的枯燥,既激发了学生的学习兴趣,又大大降低了学习的难度。但由于教学条件的不足,没有此演示装置,所以,弹簧振子模型是通过多媒体动画展示给学生的。
(2)简谐振动的动力学特征。动力学特征是指物体运动过程中的受力特征,此特征可以在黑板上作受力分析图得出,但如果通过多媒体演示整体的动画效果,然后在动画定格状态下引导学生进行受力分析,学生受力分析的速度和正确率都明显提高。对于受力分析得出的结论则要保存在黑板上,并在此基础上推导得出动力学特征方程,此推导过程同样是在黑板上进行的。 在以上三部分内容的讲授过程中,多媒体上始终放映的是弹簧振子的动画演示界面,而黑板上则进行了两部分内容的推导,以板书为主、多媒体为辅,二者有机结合、相得益彰,使得课程教学浑然一体。
总之,在物理教学过程中物理教师应努力使多媒体技术与传统板书有机结合,这样才能真正发挥传统教学模式和多媒体技术的优势。要实现多媒体教学与传统教学手段的理想结合还有许多工作要做,还需要多与他人交流,多向他人学习。
大学物理论文14
【摘要】物理演示实验教学作为物理实验教学中的重要一环,通过对具体物理现象的展示,不仅有助于学生理解和掌握物理理论知识,而且还对于激发学生学习兴趣,培养学生观察能力、思维能力、创新能力、探索精神起着重要作用。本文介绍了华北理工大学物理实验中心大学物理演示实验课程建设过程中开展的工作,包括演示实验进课堂、开展探究性学习的教学模式、构建大学生科技创新实验室等,籍此全面培养学生创新精神和综合实践能力。
【关键词】演示实验;物理实验;实验室建设
物理学是一门实验科学。所有物理定律的形成和发展都是建立在对客观自然现象的观察和研究的基础上,物理演示实验可以使学生加深对物理教学内容的理解、巩固记忆、激发兴趣、诱导思考、纠正错误观念,能使学生真实感地看到支配物理现象的规律如何起作用,通过对实验现象的观察分析,学习物理实验知识,从理论和实践的结合上加深对物理学原理的理解,进一步提高学生综合素质与创新能力与科学素养。华北理工大学物理实验中心作为河北省省级实验教学示范中心,一直在努力探索建立以工科为主、适用于各类别学生、具备创新和开拓特色的人才综合培养新体系。20xx年12月,物理实验中心顺利通过省级实验教学示范中心验收。在此期间,物理实验中心通过一系列理论研究与实践探索,在大学物理实验课程在现有的三大平台:基础实验、综合实验、设计性实验基础上,将大学物理实验课程进行模块化。将“基础实验”作为“通用模块”,全体学生必修;将综合实验、设计性实验针对不同专业培养计划,细化成相应的“专业模块”,不同专业的学生可在相应的“专业模块”内根据自己的学习兴趣自主决定选修内容。初步形成了“大学物理模块化”的课程体系。同时为配合开放式实验教学模式,依托校园网建立了物理实验中心网站,可实现网上选课、网上预约、浏览电子教案及典型教学案例、在线预习及模拟实验。在省级实验教学示范中心建设过程中,在学校的重视以及教务处等各部门的大力支持下,物理实验教学中心成功建设了3间演示物理实验室,教学内容涉及力学、热学、电学、光学、近代物理各个物理学分支的,开设60多项演示实验项目。在为大学物理课程提供教学辅助的同时,每学年面向全校理、工、文、法学院各专业学生开设物理实验欣赏公共选修课程供学生选修。近年来,从大学物理演示实验教学的培养目标出发,结合我校教学实际对如何培养学生的创新思维、探索精神和实践能力等方面对大学物理演示实验教学体系进行了如下探索性改革工作。
1演示实验课程紧密结合理论课程教学
物理课程教学是离不开实验课程教学的,而演示实验做为实验教学中的重要一环,既能增强学生对物理知识、物理现象的感性认识,又能培养学生的观察能力、思维能力和逻辑分析能力,因此,物理演示实验的教学在物理学课程的教学中有着非常重要的作用。首先,通过物理演示实验的教学方式,原本枯燥、抽象的物理概念和公式,经过一个动态的物理过程,变得生动、具体。其次,我们尝试改变传统的由教师演示、学生观看的课堂教学模式,在教学过程中引入启发式教学模式,增强与学生的互动,不仅可以大大调动了学生参与课程的积极性,而且还可让学生在思考的过程中领略物理学思维方法的魅力,培养严谨求实的科学态度与精神。最后,在课堂演示教学后,我们往往将相关知识点进行拓展,广泛与生活与实际应用相联系,启发学生思考相关物理现象对科学技术以及人类社会进步的影响与作用,从而起到良好的教书育人效果。在课堂教学过程中,我们将一些比较便携的实验设备直接带入课堂,直观的演示给学生们观看,如我们针对角动量守恒这一知识点,将角动量守恒演示仪带入课堂演示给学生观看;针对单缝、光栅衍射等比较抽象的知识点,直接将半导体激光器以及单缝、双逢、光栅片代入课堂,在课堂讲授相关知识点的同时,直观演示给学生观看。对于体积较大,结构比较复杂,不便于运输的实验项目,我们采取了录像给学生观看的方式,如针对波动中驻波的气体火焰柱演示,针对磁学中超导的超导小火车演示,我们在课堂教学中都在讲授相关知识点的同时,同步播放视频录像给学生观看,使得知识点更加形象具体,学生学习兴趣浓厚,教学效果良好。此外,为了给学生自学提供方便,打破课堂教学时间、空间的限制,我们将演示实验项目的视频开放提供在物理实验中心网站上,全校学生可自由观看,随时随地对自己感兴趣的内容进行自学。
2开展演示实验探究性学习
我们将大学物理演示实验分为验证性实验和探究性实验两大类。验证性实验是对一些物理定律的直观展示,而探究性实验则包含更广泛的物理原理与更多值得讨论的物理内涵。相对与验证性实验,其更能使学生通过演示物理实验课程的学习而得到思维方法与创新能力层面的锻炼,也更有利于培养学生的科研能力,为学生向更高层次迈进打下良好基础。在每学期我们安排有兴趣的学生走进演示实验室,观看相关理论课程的实验演示。此外,在演示实验课程教学中,教师精心地为每个实验设计了探究性思考题,鼓励学生参与动手实践,引导学生通过查阅资料、理论探究、实验探究、改进性探究、拓展性探究和应用性探究等多方面开展实验的科学探究。实验室全天开放,相关实验室均配备专职实验教师,可以对学生感兴趣的实验的提供深入的指导。在开展探究性学习的过程中,我们广泛鼓励学生自由结组,以校级、省级大学生创新实验项目为依托,对自己感兴趣的问题,自主选题,在有教师指导下自由申报创新项目,开展相关课题研究工作。如针对电磁感应现象,学生在观看了相关演示实验后,提出能不能将电磁感应的原理用于为鼠标提供电能,在教师的鼓励下,几名学生组成研究团队,申报了校级创新实验项目,并成功获得资助,此后通过查阅资料,设计方案,反复试验等环节,成功设计完成了自供电鼠标原型,相关项目也顺利通过验收结题。学生们在完成研究工作后,反映通过对课题的系统研究,全面锻炼了自己的动手能力、创新能力,为自己进一步发展,向更高层次迈进打下了基础。再如,学生观看了傅科摆的演示后,提出能不能将太阳能供电与傅科摆演示相结合,做成太阳能驱动的环保演示实验,在教师的帮助支持下,相关几个学生组成的研究团队也成功申报了校级创新实验项目。
3构建大学生科技创新实验室
在教学改革中,我们构建大学生科技创新实验室,在整合物理实验室现有多余的实验仪器或旧仪器,收集旧设备、旧散件、旧材料的基础上,添置多功能温控焊台、教学实践用组合电动工具等,结合学校每年举办的创新设计大赛,建设创新实践基地,面向全校学生开展创新竞赛,对富有创新性的项目给予软硬件支持。学生可以自行安排时间到创新实验室进行创新实践并有实验室教师给予针对性的指导,好的获奖作品针对性的予以陈列展示,启发学生的思维,结合我校现有3个演示实验室和现有实验室,逐步建立科技演示室、创新实验室、作品展示陈列室等。最大限度发挥基地为学生提供充分发挥潜力和创造力的平台的作用。促进学生学习的积极性,也培养学生的科研能力和合作精神。学生参与创新活动,推动和促进基地的建设和发展。实施过程中师生合作共同参与项目研究的全过程,创建“项目探究式学习”模式。同时采用“学生负责制”的方式进行“,学生负责制”是指学生自己负责提出项目的研究内容与实施方案,然后由教师组织学生讨论,论证实验项目的可行性。如项目可行,学生及自己组成的'研究团队将主导整个研究过程。在实践过程中,我们的指导教师在学生的创新项目中择优进行推荐,成功申报立项全国大学生创新创业训练计划项目一项、河北省大学生创新创业训练计划项目一项、校级大学生创新创业训练计划项目十余项。
4引入启发式教学模式
面对不同专业、不同学科层次组成的学生,物理实验欣赏课程中我们引入了启发式教学模式。传统的演示实验课程往往是通过教师机械的操作实验仪器,讲解实验原理,学生被动接受知识的过程来完成的。而我们所采取的启发式教学模式,首先由教师带领学生观察实验仪器,分析仪器设备构造,这使得对于机器设备没有相关操作经验和基础的文科类学生也能了解一些基本的仪器设备知识,为进一步自己动手操作演示实验设备打下基础,在此基础上由教师提出问题,学生们动手操作演示实验仪器观察实验现象,在师生互动讨论过程中总结实验现象,分析其中物理机制。通过演示实验课的教学实践与不断改进,不仅提高了学生的动手能力,培养了学生的参与意识,增强主观能动性,而且让学生能自主发挥想象力,不受实验教材中条条框框的限制,真正实现了理论联系实际。开课以来,学生兴趣浓厚,经常是下课后还在实验室流连忘返,不是在观看实验演示,就是在探讨实验中的现象,或者思考在实践中的应用。他们普遍反映,演示实验仪器种类多、内容新,既有古老的经典演示实验,又有新的融合多种现代科学技术的演示实验,通过演示实验课的学习,大学物理的理论知识不再那么抽象、枯燥、平淡难懂了,变得直观、生动、有趣,对培养学生的创新能力有很大的帮助,且与现实生活联系紧密。
5结语
总之,通过演示实验进课堂,开放大学物理演示实验室,构建创新实验室的手段,实现理论与实验课程的精确衔接,我们探索构建了一套具有工科院校学科特色的课程体系。籍此培养学生主动学习精神,分析问题、解决问题能力,加强学生创新思维能力,锻炼学生社会实践能力,提高学生的社会核心竞争力。对通识教育体系下创新应用型人才的培养具有重要意义,并可为其他基础学科与专业课程教学改革提供相关经验与参考,探索出一条适合工科为基础的综合性大学基础课程体系改革之路。
作者:薄惠丰 魏 环 张占新 王凤鸣 胡鸿奎 单位:华北理工大学理学院
【参考文献】
[1]兰明乾.大学物理演示实验教学研究[J].陕西师范大学学报(自然科学版),20xx,S2:190-192.
[2]汪文明.大学物理演示实验教学研究[D].华中师范大学,20xx.
[3]钟晓燕,刘文军.大学物理演示实验教学改革的实践和探索[J].中国科技信息,20xx,04:238-239+247.
[4]李凡生,余小英.自制大学物理演示实验教具的研究与实践[J].广西民族师范学院学报,20xx,03:27-29.
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大学物理论文15
摘要:电磁运动是物质的又一种基本运动形式,电磁相互作用是自然界已知的四种基本相互作用之一,也是人们认识得较深入的一种相互作用。在日常生活和生产活动中,在对物质结构的深入认识过程中,都要涉及电磁运动。因此,理解和掌握电磁运动的基本规律,在理论上和实际上都有及其重要的意义,这也就是我们所说的电磁学。
关键词:电磁学,电磁运动
1、库伦定律
17xx年法国物理学家库伦用扭秤实验测定了两个带电球体之间的相互作用的电力。库伦在实验的基础上提出了两个点电荷之间的相互作用的规律,即库仑定律:
在真空中,两个静止的点电荷之间的相互作用力,其大小和他们电荷的乘积成正比,与他们之间距离的二次方成反比;作用的方向沿着亮点电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。
这是电学以数学描述的第一步。此定律用到了牛顿之力的观念。这成为了牛顿力学中一种新的力。与驽钝万有引力有相同之处。此定律成了电磁学的基础,如今所有电磁学,第一必须学它。这也是电荷单位的来源。
因此,虽然库伦定律描述电荷静止时的状态十分精准,单独的库伦定律却不容易,以静电效应为主的复印机,静电除尘、静电喇叭等,发明年代也在1960以后,距库伦定律之发现几乎近两百年。我们现在用的电器,绝大部份都靠电流,而没有电荷(甚至接地以免产生多余电荷)。也就是说,正负电仍是抵消,但相互移动。——河中没水,不可能有水流;但电线中电荷为零,却仍然可以有电流!
2、安培定律
法国物理学家安培(Andre Marie Ampere, 1775—1836)提出:所有磁性的来源,或许就是电流。他在18xx年,听到奥斯特实验结果之后,两个星期之内,便开始实验。五个月内,便证明了两根通电的导线之间也有吸力或斥力。这就是电磁学中第二个最重要的定理“安培定律”:
两根平行的长直导线中皆有电流,若电流方向相同,则相吸引。反之,则相斥。力之大小与两线之间距离成反比,与电流之大小成正比。
以后,安培又证实了通了电流的筒状线圈之磁性,与磁铁棒完全一样。故他提出假说:物质之磁性,皆是由物质内的电流而引起的。这使磁性成为电流的生成物——他后来被誉为“电磁学”的始祖(电与磁从此在物理中是分不开的)。他的名字,也成了电流的单位。
安培这个发现,在应用上极为重要。它提出了用电流而发出动力,使物体动起来的方法,准确而可靠。因此,它是电流计(以及各种电表)、电马达、电报,电话之原理。特别是电报,在18xx年以后就成了新兴事业,大赚其钱。
安培定律之后,电磁学理论与应用之发展可以说是风起云涌。
3、法拉第定律
法拉第早年是达维(18xx年发现金属钠和钾)的助手,他对电解有很周密的研究。他发现了通电量与分解量有一定的关系,并且与被分解的元素之原子量有一定的关系。由此,可以大致导致两个结论:
(1) 每个原子中有一定的电含量。
(2)原子在化合时,这些电量起了作用,而通电可使化合物分解。因此,牛顿寻求的分子中的化合之力,必与电有关。此想法在18xx年由达维提出,法拉第进一步加以验证,至今尚是正确的。
牛顿的万有引力定律提出之初,受到很多质疑。其中之一是:很多人认为,两个相距遥远的物体,无所媒介,而相互牵引,是不可置信的。但是由于万有引力之大获成功,这种超距力的概念,不久便被普遍接受了。电磁学中的库伦、安培等力之观念,起始时亦是这种超距力。
在牛顿前一百年的英国人吉伯特是伊利莎白一世的御医。他的一本”论磁” 是有系统地研究电磁现象的第一本书(大部份说磁,因其在当时比较有用),其重要性是扬弃了磁性之神秘色彩,以一种客观的自然现象来描述之。吉伯特的“论磁”中曾提出’力线’的观念。这就是说:磁性物质发出一种‘力线’,其它磁性物质遇到了这‘力线’便受到力之作用。这样就避过了‘超距力’的‘反直觉’。
(a)力线不断、不裂、不交叉打结,但可以有起头与终止。例如:电场之力线由正电荷发出,由负电荷接受。力线的数量与电荷之大小成正比。
(b)力线像有弹性的线,在空中互相排斥又尽量紧绷。其密度与施力之大小成正比。
(c)力线有方向性,电力线的方向是对正电荷的施力方向(负电受力方向相反),在磁力线是对‘磁北极’的施力方向。
法拉第则更进一步,提出了场的概念:空中任意一点,虽然空无一物,但有电场或磁场之存在,这种场可使带电或带磁之物质受力。而’力线’则是表现‘场’的一种方式。但是,法拉第的‘场’观念,当时也受到强烈的质疑与反对。最重要的理由是这观念不及‘超距力’之精确。把‘场’观念精确化,数学化的是后来的麦克斯韦。
法拉第发现,一个移动的磁铁或通了电流的筒状线圈,也可以使附近的线圈中,产生感应电流——这就是电磁学中第三个最重要的法拉第定律。
这个定律与库伦、安培都不同;它是动态的。第一线圈中的电流变化越快,第二线圈中的电流越大。或磁铁、有电流的筒状线圈,移动得越快,第二线圈中的电流也越大。这就是发电机的原理。
4、麦克斯韦电磁理论
与法拉第之实验天才对比,麦克斯韦则是长于数学的理论物理学家的典型。他生于苏格兰的一个小康之家。自幼便充份显示了数学之才能。他先在阿伯丁大学任教,以后转往剑桥。在物理中,今日麦克斯威之重要性,几可与牛顿、爱因斯坦等量齐观。但生前,麦克斯威并不受其故乡苏格兰之欢迎。他在剑桥大学则受到重用。
他在18xx年,发表了《法拉第之力线》一文,受到将退休的法拉第的鼓励。18xx年,他由理论推导出:电场变化时,也会感应出磁场。这与法拉第的电感定律相对而相成,合称电磁交感。此后他出版了《电磁场的动态理论》,《电磁论》,其重要性可以与牛顿的《自然哲学的数学原理》相提并论。
通过了数学中的向量分析,麦克斯韦写下了著名的麦克斯威方程式,不但完整而精确地描述了所有的已知电磁场之现象,而且有新的预言。其中最重要的是电磁波:
(1)由于电磁交感,故电磁场可以在真空中以波的形式传递。
(2)计算之结果,这波之速度与光速一致,故光是一种可见的.电磁波。
(3)这种波亦携带能量、动量等,并且遵从守恒律。
“光是一种电磁波!”这句话现在是常识,在当年则骇人听闻。麦克斯韦只靠纸上谈兵,就做大胆宣言,也难怪当年根本不信有电磁波的人居多。但他自己却信心满满。有人告诉他有关的实验结果,不完全成功,他毫不在意。他有信心他的理论一定是对的。——以后的理论物理学家很多人就学了他这种态度。
德国人赫兹是第一个在实验室中证明电磁波存在的人。他先把麦克斯韦的电磁学改写成今天常见的形式。然后在1886—18xx年,做了一系列的实验,不但证明电磁波存在,而且与光有相同波速,并有反射、折射等现象,也对电磁波性质(波长、频率)定量测定。当然,也同时发展出发射、接收电磁波的方法——这是所有无线通讯的始祖。
5、总结
麦克斯威的电磁理论,成为现在理工科的学生都要修的电磁学。简单的说来,电磁学核心只有四个部分:库伦定律、安培定律、法拉第定律与麦克斯威方程式。并且顺序也一定如此。这可以说与电磁学的历史发展平行。其原因也不难想见;没有库伦定律对电荷的观念,安培定律中的电流就不容易说清楚。不理解法拉第的磁感生电,也很难了解麦克斯威的电磁交感。
这套电磁理论,在物理学中,是与牛顿力学分庭抗礼的古典理论之一。如果以应用之广,经济价值之大而言,犹在牛顿力学之上。但也不能忘记,如果没有牛顿力学中力之概念,电磁学也发生不了。电磁学中的各定律,也无法理解。因此,普通物理中,也必然先教力学再教电磁。
力学与电磁学被称为古典理论有两层意思:(1)它可以自圆其说,没有内在的矛盾。(2)但是到了廿世纪量子理论确立后,它们被修改了。力学后来被修改为量子力学,电磁学被修改为量子电动力学。然而,在原子之外,这两个古典理论仍是非常精确,故理工学生仍然不得不学它们。
回顾电磁学的历史,是很有趣的。一直到十八世纪中,电磁似乎只是一种新奇的玩具——科学与艺术一样,起步时都有游戏性质——但到了后来,其产生的结果,竟然改造了世界。当然,并不是所有科学工作都有这样大的威力。也有些科学的成果令人不敢恭维。然而,科学有这样的可能,却是我们不得不重视科学研究的终极原因。
参考文献
1、倪光炯,李洪芳,近代物理,上海科学技术出版社,(1979),393。
2、人民教育出版社物理室编,高级中学课本,物理(第二册),人民教育出版社,(19xx年第二版),266。
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