数字化教育背景下大学物理实验MOOC教学模式探索与实践

本文以北京科技大学“大学物理实验”教学为例,通过不断探索和教学反馈形成了数字化背景下大学物理实验MOOC教学模式;利用MOOC、仿真实验、实时数据后测系统、报告系统等线上手段最终形成了针对本校学生的线上异步SPOC课程与线下同步实验课程相结合的教学模式、线上线下混合式实验教学的操作模式。该操作模式有机融合了学生预习、交互式学习、操作个性化指导、数据检验、报告提交、线上答疑等各个方面,并实行过程性考核与结果性考核有机结合的多样评价和过程跟踪的考核方式,实现学生智慧学习的个性化、数字化和交互式,以此激发学生的学习兴趣和提高学习质量。此外,针对外校学生和社会学习者的MOOC与仿真结合的同步教学模式,行之有效,让实践课程可以突破校园边界,具有一定的推广价值。

一种可用于大学物理实验的开放式相变过程探究与相变潜热测量实验装置的探索

相变材料在我们生活中有着广泛的应用,学习和研究相变材料的热学特性具有重要的实际意义。然而,目前市面上测量相变材料热学特性的量热装置大都是在密封区间内进行的,学生并不能观察到完整的相变过程。同时,过于昂贵和复杂的仪器装置使得该类热学实验在教学实验中少有涉及。本文通过理论推导得到了相变材料的相变潜热和温差变化曲线与基线所围成的峰面积的关系式,并搭建了一种简易的开放式量热装置。该装置用珀尔贴板作为热源,利用半导体氧化锌铝薄膜的热电效应测量温度,通过数据采集卡和LABVIEW程序完整地记录相变过程的温度变化。本文实验以金属镓作为样品,标定得到参数h_(T)=0.52(J/(K·S))以及0.206~0.692g间10组不同质量的金属镓的相变潜热。该装置结构简单、操作便捷,可为研究相变材料的热学特性及大学物理实验等提供技术参考。

以本科生科技创新和物理实验竞赛促进创新型人才培养的探索

本文尝试通过物理实验课程、物理实验竞赛与本科生科技创新活动相结合,寻求一个能够使得大学物理实验课程在高校创新型人才培养中发挥更大作用的途径.我校在三者结合方面进行了多年的尝试,并取得了一定的效果.教师可以通过物理实验竞赛和本科生科技创新促进物理实验课程的改革,学生也可以通过三者的结合掌握科学研究的方法,进而达到高校创新型人才的培养要求.

利用阻抗分析仪测量薄膜材料的介电性质

讨论了使用阻抗分析仪测量介质薄膜介电性质的方法。通过Agilent 4294A高精度阻抗分析仪、16047A夹具以及探针平台，搭建了介质薄膜C—V曲线测量平台，测量了沉积在p—Si衬底上的HfO2薄膜的介电常数，并计算得到了p—Si衬底与HfO2薄膜界面的界面态密度、其附近的固定电荷密度，以及可动离子电荷密度。该文内容可以作为大学物理实验的一个研究性实验项目。

高速相机在弹簧振子实验中的应用

弹簧振子实验是高校中广泛采用的研究简谐振动规律的实验项目,本文将高速相机引入弹簧振子实验中,并在2013年对我校12级黄昆班的理科物理实验Ⅰ中进行了教学实践.从效果来看,学生通过高速相机的使用,对振子的运动形式进行了直观的实验观察,通过实验同学们对振子运动过程中的能量转化、空气阻尼对振子运动的影响、振子运动与单摆运动的耦合等实验现象进行了分析和讨论,切实加深了对简谐振动运动形式的理解.

利用红外光谱测量氮化镓薄膜的载流子浓度和迁移率

利用红外光谱仪无损测量氮化镓薄膜的反射红外光谱,通过拟合计算获得薄膜的载流子浓度以及迁移率.实验测得氮化镓薄膜的载流子浓度为3.204×1018 cm-3,迁移率为2.149×102 cm2/(V.s),该结果与霍尔效应方法测量结果一致.

将拉曼光谱技术引入大学物理课堂教育的浅析

"新工科"的建设要求我们培养具有面向未来的跨领域、跨学科的综合创新型人才。在这样的背景下,在大学物理课堂教学中加强教学内容与高新技术之间的联系与融合显得尤为重要。本文介绍了拉曼效应的发现、拉曼光谱技术的基本原理以及拉曼光谱技术的一些应用。希望以拉曼光谱技术为例,抛砖引玉,尝试使新的物理学实验方法与手段进入课堂,改变学生们对大学物理教学中内容陈旧的印象,体会到物理学是新技术发展的源泉。

将LED光谱测量引入大学物理实验

"新工科"的建设要求我们培养具有面向未来的跨领域、跨学科的综合创新型人才。在这样的背景下,在大学物理实验教学中引入高新技术相关实验内容就显得尤为重要了。本文从LED领域的相关发展、LED发光原理及其光谱特性等几方面入手,给出了光栅光谱仪在LED发光光谱实验中的几个实验相关内容。希望通过本文,给出适合于大学物理实验的LED发光光谱实验内容,以实验内容为基础,给学习大学物理实验的学生更宽的视野,并打好未来工作的基础。

大学物理实验线上教学的实践与思考

在2020年春季学期,受新冠肺炎疫情的影响,我校《大学物理实验》课程实施了线上教学。选择了科大奥锐的虚拟仿真实验作为线上实验平台,在教学过程中融入了网络直播课程、微课视频等教学方式并设计了基于学生能力考查的期末试卷。通过对比学生疫情前后的期末考核,发现采用这种教学方式的线上实验教学效果在学生的实验数据处理能力、实验学习能力、实验操作的理解等方面均与传统教学相差无几。但在文献阅读能力方面,由于学生"宅家"的过程中查阅文献不方便,文献阅读能力没有得到有效锻炼。这个结果为我们将来开展线上教学给予了一定的借鉴,尤其在后疫情时代,对于不能返校的留学生的物理实验教学方面更具有参考价值。

全息照相实验中光强的测量

文章提出了使用硅光电池配合LED电压表测量参考光以及物光光强的实验方法。经过实验与教学验证,该方法简单易行、性能稳定、成本低、在全息实验教学中取得了良好的教学效果。

樱桃水分变化的低场核磁共振

利用低场核磁共振技术对樱桃在常温储存条件下内部水分的变化、迁移规律进行了研究。采用CMPG脉冲序列测量自由诱导指数衰减曲线,并对曲线进行反演操作,得到了横向弛豫时间T2谱。结果表明,樱桃内部水分主要存在自由水、不易流动水、结合水3种状态,自由水含量随储存时间不断减少,一部分蒸发散失到外界,另一部分和大分子结合为结合水与不易流动水,以维持果肉细胞正常的代谢活动。在储存后期,部分自由水向果核迁移,保证核内有足够的水分和活性。核磁共振成像实验结果表明,随着储存时间的延长,果皮与果肉分层,果肉水分逐渐向内迁移,与T2谱分析结果一致。

基于课题型的研究性实验教学模式探索与实践

为了适应具有一定实验训练基础的高年级本科生对科学实验能力培养的更高要求,结合应用物理系的学科优势和师资优势,在物理实验教学中,提出了基于课题型的研究性实验教学新模式,从课题型实验的选题、教学组织、成绩评定等方面进行了一系列改革。引入科研思维训练的教学理念,在课题的选择上注重实验的科学性、先进性、前沿性、可行性,形成适合课题型实验教学的组织方法体系,建立一种"全过程-多方式-立体化"评价体系。实践证明,该模式的实施有助于激发学生主动学习和主动探索的积极性,培养和锻炼学生的科研能力与创新意识,尤其是对拔尖创新人才的培养具有重要意义。

磁场退火温度对Ni_(80)Fe_(20)薄膜磁畴结构的影响研究

利用电子束真空蒸发方法制备了厚度100nm的Ni80Fe20薄膜,研究了磁场退火温度对薄膜磁畴结构的影响。利用振动样品磁强计测量了磁滞回线,利用磁力显微镜观察了薄膜的表面形貌和磁畴结构。结果表明:磁畴结构为明显的条状畴,磁畴宽度最大值约为860nm;随着磁场退火温度的升高,磁畴取向趋于沿垂直膜面方向,退火温度为600℃时,沿着主畴的畴壁形成了细小的横向细畴结构。

信息化技术与物理实验教学的深度融合

北京科技大学通过3年的系统研究,对比了传统实验报告撰写方式和信息化融合后的报告系统撰写方式对培养学生实验、科研能力的影响.探索了使用计算机智能评判技术提高学生实验报告撰写质量的可行性及方法,将信息化技术应用于物理实验教学过程中.在2015年年底的对比试验研究中,可以看到我们建立的物理实验报告智能评阅系统,通过网络撰写、智能评判既保持了传统手写报告训练的优势,又大大促进了学生实验数据处理和实验分析能力的培养,在保证报告评阅过程中的全面、公正与公平性的同时,还极大地减轻了教师批改实验报告的工作量.

“现代物理实验”课程研究型教学探索与实践

对面向物理系高年级本科生开设的"现代物理实验"课程进行了大力度的建设与创新,建立了薄膜样品制备平台、薄膜物性测量平台、表面形貌表征平台、软物质(颗粒物质)实验平台等4个通用开放实验设备平台,探索了以课题型实验串通整个课程教学内容的研究型教学模式,提炼出一些反映学科发展和热点的研究型实验课题,有效促进了学生的自主性、创造性学习活动,强化了学生科学思维、团队协作和成果展示能力的培养.

光电倍增管光谱特性实验设计

提出了把光电倍增管光谱特性作为研究性实验内容的设计方案,通过实验可以测定白炽灯辐射的相对功率的光谱分布曲线、光电倍增管的相对光谱响应曲线,标定光电倍增管响应的峰值波长,研究缝宽、温度、磁场等对光电倍增管光谱特性的影响,也可以利用此实验平台研究其它光电器件的光谱特性。

基于多元智力理论的学生实验成绩量化评价

基于多元智力理论,细化学生学习过程中的各个环节,制定量化考核标准,构建了多元化-全过程大学物理实验课程学生成绩量化评价体系.该评价系统注重学习过程考查和学生能力评价,突出平时考核,旨在更科学、客观地评价学生的学习成绩,引导学生自主学习,提高学生实验的积极性和主动性,促进学生科学实验素养形成,切实提高实验教学的质量.

薄膜材料电容率的测量

利用阻抗分析仪测量了金属-介质薄膜-半导体结构的C-V特性曲线.由积累区电容得到所制备HfO2薄膜的电容为1.24 nF,计算得其相对电容率为12.49.

微波布拉格衍射实验中发射喇叭张角引起的奇异峰

分析了微波布拉格衍射实验中发射喇叭张角在模拟晶体(100)面引起奇异峰的原因,由于喇叭发射的微波不是严格的平面波,产生布拉格衍射时存在一个临界掠射角,掠射角小于临界角时,接收喇叭不但可以接收到晶面反射波,还可以直接接收到发射喇叭发射的微波,二者相干叠加而产生奇异峰,理论计算得到了奇异峰对应的掠射角,与实验测量数据吻合.

用平面声波方式实现颗粒悬浮的理论讨论

平面相控阵技术是将多个换能器通过矩阵的形式排布在一块电路板上,通过调节输入信号独立控制每个换能器发出声波实现声悬浮的方式。本文从声学的基础理论出发,给出了所有平面相控阵单元相位相同时的声辐射势的计算表达式,通过MatLab与Comsol仿真给出了空间中可能的悬浮点,看到悬浮点排列呈现周期性,并通过研究悬浮势阱的宽度性质解释了实现三维移动的原理,最后我们通过实验证实了理论与仿真的可靠性。