高校本科生导师制的探索——以同济大学物理科学与工程学院为例

本科生导师制是高校近年来普遍实行的由导师对本科生的学业、品德、生活等各方面进行个性化指导的教育制度。同济大学物理科学与工程学院试行本科生导师制已三年时间,尝试以此为基础对本科生导师制进行探索及改进。

基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价研究——以美国科罗拉多州立大学虚拟设计性物理实验为例

科学探究能力是体现科学素养水平的重要指标,科学探究能力的培养已成为当前国际科学教育改革的核心理念。物理课程标准对科学探究及大学物理实验能力作出了明确的要求。但是,目前在“设计性物理实验”中表现出的科学探究能力的评价体系并不完整。为此,本研究构建了基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价量表及结构方程模型,该模型在有效性和合理性等方面均达到标准。同时本研究根据模型拟合结果对科学探究能力各维度设置了相应权重。基于此模型进行实证研究,结果表明,不同性别的学生在科学探究能力方面存在显著差异,而不同年级的学生则没有显著差异。此外,学生已有的知识水平对科学探究能力下“分析与论证”维度起到了较为显著的调节作用。

基于SPOC的大学物理课程实践效果研究——以同济大学的物理课程为例

继MOOC风潮之后,SPOC应运而生。若称MOOC是对传统教育模式的冲击,那么SPOC就是对课堂内外学习价值的深度重构,两者所产生的教育影响均不容小觑。文章以SPOC教学模式在同济大学"普通物理"课程中的教学实践为例,对其进行了实践效果的分析,并结合该教学实践从教师、学生和环境三个方面分析了影响教学效果的关键因素,旨在为进一步改善教学环节提供参考。

“翻转式”MOOC课堂和传统课堂教学效果对比研究——以同济大学大学物理课程为例

由于"翻转课堂"和MOOC教学近两年在全球的风靡,中国国内各大高校和公司也在尝试将这两种教学模式引入教学中,以期能提高教学中学生的成绩和教学效果。本文试图能将两者找到一个结合点,将"翻转课堂"的部分教学环节和MOOC平台相结合,形成"翻转式"MOOC课堂,同时选取同济大学大学二年级的两个大学物理本科班为研究对象,将其用于教学,探讨相对于传统班级其是否对学生的成绩有所影响。为了说明"翻转式"MOOC班教学效果和普通班教学效果的对比是有可靠依据的,对教学过程、评价方式的合理性进行了分析。进而通过对"翻转式"MOOC班和普通班的学习成绩,成绩分布等进行比较,并进一步对差别进行相关分析,论证"翻转式"MOOC班对学生的成绩和教学效果有促进作用。

同济大学普通物理混合式教学的研究与实践

混合式教学能够结合在线学习与课堂教学的优势,近年来一直是普通物理教学改革的热点。自2013年以来,同济大学普通物理课程教学团队依托工科物理教学基地的支撑,开展了历时8年的大学物理混合式教学的研究与实践,取得了较好的成绩。课程在教学设计上,以“在线学习+课堂讨论+练习巩固”为主要教学环节,结合多年的教学实践,将翻转课堂、协作学习、探究学习等学习模式融入混合式教学,利用慕课堂和课堂应答系统实现课堂教学的交互,突破了大班条件下实施翻转课堂教学的困难,逐步形成了一套行之有效的线上线下混合式教学模式。

同济大学精密光学工程技术研究所二十年创新历程

同济大学精密光学工程技术研究所成立二十年来,以探索前沿科学问题、突破核心关键技术、服务国家重要应用为目标,形成了理论与模拟相结合、科学问题解决与关键技术突破相结合、基础研究与重要应用相结合的特色,形成了研究所的发展理念,打造了高水平研究平台,在X射线器件与系统、强激光薄膜与应用、光学纳米计量与测试、微纳光学与智能感知四个研究方向上取得了突出的研究成果,已成为高层次人才培养和高水平科学研究的重要基地。

大学物理实验教学系统中预警模型构建与应用

随着混合式学习模式和在线学习系统的广泛应用,在线学习系统中产生大量学习数据和记录,为学习预警的研究提供了数据来源和有力支撑。针对混合式学习的大学物理实验课程情境,对建构组学生的在线学习数据进行探索性的因子分析,设计了学习预警模型指标,并利用层次分析法确定模型指标权重,以精准率和召回率的加权调和均值为依据确定预警阈值。教学应用发现,验证组学生数据验证模型具有良好的可用性,可据此设计开发学习预警功能。基于学生在线学习数据构建的学习预警模型,有助于甄别学习困难的学生,进行有效预警,实现个性化教学。

非厄米物理启发的高效无线电能传输

无线电能传输技术是指不需要线缆或者波导结构,利用电磁波直接将电能从电源传输到负载的技术。作为能量传输的一种全新方式,无线电能传输技术可以极大地提高供电设备的安全性、可靠性和便捷性,其在消费电子行业、自动化工业车间以及人工智能平台等需要高自由度供能的场景中具有重要的应用价值。目前无线电能传输技术仍存在一定的局限性,特别是对于广为关注的磁共振耦合无线电能传输技术,面临着高效率和稳定性难以兼顾的巨大挑战。文章以近场无线电能传输技术为研究框架,深入介绍非厄米新物理在无线电能传输系统中的调控机理,及其在高效、稳定、待机功率损耗、电磁环境兼容等方面的突出优势,最后对无线电能传输未来的研究方向进行了展望。

近代物理实验课程的思政教育探索

围绕“三位一体”的人才培养目标,提出基于近代物理实验课程的思政建设体系。以金刚石NV色心量子计算实验为例,在优化教学目标的基础上,从回顾科学历史、了解前沿动态、夯实基础知识和自主拓展研究四个维度融入思政教育,丰富实验内容。利用智慧教学工具,采用启发式讲授法结合演示、小组讨论、自主合作探究和任务驱动等方法展开教学,改革传统授课方式。采用具有“导、学、练、展、评”五个教学环节的SPOC混合式教学模式并配合在线网络教学平台,以及现代教育技术手段拓展思政教育的空间维度,提升思政元素的融入效果,实现立德树人的根本任务。

过程性评价对工科物理教学质量的影响研究

本研究以课堂测验的形式探索过程性评价对学习效果的影响。学生层面上,通过使用学习投入问卷对工科学生的大学物理学习投入进行测量,发现过程性评价除了检查课堂学习效果,还是提升学生情感投入的一个有效途径。教师层面,通过使用Rasch模型对大学物理课堂测试数据进行分析,发现过程性评价有助于出题教师优化测试题库,任课教师根据测试反馈也可以不断建构和修正教学内容,提高教学质量。

单层SnS的光电效应及应变工程的第一性原理研究

光电探测器在工业制造和军事国防等各领域用途广泛。近年来,研究者在寻找一种兼具极化灵敏度高与光响应强的特点的光电探测器。在可见光范围内,SnS是一种制作具有各向异性光电探测器的半导体材料。本文基于第一性原理,采用非平衡态格林函数(NEGF)与密度泛函理论(DFT)结合的方法对单层SnS两个器件方向(Armchair和Zigzag)的光电性质进行理论计算。研究发现,在零偏压下,两个方向的光电流数值均较小,通过加偏压的方法可以获得稳定的光电流。计算了小偏压0.1~1.0 V(间隔0.1 V)、线性偏振光照射下最大光响应随光子能量的变化,发现单层SnS在光子能量为2.4与3.2 V时最大光响应数值较大且十分稳定,并结合能带图和态密度图分析了光响应产生的微观机制。本文通过计算消光比,发现单层SnS具有极强的偏振灵敏度。最后,通过施加双轴应变的方法,器件的不对称性显著增加,极大增强器件在零偏压下的光电流,其中压缩应力数值为-6%时对光电流的提升十分明显。希望以上结果能为单层SnS设计用于光电探测器提供理论参考。

常态化防疫下大学物理课程在线教学的思考

在新冠疫情反复和常态化防疫的情况下,在线教学成为高校主要的教学方式。本文根据大学物理课程在线教学的优、缺点,从大学生心理健康、教学内容与形式以及课后评估三方面进行深入思考,进一步提高大学物理课程在线教学的教学质量。

基于高阶非厄密物理的磁共振无线电能传输研究进展

近年来,基于宇称-时间(parity-time,PT)对称的非厄密物理机制在磁谐振式无线电能传输(wireless power transfer,WPT)领域取得了显著进展.非厄密物理不仅有效地解释了当前WPT领域基于电路理论分析的主要实验结果,而且为进一步提升WPT器件的传输效率、距径比、鲁棒性等方面提供了全新的原理支撑.本文主要综述了基于PT对称、高阶PT对称、高阶Anti-PT对称等条件下的高效稳定磁谐振式WPT的研究进展,揭示了非厄密物理在该领域的独特作用机制及重要应用.最后对非厄密物理在WPT领域的应用前景进行了展望.

固体物理学中的贝里曲率

固体中周期性势场和布洛赫定理赋予贝里曲率新的内涵,对于布里渊区k点处第n个能带,其布洛赫函数的调幅因子为u_(nk)(r),则相应贝里曲率Ω_(nk)=▽×A_(nk),其中贝里联络A_(nk)=〈u_(nk)|i▽_(k)|u_(nk)〉.如果晶体同时存在中心反演和时间反演对称性,贝里曲率在倒空间处处为零.若上述对称性被打破,或者存在自旋轨道耦合,或者存在能带交叉,则存在非零的贝里曲率.贝里曲率的存在使布洛赫电子产生与外电场垂直方向的反常速度,由此产生本征反常霍尔效应和自旋霍尔效应以及非线性霍尔效应.本文有助于加深对布洛赫波函数以及玻尔兹曼输运方程的理解.

从OC到MOOC大学物理课程建设再思考

本文结合同济大学前期大学物理精品资源共享课的建设,通过对比分析从OC到MOOC教学模式的差异,以及在"翻转课堂"教学中的一些实际效果,提出本校大学物理课程建设的新思路。

“互联网+”环境下大学物理教学改革历程与趋势

基于2013年以来全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会大会报告以及会议论文,本文对"互联网+"环境下大学物理教学改革发展情况进行了归纳与分析,并探讨了大学物理教学改革的趋势。

信息技术支撑下的大学物理精品资源共享课建设

本文通过探讨精品资源课程建设需要的教育技术,明确了我们建设精品资源课程的指导思想和理念;并结合建设大学物理课程的实际工作,简述了对原国家精品课程进行转型升级的具体做法及展望。

基于SPOC的大学物理课程混合式教学设计与实践

本文以作者实施基于SPOC的大学物理课程混合式教学5年的教学实践以及部分研究结论为载体,以教学模式实践者的身份,通过探讨慕课、微课、翻转课堂、混合式教学的基本特征,分析大学物理课程教学3种可能的教学目标定位,构建了"在线学习+课堂讨论+实践环节"的"互联网+教学"模式,提出了各学习单元3个环节的设计要素和讨论题目设计时应关注的7类问题。本文还以自主研发的"基于WiFi的课堂互动系统"应用为例,介绍了教育技术在课程混合式教学设计中的应用案例和教学效果。希望对刚刚起步或有意愿开展基于SPOC的混合式教学的老师们有一定的参考价值和借鉴作用。

学科竞赛视角下项目式实验教学的研究——以第三届“卓越杯”大学生物理实验竞赛为例

以项目学习为核心的实验教学能够有效提高学生科学实验能力、科学素质、科学思维方法和科学研究能力,是基础学科卓越创新人才培养的关键。以第三届“卓越杯”物理实验竞赛中进入决赛的24支参赛队为样本,通过对参赛学生项目开展路径的调研,结合专家评分与同伴评价,对竞赛中开展项目式教学的人才培养路径与模式进行了实证探索。研究采用滞后序列分析法,对面向卓越人才培养的项目式教学路径进行了归纳总结,分析并完善在项目学习过程中的主要环节。基于结构方程模型论证了研究方法对研究结果的正向影响,肯定了项目式教学对人才创新力的激发作用。

“大学物理”课程在线混合式教学的改革与实践

为了做好新冠肺炎疫情防控期间"大学物理"课程的教学,实现"停课不停学""教学质量实质等效"的教学目标,依托同济大学云课堂(https://courses.tongji.edu.cn/)所用的ZOOM系统和在中国大学MOOC(https://www.icourse163.org/)上所建设的国家精品在线开放课程"大学物理(系列)课程",从多个教学环节开展了"大学物理"课程在线混合式教学模式的改革。经过一段时间的教学实践,取得了积极的成效。本文主要介绍我们教学团队在"大学物理"课程在线混合式教学方面的改革方案和具体做法,以利于相互启发、共同提高。