大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的論文
一、研究性教學(xué)應(yīng)用在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的可行性
之所以將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程作為理工科學(xué)生在大學(xué)期間接觸到的首門實(shí)踐性課程，就是希望以實(shí)驗(yàn)的形式加深學(xué)生對(duì)于物理學(xué)的理解，以培養(yǎng)學(xué)生具備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)物理學(xué)研究的能力和科學(xué)素質(zhì)。多年的實(shí)踐成果表明，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的研究性教學(xué)具有較強(qiáng)的可操作性。
1.大學(xué)生普遍接受過(guò)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(shí)。他們往往思維活躍，善于創(chuàng)新，對(duì)于新鮮事物抱有強(qiáng)烈的好奇心，是開(kāi)展研究教學(xué)的不二人選。
2.研究性教學(xué)兼顧實(shí)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(shí)，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(shū)館和校園網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備也為探究學(xué)習(xí)的實(shí)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(kāi)展研究教學(xué)所必需的人才儲(chǔ)備。這些高校教師通常同時(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，在親自向?qū)W生傳授研究方法的同時(shí)，也有利于他們積累自身的探究教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[3]。
二、霍爾實(shí)驗(yàn)中的研究性教學(xué)
霍爾效應(yīng)一直以來(lái)都是大學(xué)物理的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程，它得名于1879年在金屬中發(fā)現(xiàn)電壓的美國(guó)物理學(xué)家霍爾。以下將以霍爾效應(yīng)為例，對(duì)研究性教學(xué)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行探究。
1.實(shí)驗(yàn)中對(duì)霍爾元件的電路改進(jìn)和保護(hù)。早前的霍爾元件由金屬制成，由于霍爾電壓過(guò)低而不具有使用價(jià)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(cè)量和自動(dòng)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(duì)霍爾元件的保護(hù)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(jì)改進(jìn)將會(huì)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(gè)金屬夾分別夾住保險(xiǎn)絲的兩腿。其中，保險(xiǎn)絲采用直徑為0.32mm、額定電流為1.1A的常用電流保險(xiǎn)絲即可。然后在霍爾元件的電壓輸出端也實(shí)施同樣的步驟，這樣就能有效地保護(hù)霍爾元件。當(dāng)激勵(lì)電流誤接入霍爾元件時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)燒斷，霍爾元件就得以保存。經(jīng)過(guò)本人對(duì)該霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和反復(fù)驗(yàn)證，當(dāng)0.1A的勵(lì)磁電流接入到該裝置時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)立即燒毀，從而確保了霍爾元件的完好無(wú)損，說(shuō)明該設(shè)計(jì)是具有一定可行性的。其實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該設(shè)計(jì)確實(shí)起到了保護(hù)霍爾元件的作用，從而有效地維護(hù)了霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)霍爾效應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了良好的示范。在進(jìn)一步保證大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利進(jìn)行的同時(shí)，也激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造的熱情，提高了他們靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的'能力。
2.霍爾效應(yīng)在螺旋管軸線磁場(chǎng)測(cè)量中的運(yùn)用。在研究長(zhǎng)直螺線管軸線上的磁場(chǎng)分布時(shí)，常常需要利用霍爾效應(yīng)。在工作電流和勵(lì)磁電流都得到固定的情況下，通過(guò)變換霍爾片在長(zhǎng)直螺線管軸線上的位置，逐點(diǎn)獲取霍爾電壓，最后求得磁場(chǎng)大小。而在對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行分析時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)模擬的數(shù)值在不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)中具有廣泛適用性，需要借助一種多物理場(chǎng)模擬軟件。這時(shí)學(xué)生就可以小組為單位，利用軟件充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)自主探究。這也是新時(shí)代下的科技優(yōu)勢(shì)。如圖2顯示的就是理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬3種不同方法在進(jìn)行螺線管軸磁場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)得出的分布曲線。圖中可以明顯地看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算更加一致。雖然模擬計(jì)算偏差較大，但利用它可以更直觀簡(jiǎn)便地得到整個(gè)磁力線的分布，這正是數(shù)值模擬的優(yōu)勢(shì)所在。而這幾種方法結(jié)果間的差異，也為今后的物理實(shí)驗(yàn)提出了新的研究課題。
三、結(jié)束語(yǔ)
在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索實(shí)踐中，適當(dāng)?shù)匾胙芯啃越虒W(xué)對(duì)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)以具體問(wèn)題的解決為目標(biāo)，借助文獻(xiàn)資料對(duì)已有知識(shí)進(jìn)行總結(jié)與歸納，從而加深對(duì)知識(shí)的理解。在以小組為單位進(jìn)行探究時(shí)，同學(xué)間的交流合作能力也得到了加強(qiáng)，學(xué)習(xí)的積極性得到了提高。大學(xué)生具有的科研意識(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中霍爾效應(yīng)的內(nèi)容，對(duì)霍爾實(shí)驗(yàn)的一些方法提出了改進(jìn)。在運(yùn)用新技術(shù)手段的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)所未注意到的新課題�？傊�，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(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。
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