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一种创新型实验开放教学模式

出处:论文网
时间:2019-01-28

一种创新型实验开放教学模式

  中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)04(c)-0129-02

  当前,伴随着知识经济的不断繁荣,层出不穷的科技创新,以强大的动力推动着社会前进。新科技从根本上改变着劳动方式,改变着人们获取信息的手段,也改变了人们传统的学习观念。全世界都重视创新和创新人才的竞争。在此情况下,高等教育在培养符合社会发展的实用型人才、创新型人才方面,面临着新的挑战。基础教育同样受到了强烈的冲击。因此,以推进素质教育为目标,对基础教育课程改革已成大势所趋,一种普遍的认识是:加强课程内容与学生生活以及现代化社会科技发展的联系;关注学生的学习兴趣和经验;倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手;培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流合作的能力[1-6]。这恰好符合大学物理实验教学改革方向,因为物理实验是科学实验的基础,也是众多科技创新的摇篮。物理实验每一个题目的思想方法和实验内容,既体现了传统科学深厚的基础又蕴藏着丰富的创新思想,衍生出很多新理论、新技术[7,8]。该文介绍了一个“基础”与“创新”相结合的物理实验教学创新开放活动:利用基础物理实验教学为依托开设物理实验装置科技小制作的实验活动。实践证明,该课程在激发和培养大学生的创新精神和能力方面,获得了较好的效果。

  1 创新型物理开放实验教学实例

  在新型开放物理实验课活动内容中,有一个演示实验装置制作方案:电磁感应摆装置的制作。电磁感应摆装置既可以直观的演示电磁感应现象又可以用于普通物理实验中,对磁体的磁感强度进行测量[9]。其核心装置为双绕组铁芯线圈。其中,铁芯截面形状决定了电磁感应摆的摆动幅度和效果。因此,在制作前,指导教师要求学生在两种铁芯形状(铁芯截面方形和圆形),要求学生自行确定铁芯制作方案。很多同学在电磁学理论进行了分析基础上用COMOSL多物理场分析软件,对通电线圈的感应磁通量做模拟分析。这是一大胆的做法,必须投入大量的业余时间。由于积极性很高,提出这个想法的学生自愿组成了一个小组,在教师的帮助下,克服了很多困难,一边努力学习有关电磁理论和COMOSL软件,基本上完成了部分模拟实验工作,为正确选择铁芯截面提供了较为科学的证据。在此过程中,师生都获得了很大的锻炼,下面是师生共同做的研究和分析过程。

  1.1 圆柱型铁芯的磁通量模拟

  使用CCOMSOL软件中的3D模式,采用无限元法分析模拟通电线圈的磁场情况。首先建立磁场载体模型(见图2),根据对称性,仅计算分析铁芯边缘某一纵向的磁场情况,经过多次物理条件的设定试验,最后获得模拟效果图1。

  此次结果:铁芯产生的磁通比较集中在边缘,磁通密度最大值达到1.267e-4特斯拉,圆柱形铁芯截面上表面的磁通密度分布不均匀。

  1.2 方柱型铁芯的磁通量模拟

  同样方法,物理条件设定与圆柱形铁芯的基本相同,仍然采用无限元法分析模拟通电线圈的磁场情况,最后获得模拟效果图2,

  此次结果:铁芯产生的磁通比较集中在边缘,漏磁现象不严重,磁通密度最大值达到1.381e-4特斯拉,方柱形截面上表面的磁通分布较为均匀。

  结论:根据图2与图1的比较,方形铁芯磁通密度较大,分布较为均匀,故铁芯截面应为方形截面。实验结果证明,该形状的铁芯效果良好。

  2 几点体会

  2.1 提高大学生对物理实验的兴趣,符合物理实验创新教育功能的教学规律

  创造最根本的动力就是兴趣。该文介绍的开放实验教学形式,通过电磁感应摆奇特的摆动原理吸引了学生的兴趣,激起学生们参与制作的极大热情。在这种情绪的激励下,他们不但渴望表现出自己的能力,而且会主动设想更科学的制作过程。这就为后来的模拟线圈磁场提供了积极地探索动机,于是在指导教师的帮助和鼓励下,完成了分析,使得制作过程完全科学化,成效显著。

  2.2 开展物理实验基础装置小制作实验课,有利于发挥物理实验的创新教育功能

  1993年诺贝尔奖获得者,生理医学家理查德?罗伯茨谈到创新教育时说:“要对学生放手,让他们做自己感兴趣的事”。前面论述中的调查数据表明,大多数大学生都有参加实验装置制作课程学习的热情。这样开放性的实验课,可以让他们获得很多自由、独立的思考机会。他们的创造性思维不再受到束缚。他??在做实验的工作过程中,既体会到探索过程的艰辛又享受到创作成功后的喜悦,树立他们克服困难的信心,锻炼他们动手能力的同时增强了创新意识。该文介绍的用COMOSL模拟磁场过程,就是他们经历了很多困难波折,最后获得了较为成功的一个具体实例。

  2.3 创新思想离不开基础理论的支持,两者互相支撑互相推动

  基础教育是指普通文化科学知识的教育,是让学生掌握各类科学的基本知识,使他们具有基本的科学文化素养和社会活动能力,不但有利于立足于未来生活,也为创造未来的生活进步提供了必要的条件[10]。因此,基本素质良好的学生,接受新东西更快,创新意识更科学,创新能力更强。反过来,创新过程又推动了基础研究。符合学生学习成长的基本规律。大学物理实验是科学实验的开端课程,可以说是创新的启蒙教育课,该文所介绍的开放实验课实例就证明了创新思想离不开基础理论的支持,两者互相支撑互相推动。

一种创新型实验开放教学模式

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