物理教学实验示范中心建设方案详细.docx
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物理教学实验示范中心建设方案详细
附件二2003—2006年学校投入仪器设备经费……………………………………..40
“物理教学实验示中心”建设方案
“物理教学实验示中心”建设是进一步深化物理实验教学改革,提高实验教学质量的重要举措。
通过示中心的建设,可进一步提高我校物理实验教学改革和实验室管理水平;有利于推进校实验教学与资源的优化、整合和重组;推进校际间优质实验教学资源的共建与共享,把我校物理实验中心建成综合型、开放型和研究型实验中心;进一步提升我校实验教学质量,为培养大批高素质人才创造良好的条件。
为了在学院各级领导和职能部门的指导下,很好地完成物理实验教学示中心的建设,示中心建设项目组制订本建设方案,希望在充分论证建设方案的基础上,开展物理教学实验示中心的建设,将我院物理教学实验中心尽早建设成省高等学校实验教学示中心。
一、指导思想和建设目标
指导思想:
以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨,以知识传授、能力培养、素质提高和全面协调发展的素质教育理念为指导,牢固树立以人为本的管理理念。
通过深化实验教学改革、优化实验教学体系,创新管理运行机制,建设满足现代实验教学需要的高素质实验教学师资队伍,建成仪器设备先进、资源共享、开放管理、绿色环保的现代化实验教学示中心。
示中心建设的目标是:
建设具有现代的实验容和先进的实验技术,以学生为主体、以教师为主导,分层次、模块化、点面结合、全面开放的物理实验教学体系。
二、建设容
1、实验教学体系
物理实验基础课程是独立设置的实验课程,面向全校应用物理系、电子与信息工程系、土木工程系等8个系20个专业的学生开设。
目前物理实验中心承担实验课程如下表1:
表1物理实验中心现承担课程
序号
课程名称
学时
学分
开课专业
1
物理实验A
(一)
27
1
电信、计算机等9个专业
2
物理实验A
(二)
24
0.5
电信、计算机等9个专业
3
物理实验B
17
0.5
教育技术、数学等9个专业
4
普通物理实验A
(一)
27
1
物理学
5
普通物理实验A
(二)
18
0.5
物理学
6
普通物理实验A(三)
30
1
物理学
7
普通物理实验A(四)
25
0.5
物理学
8
普通物理实验B
(一)
27
1
应用物理学
9
普通物理实验B
(二)
49
1
应用物理学
上述已开设的9门实验课程,课程性质都为必修,基本符合理工科学生物理实验教学的需要,但存在着课程设置不灵活,学生不能自主选择实验课程、实验容和实验时间等,同时实验课程学分偏低等问题,难以激发学生积极学习的热情和自觉性。
因此,示中心的建设需改革现有的课程体系,具体方案如下:
指导思想:
加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质。
目标:
培养与逐步提高学生的科学实验素质和创新能力。
课程设置在原来三个模块的基础上,增加一个公选课模块,同时考虑在第一模块的2个专业和第二模块的部分专业适当增加实验项目和学时(可能在2006年人才培养计划中要增加实验课时有困难,从教务处下发的培养计划附件二中可见,物理实验A的课时反而减少了3个学时),各模块增加1至2个设计性实验,设计性实验在时间上实行开放,由学生与实验中心预约。
第一模块适合专业为:
物理和应用物理专业
第二模块适合专业为:
电子信息工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、土木工程、环境工程等9个工科专业
第三模块适合专业为:
应用化学、化学、生物技术、生物教育、数学等9个理工科专业
第四模块公选课
公选课A
课程名称:
物理实验专业选修课
总学时数:
42
总学分数:
1.5
课程性质:
专业选修
适用专业:
物理类专业
实验项目:
10个
开课学期:
第4学期
任务及基本要求:
此课程是针对物理专业学生在完成普通物理实验的基础上开设的综合和设计性实验,实验涉及2个或2个以上二级学科的知识容。
既有学生按照实验教材给定的实验项目和步骤进行的综合实验,也有由学生独立设计实验方案,然后完成实验的设计研究型实验。
设计性实验要求学生根据一定的实验要求,自行选择实验仪器、设计实验具体容和步骤,并对实验结果进行分析和研究,是一种较高层次的实验训练,着重培养学生独立从事科学研究工作的能力,同时进一步培养学生自学和查阅文献资料以及在实践中发现和解决问题的能力。
公选课B
课程名称:
物理实验公共选修课
总学时数:
24
总学分数:
1.0
课程性质:
公共选修
适用专业:
理工科专业
实验项目:
8个
开课学期:
第3或第4学期
任务及基本要求:
此课程是面向全院开设的一门基础物理实验公共选修课,以开放形式为主。
学生可根据需要自主选择实验容及时间。
通过开放实验,激发学生学习物理知识,研究与探索物理规律的热情和积极性,加深对物理规律的理解,提高实验技能和素养,培养科研创新能力。
开设实验的类型与教学途径
实验类型:
基本实验-综合实验-设计实验-研究实验。
使学生由浅入深、由易到难、简单到综合,逐步培养创新意识、创新精神和创新能力。
教学途径:
必修实验-选修实验-开放实验-探索实验。
在完成必修实验的基础上,给学生一个宽松的思维想象空间,尽展自己的智慧和才华,心情愉悦地进行实验,充分调动学生实验的积极性和主动性。
辅助方法:
模拟演示-电子教案-课件-微机数据处理。
2、实验教学容
示中心建设中物理实验课程容需注重基础与前沿、经典与现代的结合,注重与科研、工程和社会实践应用联系,将科研和实验教学改革成果及时应用到实验教学中去。
实验容在原来基本实验占主导的基础上,增加提高型实验(综合性、设计性、应用性等)、研究创新型实验的比例。
具体实验教学容分为三个层次。
第一层次为基本实验,包括热力学、电磁学和光学实验,训练学生基本的观察、分析和研究物理实验现象的能力,验证物理规律和对物理量进行测量,掌握常用基本物理实验仪器的原理、性能和测量方法等。
这个层次的实验面向所有一、二年级的理工科学生和应用物理系两个专业的学生开设,实验项目从已有的项目中筛选(见下表2)。
第二层次为提高型实验(综合和设计性实验),学生通过第一层次的实验训练后,已掌握了基本的实验方法和技能,在此基础上,开展综合性实验,可以培养学生综合运用所学知识和实验方法、实验技能以及分析和解决问题的能力。
通过设计性实验可以培养学生组织和自主实验的能力。
第三层次为研究创新型实验,学生需运用多学科知识、综合多学科容,结合教师的科研项目进行实验研究。
目前在这一层面上的实验项目仍属于空白,在示中心建设中,需要重点加强这一层次的实验容的建设。
设想在公选课A中、同时考虑和院团委合作以大学生挑战杯或物理竞赛等形式开展这方面的工作,在实验容和时间上实行全开放。
同时可结合高年级的毕业设计进行创新型研究。
总之,在这一层面的工作是十分有必要和有意义的,项目组认为完全可以做得有特色和成就,可以通过这方面的努力培养学生基本的科研能力和科研兴趣。
目前的顾虑仍是时间和精力上的限制,实验条件应该可以具备的。
⑴实验教学容现状
物理实验中心现有实验项目和实验性质如下表2:
表2物理实验中心已开设实验项目情况
序号
实验课程名称
实验项目
实验性质
1
物理实验A
(一)
长度的测量
基础
2
固体线膨胀系数的测定
基础
3
示波器的使用
基础
4
用惠斯顿电桥测电阻
基础
5
油滴实验
综合
6
用双臂电桥测低电阻
基础
7
静电场的描绘
基础
8
霍耳效应法测磁场
基础
9
物理实验A
(二)
超声波声速的测定
综合
10
迈克尔逊干涉仪的调节和
使用
综合
11
用衍射光栅测光波波长
综合
12
牛顿环测透镜的曲率半径
基础
13
光电效应和普朗克常数的
测定
综合
14
薄透镜焦距的测定
基础
15
分光计调节和三棱镜折射率的测定
基础
16
全息照相
综合
1
物理实验B
长度的测量
基础
2
固体线膨胀系数的测定
基础
3
用模拟法测绘静电场
基础
4
超声波声速的测量
综合
5
用牛顿环测透镜的曲率半径
基础
1
普通物理实验A
(一)
长度的测量
基础
2
用单摆测定重力加速度
基础
3
用自由落体测定重力加速度
基础
4
刚体转动惯量的测定
基础
5
用可逆摆测定重力加速度
基础
6
超声波声速的测量
综合
7
牛顿第二定律的验证
基础
8
简谐振动的研究
基础
1
普通物理实验A
(二)
用电流量热器法测定液体的比热
基础
2
液体粘滞系数的测定
基础
3
表面力系数的测定
基础
4
固体线膨胀系数的测定
基础
5
薄透镜焦距的测量
基础
6
用牛顿环测透镜的曲率半径
基础
1
普通物理实验A(三)
二极管伏安特性曲线的测绘
基础
2
电表的改装和校准
基础
3
用电位差计测电动势
基础
4
非均匀磁场的测绘
基础
5
霍耳效应法测量磁场
基础
6
用模拟法测绘静电场
基础
7
用双电桥测低电阻
基础
8
电子束的偏转
基础
9
示波器的使用
基础
10
用惠斯登电桥测电阻
基础
1
普通物理实验A(四)
用衍射光栅测光波波长
综合
2
全息照相
综合
3
分光计调节和三棱镜折射率的测定
基础
4
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
综合
5
用双棱镜测光波波长
基础
6
偏振光的研究
综合
7
用极限法测液体折射率
基础
8
光电效应和普朗克常数测定
综合
1
普通物理实验B
(一)
长度的测量
基础
2
用单摆测定重力加速度
基础
3
用自由落体测定重力加速度
基础
4
刚体转动惯量的测定
基础
5
液体粘滞系数的测定
基础
6
超声波声速的测量
综合
7
牛顿第二定律的验证
基础
8
简谐振动的研究
基础
1
普通物理实验B
(二)
二极管伏安特性曲线的测绘
基础
2
电表的改装和校准
基础
3
用电位差计测电动势
基础
4
非均匀磁场的测绘
基础
5
霍耳效应法测量磁场
基础
6
用模拟法测绘静电场
基础
7
用双电桥测低电阻
基础
8
电子束的偏转
基础
9
示波器的使用
基础
10
用惠斯登电桥测电阻
基础
11
薄透镜焦距的测定
基础
12
用衍射光栅测光波波长
综合
13
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
综合
14
分光计调节和三棱镜折射率测定
基础
15
光电效应和普朗克常数测定
综合
16
用牛顿环测透镜的曲率半径
基础
由表2目前开设实验项目可见,物理实验中心开设的实验项目基础性实验占主导,综合性实验比例偏低,设计性实验为空白,与示中心的要求差距较大,具体情况见表3。
表3物理实验中心综合设计性实验情况表
课程名称
现有综合性
实验比例
示中心建设目标中综合设计性实验比例要求
物理实验A
37.5%
50%
物理实验B
20%
50%
普通物理实验A
18.75%
50%
普通物理实验B
16.70%
50%
注1:
物理实验A
(一)和物理实验A
(二)合并统计为物理实验A,普通物理实验A
(一)至普通物理实验A(四)合并统计为普通物理实验A,普通物理实验B
(一)和普通物理实验B
(二)合并统计为普通物理实验B。
注2:
综合性实验的界定是从实验容的综合性、实验原理与技术的先进性、所用仪器设备的情况和测量方法等方面衡量,并调研了多所相关院校的物理实验中心及请教相关专家而定的。
⑵实验教学容改革
根据示中心建设要求,提高型实验(综合性、设计性、应用性等)和研究创新型实验需占50%。
因此,示中心建设过程中,需大量引入对近代物理学发展和现代应用技术有重要影响的实验项目。
例如:
CCD特性的研究、光纤应用实验等,在实验中引入在科学研究和工程技术中实际应用的先进的实验方法和技术手段,丰富物理实验容,引导学生深入探究物理现象和规律,使物理实验教学更贴近科技研究前沿。
例如将CCD图像传感器应用于牛顿环、双棱镜干涉、激光在实时测量中的应用等实验;在实验中应用集成温度传感器、应用霍耳传感器和集成霍耳传感器等磁敏传感器;应用硅光电池、光敏电阻和光电二极管等光电传感器和力敏传感器等;应用计算机数据实时采集处理技术等先进技术。
具体拟新增实验项目见表4。
表4计划新增综合实验项目及适用课程
序号
实验名称
适用课程
备注
1
热学综合实验
物理实验A、普通物理实验A、普通物理实验B
2
半导体激光器特性研究
物理实验A、普通物理实验A、普通物理实验B
3
激光谐振腔与模式的研究
物理实验A、普通物理实验A、普通物理实验B
4
氏模量(CCD振动法)
普通物理实验A
5
磁滞回线
普通物理实验A
6
双光栅弱振动
普通物理实验A
7
温度传感器及其标定的应用
普通物理实验A、普通物理实验B
8
电信号的傅里叶分析
普通物理实验A
9
逸出功的测定
普通物理实验A
10
偏振光旋光实验
普通物理实验A
11
光纤应用
普通物理实验A、普通物理实验B
12
激光在实时测量中的应用
公选课A
13
玻尔共振实验(CCD、监视器)
公选课A
14
光学综合实验
公选课A
拟新增设计性实验项目:
1)碰撞与动量守恒定律的研究
2)用示波器测量电容
3)用霍耳效应法测量通电线圈的匝数
4)超声波频率的测量
5)用自准直法测量凹透镜的焦距
6)用劈尖法测量细丝的直径
7)测定未知光波长及角色散率
8)用迈克耳逊干涉仪开设设计性研究性实验
9)光纤通信实验
上述实验项目正在进一步的论证和调研之中。
⑶实验教学容改革的具体方案
第一模块(课程名称:
普通物理实验A和普通物理实验B,适合专业为物理学和应用物理学),课程总学时不变,原来的实验项目进行更新,同时增设2—3个设计性实验。
普通物理实验A中原开设的32个实验项目中(26个基本,6个综合)替换10—14个项目,综合设计性实验项目为16—20个,使综合设计性实验比例由原来的18.75%增至50%—62.5%。
普通物理实验B中原开设的24个实验项目中(20个基本,4个综合)替换8—11个项目,综合设计性实验项目为12—15个,使综合设计性实验比例由原来的16.7%增至50%—62.5%。
由于这一模块目前综合设计性实验的比例太低,因此,在示中心建设中需要大幅度地更新实验项目,因物理学和应用物理学专业每届学生数一般各为1—2个班级,故新增综合设计性实验的仪器台套数为10,可以通过合理分组,满足学生实验仪器达一人一台套。
第二模块(课程名称:
物理实验A)总课时增加4个学时(从2006年人才培养计划制订目标看来,可能有难度),增设1个设计性实验(若学时增加有困难,则替换原有的实验),由学生自主拟定实验方案、实验方法和步骤、选择仪器设备并完成实验。
原来的16个实验项目(10个基本、6个综合)中的10个基本实验替换2—4个,综合设计性实验为8—10个,综合设计性实验比例由目前的37.5%增加至50%—62.5%。
由于这一模块目前综合设计性实验的比例尚可,综合性设计性实验增加2—4个,即能达到示中心的要求。
这一模块面向的学生数较多,欲新增的实验项目仪器台套数需为20,才能满足教学需要。
第三模块(课程名称:
物理实验B),原来的5个实验项目中(4个基本,1个综合),需替换2个基本实验为综合实验,则综合实验数为3个,综合性实验的比例从20%增至60%。
这一模块实验项目少,新增的综合实验项目从第二模块中选择即可,不需另增实验仪器。
第四模块公选课A和公选课B分别面向物理类专业学生和非物理专业的理工科学生。
公选课A,主要以设计性、研究创新型实验为主,实验层次较高。
初步设想在现有的光学全息平台上先开展这方面的实验研究。
考虑结合应用物理系人才培养计划修订目标和专业方向,开设激光应用和测量控制方面的研究创新型实验,需另增添部分综合性实验仪器。
因该模块面向物理类专业,学生人数不多,新增仪器台套数只需2—5套即可,可以通过合理分组,满足实验需求。
公选课B的实验项目为基本实验、综合和设计性实验,目前开设的实验项目中更新下来的仪器可用于开设公选课B的基本实验,综合和设计性实验可以从第一模块实验项目和公选课A中选择,因此,不需要另外增添实验仪器。
实验容改革方案的时间和面向对象:
计划在2006年下半年或2007年上半年在2005级和2006级物理类学生普通物理实验课程中试行,然后于2007年对2006级工科类学生在物理实验A
(一)和物理实验A
(二)课程中,开设新的综合设计性实验。
第三层次的研究创新型实验计划对物理类高年级学生先开设,在取得一定的成效后,逐步在更多年级和更多专业的学生中推广。
由于新增综合和设计性实验项目正在进一步论证中,示中心建设后的实验项目一览表,暂未列出(需替换的实验要进一步讨论)。
3、实验教学方法和手段
建立以学生为中心、学生自我训练为主的教学模式。
在整个实验安排过程中,实验容由浅入深、由简单到综合、逐步过渡至设计和研究创新型实验。
三个层次的实验容形成连贯的实验梯度教学体系,在充分激发学生学习兴趣的同时,培养学生自主学习的能力。
在教学方法上,实验前由老师课前讲解的同时,请物理基础较好的学生进行实验讲解,充分调动学生积极思考实验平台的构建思想。
改革现有的实验教学手段,实现实验教学的网络和现代化教学。
物理教学实验中心已开发了CAI教学软件,由于受多媒体教学设备的制约,未能实现多媒体教学,通过示中心建设,物理实验教学全部实现多媒体教学。
鼓励实验室人员从事科研工作,并组织学生参与教师的科研活动,使大学低年级学生有机会接触系统的科研训练。
建立物理教学实验中心和中心校园,逐步做到网上通知、网上登记、网上辅导。
实验教学实现网络化,以适应多校区实验资源共享。
学生可利用基于校园网的物理实验教学网络选课与管理系统,选择物理实验项目和实验时间等。
实验中心包括:
实验课程和实验项目介绍、实验选课系统、实验教材、实验室开放等。
物理实验中心框架如下:
4、实验教学考试与考核
考核方式:
实验预习-实验操作-实验报告-实验考试。
目标:
客观、准确、科学地反映学生的知识、能力和素质,并对学生知识、能力和素质协调发展起到导向作用。
目前物理实验成绩采用平时实验和实验考试成绩相结合的方式。
制订了详细的实验课程成绩评分标准。
平时成绩:
课前预习20%,实验操作30%,实验报告50%。
实验考试:
采用实验操作考试,考试成绩由课前预习、实验操作和实验报告三部分组成,实验报告在考试当场交。
目前实验考试项目以每学期最后一个实验容作为实验操作考试,在示中心建设中,设想在物理类专业学生中试点进行实验考试形式改革,以设计性实验作为考试容,教师预先根据学生理论与实验能力拟定一定量的设计性实验题目,学生随机抽题,抽好题后,然后去找资料准备,随后到实验室自主构建实验平台,进行实验操作,最后写出报告,报告最好是小论文的形式。
要求学生充分发挥各方面的潜能,实验考试不在于成绩,而强调整个实验前后的过程以及实验后的思索和体会。
这样的考试形式在物理类学生中取得一定的经验后,逐步在第二模块的学生中推广。
5、实验教学研究
在原来物理实验重点课程建设的基础上,将实验教学改革的成果应用于实验教学中,如曾获学院教学成果二等奖的“实验数据分析、处理系统软件”成果在课堂上让学生使用的同时,进一步扩展软件的功能,在进一步扩展软件功能时,吸收有基础和感兴趣的学生参加。
积极申报实验教学改革项目和科研项目,并努力将研究成果应用于实验教学中。
在示中心建设的过程中,进行物理实验精品课程建设,力争在示中心验收的同时申报物理实验精品课程。
鼓励实验教师和实验室技术人员在教学和科研的基础上,发表实验教学研究论文。
“物理实验教学示中心建设的探索与实践”已被立为学院2006年度教学改革重点项目,示中心建设组按项目立项申请的要求,努力完成实验教学改革的容和关键问题,以达到预期的成果。
在学院立项的基础上,项目组将于2007年上半年申报省高等教育教学改革研究课题,力争获得省级项目和省级奖。
项目组认为在教学研究方面就物理实验中心目前的现状欲获得省级项目和奖项难度较大,需要不断地付出努力。
6、实验教材建设
物理实验中心在选用教材上确立了“着眼课程特点,针对各专业学生的具体情况,确保学生实验动手能力和创新能力不断提高,适应社会需求”的原则。
近三年在教材选用上,实验中心收集来自教师和学生的不同反馈意见,认真总结和修订自编讲义,并将教材问题列入教学教改的重要容。
根据物理实验课程的特点和专业情况,自编了《物理实验》和《普通物理实验》两套教材,其中《物理实验》教材适用于物理实验A㈠和物理实验A㈡,《普通物理实验》适用于物理实验B、普通物理实验A㈠、普通物理实验A㈡、普通物理实验A㈢、普通物理实验A㈣、普通物理实验B㈠、普通物理实验B㈡课程。
教材在使用过程中不断听取学生和任课教师的反馈意见,每使用一届学生即修订一次,2003级、2004级和2005级学生使用了该套自编教材,学生普遍反映较好。
在示中心建设中,计划将自编《物理实验》和《普通物理实验》两套教材合二为一,结合示中心建设容,新增综合设计和研究创新型实验,在第一篇物理实验的基本知识中,在误差评定中以不确定度评定为主,使教材适应21世纪的要求。
计划正式出版时间:
2006年底至2007年初
面向对象:
2006级物理类及理工类专业学生
教材出版及使用可能出现的问题及采取的措施:
①尽管物理实验自编教材已使用三届学生,但由于在示中心建设中实验教学体系和实验容作了较大幅度的改革,综合设计性和研究型实验比例增大,教材中相应实验项目改动很大,因此,教材编写的工作量较大。
暑期中实验室人员在教材编写工作中做了不少的工作,但由于示中心建设新增实验项目仍处于探讨阶段,相应教材编写工作受到一定影响。
本学期教学工作量和示中心建设任务繁重,教材编写与正式出版在时间上可能会得不到保证。
项目组认为这一问题通过进一步贯彻示中心建设的意义和本科教学水平评估的重要性,使全体人员真正树立主人翁意识,利用晚上和休息时间做这一工作,应该能在保证教材质量的前提下按时完成任务。
②教材出版过程中,学校教务处等相关部门的支持与配合是教材能否正常出版的一个重要因素之一。
项目组渴望相关职能部门能从本科教学水平评估和示中心建设的重要性以及提高实验教学质量出发,真正协调和帮助项目组做好这一工作。
7、中心开放
逐步实现物理教学实验中心在实验时间、实验容和实验设备上的全方位开放,提高资源使用效益。
对一些专业的学生开设公选课,公选课实行在时间、容和实验设备上的开放,在此基础上,逐步过渡至全方位开放。
对物理学和应用物理学专业的学生从事毕业论文期间全面开放实验室,使学生有机会在实验室从事毕业论文的研究工作。
具体方案为:
(1)公选课
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- 关 键 词:
- 物理 教学 实验 示范 中心 建设 方案 详细