大学物理学科竞赛的课程化探索

为提高本科生的自主创新性,促进拔尖人才创新实践能力的培养,激发本科生做科研的兴趣,本文从目前学科竞赛和实验教学中存在的问题出发,调研和分析了目前国内双一流高校物理类学科竞赛与本科生实验教学结合的教学经验,并结合兰州大学物理与科学技术学院相关实践课程、物理学科竞赛的开展情况及问卷结果,提出了“学科竞赛课程化”的教学方案。从教学目标、教学模式、教学内容、考核方式、学分政策、师资及教学条件等方面作总结阐述。以物理学科竞赛为引导,以真实的赛题为研究对象,该教学方案的实施将有利于本科生科研能力的培养,同时也将促进物理学科竞赛成绩的提高。

基于大学物理实验课程的师范生培养实践研究

促进师范生的创新能力与教学能力协同发展,培养具有综合能力的新时代教师,是师范类院校人才培养的发展趋势.本文提出“项目赋能、思维养成、德育融合、多维促长”的培养模式,即以项目化教学为基础,通过优化课程组织模式、课堂教学方式等手段,针对性地培养学生的创新能力;在实际教学过程中,以基本教学方法和能力培养为基础,重视学生实验能力的拓展,促进学生创新能力和教学能力同向同行;将思政教育融入到课程学习过程的各环节,促进学生自主思政学习;通过优化课程评价模式,将创新实践、思政教育融入课程评价,使课程学习情况评价更加立体.该人才培养模式将师范教育与创新能力培养有机结合起来,对构建全新的教学模式、学生综合能力培养新体系具有重要意义.

科研成果转化为近代物理实验教学内容的研究与实践——以“偶氮染料掺杂聚合物薄膜材料光学特性测量”实验为例

科研成果转化为近代物理实验教学内容对于培养学生的创新能力、提高学生的科研素质和科研能力具有重要的作用。本文介绍了"偶氮染料掺杂聚合物薄膜的材料光学特性测量"系列实验的科研背景和教学设计,并进行了教学总结。

结合定量仿真的虚实结合物理实验教学模式

理论物理、实验物理和计算物理是当前物理学的三大学科分支,在物理实验教学过程中若能将三者有机融合,将能有效提升实验教学的质量。中山大学物理实验教学中心在教学改革中,引入多种科研常用的仿真软件,基于定量仿真,在力学、热学、电磁学、光学等内容分支中构建了若干"实验-仿真-实验"的实验模块,采用虚实结合的教学模式,初步实现了三种方法的融合。让学生从低年级开始就采用科研的工具和方法进行物理实验,有效促进其研究能力和创新能力的培养。

近代物理实验课程的SCOP教学方法探讨--以光谱系列实验为例

基于近代物理实验课程的教学目标、教学内容和组织方式,针对授课过程中发现的问题,提出了SCOP教学方法,即:科学问题引领、合作式探究、开放式讨论和渐进式实验.介绍了SCOP教学方法的概念与结构、实施方式、需要注意的问题以及对学生、教师和课程协调发展的作用.实践表明:SCOP方法可以帮助学生掌握实验的核心思想与知识脉络,帮助学生养成独立思考、批判质疑的精神;SCOP方法有助于教学与科研的融合,促进教师学术水平的提高.

基于物理学大类招生的师范院校电子信息专业人才培养模式探索

对所在高校实施大类招生和培养是当前学科交叉、渗透的必然趋势。学院对所在高校电子信息科学与技术专业依托物理学大类招生的人才培养模式开展了探索性研究,从培养方案制定、课程体系建设、学科交叉融合等方面展开了讨论,并结合专业优势进行了改革,形成了具有一定特色的人才培养模式,着力培养物理基础扎实、实践能力强的卓越工程技术人才和基础教育科技创新人才。

基于通用设备和Multisim的虚实结合电学实验教学模式

实物实验与虚拟仿真实验,特别是基于物理模型的定量仿真实验同步有序进行,是当前提升实验教学效果的有效手段之一。这种教学模式既优化了教学资源,丰富教学方法和手段,又体现了物理学是实验科学的本质。结合基础物理实验教学需要,设计了包含RLC串联电路实验、交流电桥测电容电感实验、混沌电路实验和Multisim电路仿真等教学内容的虚实结合电学实验模块。将实验研究和定量仿真两种研究方法在实验课程中相结合,让学生从低年级就开始采用科研和工程设计的思维方法完成教学实验,能够有效培养其对知识的综合应用能力和创新能力。

以衍射实验为例谈虚实结合实验教学模式

互联网、云计算、大数据等新网络信息技术不断更迭,催生了许多新的教学形态。作为一种新的教学形态,虚拟仿真实验依托虚拟现实、人机交互等信息化技术,在增强学生实践和科研能力、提高人才培养水平方面有着独特的优势。为发挥虚拟仿真实验的优势,我们构建一种结合成熟软件的适用于非物理类本科专业低年级的虚实结合实验教学模式,并以光学衍射实验为例,详细介绍这种模式的教学应用。实践表明,这种基于科学模型的可精确调节参数的定量仿真可有效提升传统实验教学的效率,拓展教学内容的广度和深度,提升实验教学的质量。

基于通识教育的实验教学的探索和研究

目的:通过在全校开设的应用型实验通识课教学的探索和实践,拓宽学生的受益面,保持课程的可延续性;培养学生的理性逻辑思维,提高综合素质。结论:应用型实验通识课,能有效提高学生的科学素质和理性逻辑思维,教学效果较好,具有一定的推广价值。

基础实验试题B:自组光路测量光栅常量与液体中的声速

介绍了第9届全国大学生物理实验竞赛基础实验试题B的出题思路、实验解析和答题情况.基础实验试题B主要包含3个小题:测量未知透镜的焦距,自组光路测量未知光栅的光栅常量和自组光路测量液体中的声速.试题对大学物理实验相关的内容进行重新设计,逐步递进引导考生完成光学元件基本参量的测量、光路搭建和光学应用3个光学实验经常涉及的核心要素,能够考查考生对光学基础知识的掌握程度、光路设计能力和动手搭建光路的能力.试题的答题情况在一定程度上反映了当前国内光学实验课程的教学效果和存在的短板,为实验教学的进一步提升提供参考.

综合实验试题D:基于迈克耳孙干涉仪的液晶光学和光场相干性实验

介绍了第9届全国大学生物理实验竞赛综合研究性实验试题D的命题设计和实验内容,并给出参考解答以及竞赛结果分析.综合实验试题D基于迈克耳孙干涉仪实验系统,测量液晶双折射率的光学属性和电光调制效应,测量LED光源的相干时间,探究如何改善光场的空间相干性.竞赛结果表明:大部分考生对教学大纲中涉及迈克耳孙干涉仪中的基本实验内容掌握较好,但对常规仪器设备的扩展使用和应用能力尚存在不足,开放性的自主设计和搭建实验光路对培养学生完成既定实验目标的能力仍有待提高.

数字化演示实验助力光学慕课西行——以圆孔衍射实验为例

为了提升光学慕课西行线上同步课堂的教学效果,中山大学光学教学团队运用数字化技术手段,在课堂上通过多镜头线上实时呈现光学演示实验结果,实现了理论与实验相结合,为专业课教学提供数字化教学以及定量分析的功能.以圆孔衍射演示实验为例,从标量衍射理论出发推导圆孔夫琅禾费衍射以及菲涅耳衍射公式,同时测量圆孔衍射的光斑图样随衍射距离的变化.通过对比理论分析与实验结果,将专业课理论数字化呈现,并通过云端实现同步效果,有助于学生理解相关知识点,提升课程的教学效果.

基础实验试题A:线圈耦合效率的研究

介绍了第9届全国大学生物理实验竞赛基础实验试题A的实验内容,给出了参考解答并分析了学生作答情况.基础实验试题A为电磁学题目,试题包含正弦信号典型参量与功率的测量、未知元件的判别、线圈电流的非接触测量、耦合损耗分析与效率优化4个部分.试题在大学物理实验中交流信号基本参量测量的基础上,重点考查学生对示波器等常见电学仪器的使用、常见电学元件特性的掌握、正弦信号与简谐运动的分析和对电磁感应物理图像的理解与综合应用能力.

基于实时数据采集的摆动力学综合实验

在单摆实验基础上,利用转动传感器设计了摆运动的综合实验。准确测量摆动过程中摆角、摆动角速度随时间变化状态,研究了小角度摆动情况下摆球的实时运动状态,验证了单摆小角度摆动的简谐运动,并通过数据拟合准确测定本地重力加速度为9.77 m/s^(2),百分误差仅为0.22%;同时,研究了大角度摆动时摆球的欠阻尼运动,并测定了摆动过程的空气阻尼系数为0.00224 s^(-1)。该方案通过瞬时量的测量实现了多个动力学知识点的探究,能够有效促进学生对相关知识的理解,激发学生探究运动过程中物理量变化规律的热情。

纳米材料与农残检测交叉融合综合实验设计

打破传统学科之间的壁垒,促进基础研究与应用研究相互衔接,实现多学科交叉融合,对于培养满足国家社会发展需求的复合型高层次创新人才具有重要意义。从纳米材料的制备出发,采用化学还原法获得了银纳米颗粒,结合XPS、SEM对其进行了物性表征。在此基础上,采用PERS-F700便携式拉曼检测仪,以贵金属纳米颗粒为增强剂,对红提表皮的倍硫磷进行拉曼快速检测,得出了标准的阳性检测结果。实验涵盖材料的制备、表征及实际应用,融合了材料、物理、化学、农业等专业的相关知识,具有典型的学科交叉特色,有利于锻炼学生的专业技能,提高学生的综合素养和科研创新能力。

感光材料的制备及微纳加工综合实验设计

在新时代“新工科”教育背景下,贴近科技发展前沿,培养家国情怀,提高学生的专业实验水平和科技创新能力意义重大。从当前“卡脖子”的热点问题出发,开展与芯片加工相关的光刻实验。通过使用商用光刻胶,要求学生掌握光刻的理论知识和基本流程;在此基础上,利用感光溶胶-凝胶法自制一种感光材料,并与商用光刻胶进行对比,让学生深入了解光刻胶的特性及其国外垄断和断供现状。通过本实验的学习,可以加深学生对专业知识的认知,同时激发学习热情,这对于培养具有国际视野、家国情怀的高层次、应用型人才十分重要。

综合实验试题C:扭摆法测量材料的切变模量和内耗

基于葛氏扭摆测量固体材料内耗的实验原理,设计了第9届全国大学生物理实验竞赛综合实验试题C,从命题背景、实验内容和参考答案的角度给出了本届参赛学生的整体表现分析.试题C的实验内容为:通过扭摆法测扭丝的剪切模量及内耗.试题C以简谐振动作为出发点,描述了摆杆在扭丝回复力矩的作用下绕摆杆中心轴做符合简谐振动规律的衰减运动.试题共包含3部分内容:理解实验原理并搭建正扭摆实验装置,以此实验装置为基础搭建出光杠杆测量光路;推导出简谐振动形式下,摆杆的转动惯量与周期的关系并计算出不规则摆杆的转动惯量,利用计算出的摆杆的转动惯量得出扭丝的剪切模量;计算扭丝在特定转动频率下的内耗.

“英才计划”物理学科潜质评测系统开发

针对"英才计划"科学选才鉴才的难点,论述建立学科潜质评测系统的目的和意义,并结合兰州大学承担"英才计划"物理学科潜质评测题库开发项目的实际,介绍了系统的设计框架、基本功能和特色点。潜质评测系统实施效果良好,完善了拔尖学生选拔模式,以其公平与公正促成积极的社会效应,使更多的青少年脱颖而出。

共振激励和重力作用下一维水平弦垂直振动驻波理论与实验研究

本文用本征函数展开法和拉普拉斯变换求解了重力作用下水平放置的一端固定、另一端以极小振幅作垂直简谐振动的一维弦的竖向振动波动方程,得出解析解,得到弦(弹性绳)共振形成驻波时的所有本征频率,且本征频率和驻波波腹大小、位置均与重力无关.实验上测量了驻波波腹的数目随共振频率变化的关系,利用理论推导出的波动方程中波速的表达式及测量弹性绳振动时的张力和绳子的长度,算出绳子的质量线密度,与实验值吻合,从另一角度验证了一维弦的横振动所满足的波动方程理论的正确性.

大学物理实验全媒体多元化自主性教学模式实践

随着在线课程的广泛应用以及全媒体技术的蓬勃发展,异地散布式的课程教学渐渐兴起。在全媒体教学生态下进行大学物理实验教学方案的设计与实践,依据教学大纲,提出“全媒体多元化自主性”大学物理实验教学模式,以MOOC课堂及信息化管理系统为依托,虚拟实验及宅家自主设计实验为主体,教师线上教学干预为辅助,较为完整地实现纯线上实验课程教学。该教学模式教学效果良好,满足学习者时间、空间的自由,能够成为传统实验课程课堂教学的有力补充。