高职物理实验与理论课整合的尝试

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  高等职业技术学院,顾名思义是培养高级技术型人才的院校,而非培养理论性人才的地方。物理作为高职院校的文化基础课,对学生知识结构的形成而言是不可或缺的。而传统的高职物理教学大纲注重的是物理知识体系的完整性,是大学物理的简单浓缩和简化,偏重理论教学,严重脱离了高职院校“培养一线高技术人才”的教学宗旨。所以,高职物理课教学改革势在必行。我院在机电工程系进行了试点,停开了物理理论课,将物理实验与理论课进行整合。如今这项改革正在进行当中,效果良好。以下是我们的做法和体会。
  一、整合的思路
  在了解教学大纲要求和学生基本情况后,我们对专业课所涉及的物理知识进行了过滤,结合我院的实验实训设备情况,并综合专业老师和基础课教师的经验和建议将改革思路制定如下:将理论课与实验课进行整合,以实验为平台,密切联系生产实践,强化动手能力的培养,淡化理论知识讲授,删去纯数学公式的推导,体现高职教育的特色。使学生从实验过程中总结出与专业课有关的物理知识。
  二、整合的实施
  1.以实验为平台,总结出物理知识。
  在教学过程中,是将与专业相关的物理概念以实验的形式加以呈现,而非系统地讲述完整的物理学理论知识。例如,转动惯量是机械类专业学生在以后专业课程的学习中经常要用到的概念,那我们就从中学物理中质点的概念引出了刚体概念;从描述质点运动的物理量位移,速度,加速度牵出描述刚体转动的物理量角位移、角速度、角加速度;再运用类比法从质点运动学方程式直接给出刚体定轴转动的运动学方程;又从描述质点惯性大小的物理量——质量,类比引出了描述刚体定轴转动惯性大小的物理量——转动惯量。然后通过实验测定转动惯量这个物理量。这次实验舍弃了复杂的理论推理和公式推导,着重讲解了各物理量的物理意义及相互关系,完全可以满足机械设计基础和机械制造基础两门专业课程对相关知识的需求。从理论到实践,加深了学生对转动惯量的认识,学生对该部分知识的理解和掌握也相对直观了许多,容易了许多。
  动力学内容往往是物理理论教学的重点,其中我们只选取了几个学生后续专业课学习中所需要的物理量概念进行讲授,以物理量为核心对相关知识进行拓展。
  讲授长度测量时,我们安排了刻度尺、游标卡尺、千分尺、光杠杆的使用操作实验。试验中,演示了比较法、机械放大法、光学放大法,目的在于教会学生基本长度的测量,浩渺长度的测量,以及长度的估算。同时,学生通过自己实际操作总结出了有刻度仪器的一般使用方法:一看、二测、三读、四记。“一看”,是测量的第一步,就是要看仪器的“0”点、最小分度值和量程。不同的测量仪器,点有所不同。“二测”,就是在明确仪器的“0”点、最低分度值和量程之后的实际测量过程。“三读”,就是读数时要做到视线和刻度面垂直,可估读的仪器,要估读到最小分度的下一位。“四记”,就是要使用科学计数法并注意有效数字的位数。我们在刻度尺、游标卡尺、千分尺、物理天平、多用电表的使用等多个实验中对于这个通用的使用方法反复强调,不断强化。
  在实验教学过程中,融入理论知识,如系统误差,随机误差的概念,各种误差产生的原因,消除及减少误差的方法,基本的误差理论和误差传递知识,根据不同的测量精度选择不同仪器方法,等等。
  2.反复强化,逐步提高。
  学生将来工作中需要使用的工具和专业课学习中需要使用的仪器,如刻度尺、游标卡尺、千分尺、物理天平、万用表、电子计时器等需要通过多次实验和反复使用。同一种仪器虽在多个实验中重复使用,但不是简单机械的重复。我们反复强调,不同的实验条件有各自不同的使用方法,力争使学生对各种仪器形成较全面的理解。
  在多个实验中反复强化列表法、图解法、逐插法等基本的数据整理方法,以及水平调整、共线调整等基本的实验技能。教会了学生根据不同实验要求选取不同的数据处理方法和结果表示方法。
  3.密切联系生产生活实践,强调对物理知识的运用。
  在长度测量实验中,让学生在实验室中找出1米、1分米、1厘米、1毫米的器具,估算教室的面积,教学楼和科技楼的高度。还要求学生估算1个乒乓球、1个橘子、1瓶矿泉水、一个同学的质量,力争使学生在头脑中对一些基本的计量单位形成直观的概念。在“电源输出功率与负载电阻的关系”实验之后,我们安排学生了解功放机与扬声器的配接方法及定压式与定阴式接法的差别。
  4.做好三个转变。
  与传统的物理课相比,在实施过程中,我们做到了三个转变,一是授课场所的转变:规定课时的80%都在物理实验室进行,增强教学的直观性和可操作性。二是授课时间分配的转变:每个实验3个学时,理论讲1学时,实验操作2学,增加实际动手操作时间。三是授课重点的转变:由重点讲解物理理论知识向以重要物理定律的运用、与生产实际的结合及实验条件的实现为重点,培养学生把物理知识转变为生产力的能力。
  二、取得的效果
  在我系这是第一次将物理理论课与实验课进行整合。从学生反馈的信息看,此项教学改革收到的成效是可喜的。
  1.充分调动了学生的学习积极性。
  由于物理知识相对抽象,且有很多数学计算,而学生的数学知识又相对滞后,因此学生普遍对物理理论课感到难学难懂,学习兴趣不浓。经过本次教学方式的科学改革,省去了难学难懂的理论公式指令性计划,减轻了学生的课业负担。现在学生不仅能看,而且能动手操作,增强了直观性,让学生感到物理不再是一门难掌握的课程,听课情绪异常高涨,提高了学生的学习兴趣,极大地调动了他们的学习积极性。
  2.提高了学生的动手操作能力。
  学生在中学阶段很少动手做实验,缺乏基本的实验技能,缺少必要的实验常识,动手操作能力普遍不高。开始的几次实验,实验仪器的摆放、每个线头的连接、器材的拆解次序等,每一步都需要教师手把手地指导演示,出现操作错误学生也不能自行排除。通过一个学期的实验训练,学生大多能根据实验原理,按照实验要求,合理摆放实验仪器,自行组织实验步骤,正确采集实验数据,实验故障率也大大降低。在电学实验中也能借助多用电表自行排除故障,动手能力有了显著提高。
  3.培养了学生的团队精神。
  为了使每个学生都能够得到锻炼,有亲自动手操作的机会,我们规定每个实验小组由3—6人组成。在实验过程中,学生只有合理分工,团结协作,才能顺利完成每个实验项目,提高实验效率。试验过程中团结协作的团队精神的培养,是理论课程教学无法完成的。
  4.最大限度地提高了设备的利用率。
  以往,实验室全年的学进数在10000个左右,今年第一学期仅机械工程一个系就突破了20000个。两个实验室全天六课时全部排满试验。五个工作日至少要完成40余课时的实验授课任务,最大限度地提高了设备利用率。
  三、存在的问题及对策
  在整合过程中,难免存在这样那样的问题。我们认为最大的问题是:降低了理论知识的宽度和深度,单用实验形式进行讲授专业课所需的物理知识面相对较窄。
  针对存在的问题,我系拟采取以下对策:1.进一步增加物理实验内容,最大限度地拓展更加贴近专业知识需求的物理实验项目,更好地为专业课教学服务。2.深入研究专业课教学内容,过滤其中所蕴含的物理知识,更加准确地把握物理课理论教学的深度,对理论较深的内容和必要的数学推导,以阅读材料的形式给出,供学有余力的学生参考,授课时可不做统一要求。3.对于那些不能用实验形式呈现的理论知识,教学过程中可单独列出,开设物理理论选修课,为学生提供进一步探讨学习的机会。
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