第8期 沈元华,等深化教学改革,创建“平台物理实验 知识和技能要全面发展,因此,分配给基础物理实在较少的实验中学到更多、更广泛的物理实验知 验课程的学时必然要相应减少,这是合理的.实识和技能.以下举例说明 际上,按照学校的安排,一年级学生学习物理实验 1)量子论实验是一个重要的近代物理实验 的学时数为36学时,即学习一学期,每周2学时过去一直用本校自制的夫兰克赫兹实验仪,该仪 这比我们过去常规的普通物理实验(每周3学时)器用充氩管,学生至少要测量50多个数据,才能 减少了1/3.但是,由于物理学在其他各学科的广得到实验结果,因而很难用2学时来完成.现在 泛应用,使学生普遍认识到学好物理对从事本专改用充氖管,学生只要测量20来个数据,就能得 业研究工作的重要意义,因而对实验中物理内涵到实验结果;特别是它不仅能测到伏安曲线,还能 的要求比过去更高.这就要求我们在减少学时的让学生看到一片一片的红光,这些定性实验的 条件下,加强物理内涵 内容不仅生动地体现出原子能量的量子化,而且 2)为了适应教学对象,平台实验教学必须降增加了关于原子激发与发光关系的讨论,物理内 低难度、提高兴趣.过去的普物实验是在二年级涵更深刻了 做的,但作为平台实验,必须在一年级做.由于仪 2)研究冷却规律的实验,过去是让温度计加 器设备有限,实验不得不实行大循环,即有的学生热后慢慢冷却,用秒表记录时间,用肉眼观察和记 开学第一周就要做最后一个实验.这实际上是要录温度而得到降温曲线.这个实验耗时较长,因 求每个实验的难度都要降低到适合高中毕业生的为降温不可太快,否则来不及观察.现在,我们把 水平.此外,平台实验还要求提高学生的学习兴从美国引入的MBL实验技术用到这一实验中 趣.因为对于平台教学而言,学生只是选择了“理用温度传感器代替温度计,配以计算机及软件,就 科”或“医科”这样的大方向,具体到哪个系是待定可以在很短的时间内测出降温的规律.采用这套 的.究竞到哪个系哪个专业去,实际上取决于学系统后,学生不仅在2学时内有足够的时间完成 生在各平台课程中对哪一类课程感到有兴趣、更原来3学时才能完成的内容,而且还有多余时间 适合自己.因此,那种虽有较好的内容却枯燥乏可以做一些自己想做的实验,如有学生把传感器 味的实验,我们必须把它改造成饶有兴趣的实验.加热后投入水中或油中,测量它的骤冷规律等,使 3)为了达到最终目的,平台实验教学必须夯该实验的物理内容更为丰富 实基础、保证质量.减少学时、降低难度,这是容 3)原来的“X光衍射晶体结构分析”实验要求 易做到的;而与此同时要仍然保证教学质量,这才学生自己调节仪器的零点,这不仅要花费很多时 是最困难的,却是教学改革的最终目的.只有在间,而且原理过深高中水平的学生难以掌握.我 较少的学时、较低的难度和不多的实验个数条件们把它改为“X光透视与食盐晶体结构分析”,避 下,仍然能夯实学生的实验基础,保证教学质量,免了关于X光衍射理论的严格阐述,加入了观察 这样的改革才算是成功的 X光透视像的定性内容,让学生观察他们自己计 3实验内容的改革 算器的内部结构或笔袋的内藏物,使其兴趣大增 且由于加入了观察透视像的清晰程度与X光管 为了实现上述原则,我们在实验内容上进行电压、电流关系的内容,使学生对Ⅹ光产生的原 了重大的改革,首创了一批“定性与半定量实验”,理有了更深入的了解 提高了学生的兴趣增强了实验的物理内涵3;引 4)原来比较枯燥的“音叉固有频率测量”改成 入了美国的MBL实验( Microcomp uter Based了“编钟探秘”,由音叉改为编钟,不仅学生兴趣大 Lab),并将其“中国化”(硏制硬件、汉化软件,开增,而且由于编钟的形状特异、音色丰富,使实验 发适合于我国的实验内容),使计算机实测技术与的物理内涵更精彩了 普通物理实验相结合,有效的缩短了学时,提高了 5)原来的“全息照相”实验是按传统的方法采 教学质量;简化了一些重要的近代物理实验,使用透射式光路拍摄的,耗时较长,且得到的照片只 之适合于一年级的学生,提高了实验的现代化水能在激光下观察.为适应平台实验的需要,我们 平,也进一步激发了学生的学习积极性1;特别注创造性地改用反射式光路拍摄,结果,不仅节省了 意了实验内容的综合性,使学生能以较短的时间实验时间,得到的照片还可以在阳光或灯光下观 2 01995-2006 Tsinghna Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved.知识和技能要全面发展 ,因此 ,分配给基础物理实 验课程的学时必然要相应减少 ,这是合理的. 实 际上 ,按照学校的安排 ,一年级学生学习物理实验 的学时数为 36 学时 ,即学习一学期 ,每周 2 学时. 这比我们过去常规的普通物理实验(每周 3 学时) 减少了 1/ 3. 但是 ,由于物理学在其他各学科的广 泛应用 ,使学生普遍认识到学好物理对从事本专 业研究工作的重要意义 ,因而对实验中物理内涵 的要求比过去更高. 这就要求我们在减少学时的 条件下 ,加强物理内涵. 2) 为了适应教学对象 ,平台实验教学必须降 低难度、提高兴趣. 过去的普物实验是在二年级 做的 ,但作为平台实验 ,必须在一年级做. 由于仪 器设备有限 ,实验不得不实行大循环 ,即有的学生 开学第一周就要做最后一个实验. 这实际上是要 求每个实验的难度都要降低到适合高中毕业生的 水平. 此外 ,平台实验还要求提高学生的学习兴 趣. 因为对于平台教学而言 ,学生只是选择了“理 科”或“医科”这样的大方向 ,具体到哪个系是待定 的. 究竟到哪个系、哪个专业去 ,实际上取决于学 生在各平台课程中对哪一类课程感到有兴趣、更 适合自己. 因此 ,那种虽有较好的内容却枯燥乏 味的实验 ,我们必须把它改造成饶有兴趣的实验. 3) 为了达到最终目的 ,平台实验教学必须夯 实基础、保证质量. 减少学时、降低难度 ,这是容 易做到的 ;而与此同时要仍然保证教学质量 ,这才 是最困难的 ,却是教学改革的最终目的. 只有在 较少的学时、较低的难度和不多的实验个数条件 下 ,仍然能夯实学生的实验基础 ,保证教学质量 , 这样的改革才算是成功的. 3 实验内容的改革 为了实现上述原则 ,我们在实验内容上进行 了重大的改革 ,首创了一批“定性与半定量实验”, 提高了学生的兴趣、增强了实验的物理内涵[3 ] ;引 入了美国的 MBL 实验 ( Microcomp uter Based Lab) ,并将其“中国化”(研制硬件、汉化软件 ,开 发适合于我国的实验内容) ,使计算机实测技术与 普通物理实验相结合 ,有效的缩短了学时 ,提高了 教学质量[4 ] ;简化了一些重要的近代物理实验 ,使 之适合于一年级的学生 ,提高了实验的现代化水 平 ,也进一步激发了学生的学习积极性[5 ] ;特别注 意了实验内容的综合性 ,使学生能以较短的时间 在较少的实验中学到更多、更广泛的物理实验知 识和技能[ 2 ] . 以下举例说明. 1) 量子论实验是一个重要的近代物理实验 , 过去一直用本校自制的夫兰克2赫兹实验仪 ,该仪 器用充氩管 ,学生至少要测量 50 多个数据 ,才能 得到实验结果 ,因而很难用 2 学时来完成. 现在 改用充氖管 ,学生只要测量 20 来个数据 ,就能得 到实验结果 ;特别是它不仅能测到伏安曲线 ,还能 让学生看到一片一片的红光[5 ] ,这些定性实验的 内容不仅生动地体现出原子能量的量子化 ,而且 增加了关于原子激发与发光关系的讨论 ,物理内 涵更深刻了. 2) 研究冷却规律的实验 ,过去是让温度计加 热后慢慢冷却 ,用秒表记录时间 ,用肉眼观察和记 录温度而得到降温曲线. 这个实验耗时较长 ,因 为降温不可太快 ,否则来不及观察. 现在 ,我们把 从美国引入的 MBL 实验技术用到这一实验中 , 用温度传感器代替温度计 ,配以计算机及软件 ,就 可以在很短的时间内测出降温的规律. 采用这套 系统后 ,学生不仅在 2 学时内有足够的时间完成 原来 3 学时才能完成的内容 ,而且还有多余时间 可以做一些自己想做的实验 ,如有学生把传感器 加热后投入水中或油中 ,测量它的骤冷规律等 ,使 该实验的物理内容更为丰富[4 ] . 3) 原来的“X 光衍射晶体结构分析”实验要求 学生自己调节仪器的零点 ,这不仅要花费很多时 间 ,而且原理过深 ,高中水平的学生难以掌握. 我 们把它改为“X 光透视与食盐晶体结构分析”,避 免了关于 X 光衍射理论的严格阐述 ,加入了观察 X 光透视像的定性内容 ,让学生观察他们自己计 算器的内部结构或笔袋的内藏物 ,使其兴趣大增 ; 且由于加入了观察透视像的清晰程度与 X 光管 电压、电流关系的内容 ,使学生对 X 光产生的原 理有了更深入的了解[ 6 ] . 4) 原来比较枯燥的“音叉固有频率测量”改成 了“编钟探秘”,由音叉改为编钟 ,不仅学生兴趣大 增 ,而且由于编钟的形状特异、音色丰富 ,使实验 的物理内涵更精彩了[ 6 ] . 5) 原来的“全息照相”实验是按传统的方法采 用透射式光路拍摄的 ,耗时较长 ,且得到的照片只 能在激光下观察. 为适应平台实验的需要 ,我们 创造性地改用反射式光路拍摄 ,结果 ,不仅节省了 实验时间 ,得到的照片还可以在阳光或灯光下观 第 8 期 沈元华 ,等 :深化教学改革 ,创建“平台物理实验” 32 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved