大學(xué)物理實驗的論文
一、研究性教學(xué)應(yīng)用在大學(xué)物理實驗中的可行性
之所以將大學(xué)物理實驗課程作為理工科學(xué)生在大學(xué)期間接觸到的首門實踐性課程，就是希望以實驗的形式加深學(xué)生對于物理學(xué)的理解，以培養(yǎng)學(xué)生具備進(jìn)行實驗物理學(xué)研究的能力和科學(xué)素質(zhì)。多年的實踐成果表明，大學(xué)物理實驗的研究性教學(xué)具有較強的可操作性。
1.大學(xué)生普遍接受過良好的基礎(chǔ)教育，已經(jīng)掌握了較為系統(tǒng)和完備的基礎(chǔ)知識。他們往往思維活躍，善于創(chuàng)新，對于新鮮事物抱有強烈的好奇心，是開展研究教學(xué)的不二人選。
2.研究性教學(xué)兼顧實踐性與前瞻性，與高校的課程設(shè)置有著較高的契合度。同時，高校內(nèi)的各種教學(xué)設(shè)施為探究教學(xué)提供了良好的硬件基礎(chǔ)，圖書館和校園網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備也為探究學(xué)習(xí)的實現(xiàn)提供了豐富的信息資源保障。
3.高校以“雙師型”教師居多，具備開展研究教學(xué)所必需的人才儲備。這些高校教師通常同時肩負(fù)著教學(xué)任務(wù)和科研任務(wù)，承擔(dān)著各類課題，有著豐富的科學(xué)研究理論和實踐經(jīng)驗。因此，在親自向?qū)W生傳授研究方法的同時，也有利于他們積累自身的探究教學(xué)實踐經(jīng)驗[3]。
二、霍爾實驗中的研究性教學(xué)
霍爾效應(yīng)一直以來都是大學(xué)物理的傳統(tǒng)實驗課程，它得名于1879年在金屬中發(fā)現(xiàn)電壓的美國物理學(xué)家霍爾。以下將以霍爾效應(yīng)為例，對研究性教學(xué)在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行探究。
1.實驗中對霍爾元件的電路改進(jìn)和保護。早前的霍爾元件由金屬制成，由于霍爾電壓過低而不具有使用價值。直到半導(dǎo)體技術(shù)的突飛猛進(jìn)，才使霍爾元件在電池測量和自動控制等裝置中得到了廣泛應(yīng)用�；魻栐w積較小，其整體結(jié)構(gòu)為一般為1.50mm×1.74mm。較為頻繁的使用次數(shù)和脆弱的自身構(gòu)造，使霍爾元件極易損壞，因此，對霍爾元件的保護就顯得極為重要，這也是為傳統(tǒng)教學(xué)所忽略的。電路上的設(shè)計改進(jìn)將會大大提升霍爾元件的耐用程度。其具體操作如下：選取霍爾元件工作電流輸入端中的一端，添加兩根帶金屬夾的導(dǎo)線，使兩個金屬夾分別夾住保險絲的兩腿。其中，保險絲采用直徑為0.32mm、額定電流為1.1A的常用電流保險絲即可。然后在霍爾元件的電壓輸出端也實施同樣的步驟，這樣就能有效地保護霍爾元件。當(dāng)激勵電流誤接入霍爾元件時，保險絲會燒斷，霍爾元件就得以保存。經(jīng)過本人對該霍爾效應(yīng)實驗的改進(jìn)和反復(fù)驗證，當(dāng)0.1A的勵磁電流接入到該裝置時，保險絲會立即燒毀，從而確保了霍爾元件的完好無損，說明該設(shè)計是具有一定可行性的。其實驗原理圖如圖1所示。實驗結(jié)果證明，該設(shè)計確實起到了保護霍爾元件的作用，從而有效地維護了霍爾效應(yīng)實驗器材，對霍爾效應(yīng)的物理實驗教學(xué)起到了良好的示范。在進(jìn)一步保證大學(xué)物理實驗教學(xué)順利進(jìn)行的同時，也激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造的熱情，提高了他們靈活運用所學(xué)知識的能力。
2.霍爾效應(yīng)在螺旋管軸線磁場測量中的運用。在研究長直螺線管軸線上的磁場分布時，常常需要利用霍爾效應(yīng)。在工作電流和勵磁電流都得到固定的情況下，通過變換霍爾片在長直螺線管軸線上的位置，逐點獲取霍爾電壓，最后求得磁場大小。而在對這些數(shù)值進(jìn)行分析時，為了實現(xiàn)模擬的數(shù)值在不同學(xué)科的實驗中具有廣泛適用性，需要借助一種多物理場模擬軟件。這時學(xué)生就可以小組為單位，利用軟件充分發(fā)揮主觀能動性，實現(xiàn)自主探究。這也是新時代下的科技優(yōu)勢。如圖2顯示的就是理論計算、實驗測量和數(shù)值模擬3種不同方法在進(jìn)行螺線管軸磁場測量實驗時得出的分布曲線。圖中可以明顯地看出，實驗結(jié)果與理論計算更加一致。雖然模擬計算偏差較大，但利用它可以更直觀簡便地得到整個磁力線的分布，這正是數(shù)值模擬的優(yōu)勢所在。而這幾種方法結(jié)果間的差異，也為今后的物理實驗提出了新的研究課題。
三、結(jié)束語
在大學(xué)物理實驗教學(xué)的探索實踐中，適當(dāng)?shù)匾胙芯啃越虒W(xué)對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維起到極大的促進(jìn)作用。學(xué)生在實驗過程中會以具體問題的解決為目標(biāo)，借助文獻(xiàn)資料對已有知識進(jìn)行總結(jié)與歸納，從而加深對知識的理解。在以小組為單位進(jìn)行探究時，同學(xué)間的交流合作能力也得到了加強，學(xué)習(xí)的積極性得到了提高。大學(xué)生具有的科研意識和創(chuàng)新精神也有了進(jìn)一步提升。具體而言，隨著文中談及霍爾元件的廣泛應(yīng)用，對霍爾效應(yīng)的教學(xué)也應(yīng)該隨之變革。本文即是結(jié)合大學(xué)物理實驗教學(xué)中霍爾效應(yīng)的內(nèi)容，對霍爾實驗的一些方法提出了改進(jìn)。在運用新技術(shù)手段的同時也發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)所未注意到的新課題。總之，研究性教學(xué)在提高學(xué)生綜合能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神方面成果顯著，對大學(xué)物理實驗教學(xué)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。
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