“物理教学实验示范中心”建设方案
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1、目 录一、指导思想和建设目标1二、建设内容21、 实验教学体系22、 实验教学内容5 实验教学内容现状6 实验教学内容改革10 实验教学内容改革的具体方案123、 实验教学方法和手段144、 实验教学考试与考核155、 实验教学研究166、 实验教材建设167、 中心开放188、 实验教学效果219、 实验教学队伍2110、仪器设备配置2611、环境与设施3412、管理体制与运行机制34三、示范中心建设方案对满足培养计划、目标情况分析和教学质量保证措施35四、示范中心建设特色与创新36五、具体实施37附件一 苏州科技学院物理教学实验中心仪器设备计划表38附件二 20032006年学校投入仪器设
2、备经费. 40“物理教学实验示范中心”建设方案“物理教学实验示范中心”建设是进一步深化物理实验教学改革,提高实验教学质量的重要举措。通过示范中心的建设,可进一步提高我校物理实验教学改革和实验室管理水平;有利于推进校内实验教学与资源的优化、整合和重组;推进校际间优质实验教学资源的共建与共享,把我校物理实验中心建成综合型、开放型和研究型实验中心;进一步提升我校实验教学质量,为培养大批高素质人才创造良好的条件。为了在学院各级领导和职能部门的指导下,很好地完成物理实验教学示范中心的建设,示范中心建设项目组制订本建设方案,希望在充分论证建设方案的基础上,开展物理教学实验示范中心的建设,将我院物理教学实验
3、中心尽早建设成江苏省高等学校实验教学示范中心。一、 指导思想和建设目标指导思想:以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨,以知识传授、能力培养、素质提高和全面协调发展的素质教育理念为指导,牢固树立以人为本的管理理念。通过深化实验教学改革、优化实验教学体系,创新管理运行机制,建设满足现代实验教学需要的高素质实验教学师资队伍,建成仪器设备先进、资源共享、开放管理、绿色环保的现代化实验教学示范中心。示范中心建设的目标是: 建设具有现代的实验内容和先进的实验技术,以学生为主体、以教师为主导,分层次、模块化、点面结合、全面开放的物理实验教学体系。二、 建设内容1、 实验教学体系物理实验基础课程是
4、独立设置的实验课程,面向全校应用物理系、电子与信息工程系、土木工程系等8个系20个专业的学生开设。目前物理实验中心承担实验课程如下表1: 表1 物理实验中心现承担课程序号课程名称学时学分开课专业1物理实验A(一)271电信、计算机等9个专业2物理实验A(二)240.5电信、计算机等9个专业3物理实验B170.5教育技术、数学等9个专业4普通物理实验A(一)271物理学5普通物理实验A(二)180.5物理学6普通物理实验A(三)301物理学7普通物理实验A(四)250.5物理学8普通物理实验B(一)271应用物理学9普通物理实验B(二)491应用物理学上述已开设的9门实验课程,课程性质都为必修,
5、基本符合理工科学生物理实验教学的需要,但存在着课程设置不灵活,学生不能自主选择实验课程、实验内容和实验时间等,同时实验课程学分偏低等问题,难以激发学生积极学习的热情和自觉性。因此,示范中心的建设需改革现有的课程体系,具体方案如下:指导思想:加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质。目 标: 培养与逐步提高学生的科学实验素质和创新能力。课程设置在原来三个模块的基础上,增加一个公选课模块,同时考虑在第一模块的2个专业和第二模块的部分专业适当增加实验项目和学时(可能在2006年人才培养计划中要增加实验课时有困难,从教务处下发的培养计划附件二中可见,物理实验A的课时反而减少了3个学时),各模块
6、增加1至2个设计性实验,设计性实验在时间上实行开放,由学生与实验中心预约。第一模块适合专业为:物理和应用物理专业第二模块适合专业为:电子信息工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、土木工程、环境工程等9个工科专业第三模块适合专业为:应用化学、化学、生物技术、生物教育、数学等9个理工科专业第四模块 公选课物理和应用物理专业公选课A公选课B第四模块电子信息工程等9个工科专业公选课A课程名称:物理实验专业选修课总学时数:42总学分数:1.5课程性质:专业选修适用专业:物理类专业实验项目:10个开课学期:第4学期任务及基本要求:此课程是针对物理专业学生在完成普通物理实验的基础上开设的综合和设计性实验,
7、实验涉及2个或2个以上二级学科的知识内容。既有学生按照实验教材给定的实验项目和步骤进行的综合实验,也有由学生独立设计实验方案,然后完成实验的设计研究型实验。设计性实验要求学生根据一定的实验要求,自行选择实验仪器、设计实验具体内容和步骤,并对实验结果进行分析和研究,是一种较高层次的实验训练,着重培养学生独立从事科学研究工作的能力,同时进一步培养学生自学和查阅文献资料以及在实践中发现和解决问题的能力。公选课B课程名称:物理实验公共选修课总学时数:24总学分数:1.0课程性质:公共选修适用专业:理工科专业实验项目:8个开课学期:第3或第4学期任务及基本要求:此课程是面向全院开设的一门基础物理实验公共
8、选修课,以开放形式为主。学生可根据需要自主选择实验内容及时间。通过开放实验,激发学生学习物理知识,研究与探索物理规律的热情和积极性,加深对物理规律的理解,提高实验技能和素养,培养科研创新能力。开设实验的类型与教学途径实验类型:基本实验-综合实验-设计实验-研究实验。使学生由浅入深、由易到难、简单到综合,逐步培养创新意识、创新精神和创新能力。教学途径:必修实验-选修实验-开放实验-探索实验。在完成必修实验的基础上,给学生一个宽松的思维想象空间,尽展自己的智慧和才华,心情愉悦地进行实验,充分调动学生实验的积极性和主动性。辅助方法:模拟演示-电子教案-课件-微机数据处理。2、 实验教学内容示范中心建
9、设中物理实验课程内容需注重基础与前沿、经典与现代的结合,注重与科研、工程和社会实践应用联系,将科研和实验教学改革成果及时应用到实验教学中去。实验内容在原来基本实验占主导的基础上,增加提高型实验(综合性、设计性、应用性等)、研究创新型实验的比例。具体实验教学内容分为三个层次。第一层次为基本实验,包括热力学、电磁学和光学实验,训练学生基本的观察、分析和研究物理实验现象的能力,验证物理规律和对物理量进行测量,掌握常用基本物理实验仪器的原理、性能和测量方法等。这个层次的实验面向所有一、二年级的理工科学生和应用物理系两个专业的学生开设,实验项目从已有的项目中筛选(见下表2)。第二层次为提高型实验(综合和
10、设计性实验),学生通过第一层次的实验训练后,已掌握了基本的实验方法和技能,在此基础上,开展综合性实验,可以培养学生综合运用所学知识和实验方法、实验技能以及分析和解决问题的能力。通过设计性实验可以培养学生组织和自主实验的能力。第三层次为研究创新型实验,学生需运用多学科知识、综合多学科内容,结合教师的科研项目进行实验研究。目前在这一层面上的实验项目仍属于空白,在示范中心建设中,需要重点加强这一层次的实验内容的建设。设想在公选课A中、同时考虑和院团委合作以大学生挑战杯或物理竞赛等形式开展这方面的工作,在实验内容和时间上实行全开放。同时可结合高年级的毕业设计进行创新型研究。总之,在这一层面的工作是十分
11、有必要和有意义的,项目组认为完全可以做得有特色和成就,可以通过这方面的努力培养学生基本的科研能力和科研兴趣。目前的顾虑仍是时间和精力上的限制,实验条件应该可以具备的。 实验教学内容现状物理实验中心现有实验项目和实验性质如下表2:表2 物理实验中心已开设实验项目情况序号实验课程名称实验项目实验性质1物理实验A(一)长度的测量基础2固体线膨胀系数的测定基础3示波器的使用基础4用惠斯顿电桥测电阻基础5油滴实验综合6用双臂电桥测低电阻基础7静电场的描绘基础8霍耳效应法测磁场基础9物理实验A(二)超声波声速的测定综合10迈克尔逊干涉仪的调节和使用综合11用衍射光栅测光波波长综合12牛顿环测透镜的曲率半径
12、基础13光电效应和普朗克常数的测定综合14薄透镜焦距的测定基础15分光计调节和三棱镜折射率的测定基础16全息照相综合1物理实验B长度的测量基础2固体线膨胀系数的测定基础3用模拟法测绘静电场基础4超声波声速的测量综合5用牛顿环测透镜的曲率半径基础1普通物理实验A(一)长度的测量基础2用单摆测定重力加速度基础3用自由落体测定重力加速度基础4刚体转动惯量的测定基础5用可逆摆测定重力加速度基础6超声波声速的测量综合7牛顿第二定律的验证基础8简谐振动的研究基础1普通物理实验A(二)用电流量热器法测定液体的比热基础2液体粘滞系数的测定基础3表面张力系数的测定基础4固体线膨胀系数的测定基础5薄透镜焦距的测量
13、基础6用牛顿环测透镜的曲率半径基础1普通物理实验A(三)二极管伏安特性曲线的测绘基础2电表的改装和校准基础3用电位差计测电动势基础4非均匀磁场的测绘基础5霍耳效应法测量磁场基础6用模拟法测绘静电场基础7用双电桥测低电阻基础8电子束的偏转基础9示波器的使用基础10用惠斯登电桥测电阻基础1普通物理实验A(四)用衍射光栅测光波波长综合2全息照相综合3分光计调节和三棱镜折射率的测定基础4迈克尔逊干涉仪的调节和使用综合5用双棱镜测光波波长基础6偏振光的研究综合7用极限法测液体折射率基础8光电效应和普朗克常数测定综合1普通物理实验B(一)长度的测量基础2用单摆测定重力加速度基础3用自由落体测定重力加速度基
14、础4刚体转动惯量的测定基础5液体粘滞系数的测定基础6超声波声速的测量综合7牛顿第二定律的验证基础8简谐振动的研究基础1普通物理实验B(二)二极管伏安特性曲线的测绘基础2电表的改装和校准基础3用电位差计测电动势基础4非均匀磁场的测绘基础5霍耳效应法测量磁场基础6用模拟法测绘静电场基础7用双电桥测低电阻基础8电子束的偏转基础9示波器的使用基础10用惠斯登电桥测电阻基础11薄透镜焦距的测定基础12用衍射光栅测光波波长综合13迈克尔逊干涉仪的调节和使用综合14分光计调节和三棱镜折射率测定基础15光电效应和普朗克常数测定综合16用牛顿环测透镜的曲率半径基础由表2目前开设实验项目可见,物理实验中心开设的实
15、验项目基础性实验占主导,综合性实验比例偏低,设计性实验为空白,与示范中心的要求差距较大,具体情况见表3。表3 物理实验中心综合设计性实验情况表课程名称现有综合性实验比例示范中心建设目标中综合设计性实验比例要求物理实验A37.5%50%物理实验B20%50%普通物理实验A18.75%50%普通物理实验B16.70%50%注1:物理实验A(一)和物理实验A(二)合并统计为物理实验A,普通物理实验A(一)至普通物理实验A(四)合并统计为普通物理实验A,普通物理实验B(一)和普通物理实验B(二)合并统计为普通物理实验B。注2:综合性实验的界定是从实验内容的综合性、实验原理与技术的先进性、所用仪器设备的
16、情况和测量方法等方面衡量,并调研了多所相关院校的物理实验中心及请教相关专家而定的。实验教学内容改革根据示范中心建设要求,提高型实验(综合性、设计性、应用性等)和研究创新型实验需占50%。因此,示范中心建设过程中,需大量引入对近代物理学发展和现代应用技术有重要影响的实验项目。例如: CCD特性的研究、光纤应用实验等,在实验中引入在科学研究和工程技术中实际应用的先进的实验方法和技术手段,丰富物理实验内容,引导学生深入探究物理现象和规律,使物理实验教学更贴近科技研究前沿。例如将CCD图像传感器应用于牛顿环、双棱镜干涉、激光在实时测量中的应用等实验;在实验中应用集成温度传感器、应用霍耳传感器和集成霍耳
17、传感器等磁敏传感器;应用硅光电池、光敏电阻和光电二极管等光电传感器和力敏传感器等;应用计算机数据实时采集处理技术等先进技术。 具体拟新增实验项目见表4。表4 计划新增综合实验项目及适用课程序号实验名称适用课程备注1热学综合实验物理实验A、普通物理实验A、普通物理实验B2半导体激光器特性研究物理实验A、普通物理实验A、普通物理实验B3激光谐振腔与模式的研究物理实验A、普通物理实验A、普通物理实验B4杨氏模量(CCD振动法)普通物理实验A5磁滞回线普通物理实验A6双光栅弱振动普通物理实验A7温度传感器及其标定的应用普通物理实验A、普通物理实验B8电信号的傅里叶分析普通物理实验A9逸出功的测定普通物
18、理实验A10偏振光旋光实验普通物理实验A11光纤应用普通物理实验A、普通物理实验B12激光在实时测量中的应用公选课A13玻尔共振实验(CCD、监视器)公选课A14光学综合实验公选课A拟新增设计性实验项目:1) 碰撞与动量守恒定律的研究2) 用示波器测量电容3) 用霍耳效应法测量通电线圈的匝数4) 超声波频率的测量5) 用自准直法测量凹透镜的焦距6) 用劈尖法测量细丝的直径7) 测定未知光波长及角色散率8) 用迈克耳逊干涉仪开设设计性研究性实验9) 光纤通信实验上述实验项目正在进一步的论证和调研之中。 实验教学内容改革的具体方案第一模块(课程名称:普通物理实验A和普通物理实验B,适合专业为物理学
19、和应用物理学),课程总学时不变,原来的实验项目进行更新,同时增设23个设计性实验。普通物理实验A中原开设的32个实验项目中(26个基本,6个综合)替换1014个项目,综合设计性实验项目为1620个,使综合设计性实验比例由原来的18.75%增至50%62.5%。普通物理实验B中原开设的24个实验项目中(20个基本,4个综合)替换811个项目,综合设计性实验项目为1215个,使综合设计性实验比例由原来的16.7%增至50%62.5%。由于这一模块目前综合设计性实验的比例太低,因此,在示范中心建设中需要大幅度地更新实验项目,因物理学和应用物理学专业每届学生数一般各为12个班级,故新增综合设计性实验的
20、仪器台套数为10,可以通过合理分组,满足学生实验仪器达一人一台套。第二模块(课程名称:物理实验A)总课时增加4个学时(从2006年人才培养计划制订目标看来,可能有难度),增设1个设计性实验(若学时增加有困难,则替换原有的实验),由学生自主拟定实验方案、实验方法和步骤、选择仪器设备并完成实验。原来的16个实验项目(10个基本、6个综合)中的10个基本实验替换24个,综合设计性实验为810个,综合设计性实验比例由目前的37.5%增加至50%62.5%。由于这一模块目前综合设计性实验的比例尚可,综合性设计性实验增加24个,即能达到示范中心的要求。这一模块面向的学生数较多,欲新增的实验项目仪器台套数需
21、为20,才能满足教学需要。第三模块(课程名称:物理实验B),原来的5个实验项目中(4个基本,1个综合),需替换2个基本实验为综合实验,则综合实验数为3个,综合性实验的比例从20%增至60%。这一模块实验项目少,新增的综合实验项目从第二模块中选择即可,不需另增实验仪器。第四模块公选课A和公选课B分别面向物理类专业学生和非物理专业的理工科学生。公选课A,主要以设计性、研究创新型实验为主,实验层次较高。初步设想在现有的光学全息平台上先开展这方面的实验研究。考虑结合应用物理系人才培养计划修订目标和专业方向,开设激光应用和测量控制方面的研究创新型实验,需另增添部分综合性实验仪器。因该模块面向物理类专业,
22、学生人数不多,新增仪器台套数只需25套即可,可以通过合理分组,满足实验需求。公选课B的实验项目为基本实验、综合和设计性实验,目前开设的实验项目中更新下来的仪器可用于开设公选课B的基本实验,综合和设计性实验可以从第一模块实验项目和公选课A中选择,因此,不需要另外增添实验仪器。实验内容改革方案的时间和面向对象:计划在2006年下半年或2007年上半年在2005级和2006级物理类学生普通物理实验课程中试行,然后于2007年对2006级工科类学生在物理实验A(一)和物理实验A(二)课程中,开设新的综合设计性实验。第三层次的研究创新型实验计划对物理类高年级学生先开设,在取得一定的成效后,逐步在更多年级
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