为什么比萨斜塔倾斜而不倒?为什么隐形战机可以隐形?为什么总是先看到闪电再听到雷声?为什么张飞捏不碎鸡蛋?为什么冰能够燃烧?……生活中很多无法理解的现象通过物理实验可以揭开真相。
我校物理实验教学中心从学生的兴趣出发,建立了以好奇心唤醒为起点,科学素质养成为主体内容,不断培养学生创新与探索精神的实验教学体系。倾力打造三大实验教学平台,引导学生用物理的眼光看世界。在这里,物理不再是干巴巴的理论和公式,而被赋予了生动的内容。 唤醒好奇心:“玩转”物理演示实验
来到位于理学楼四楼的物理演示实验室,仿佛置身于物理世界的奇妙中:力学的深奥、电磁学的神奇、光学的绚丽……150多项演示实验内容涵盖了物理世界中的力、热、声、光、电等各个部分,尽情展现着自然界物理现象的斑斓色彩。
“大一新生经历了中考、高考的激烈竞争之后,或多或少会消减他们对未知世界的探索热情。” “如何唤醒学生的好奇心,充分调动起学生探索未知的兴趣?是物理实验教学的首要任务和目标。” 为此,中心为学生量身打造了——好奇心唤醒平台。
“这里是我们唤醒学生好奇心的起点。”负责物理演示实验的刘志海老师把演示实验看作是“带着学生一起玩”。当然,并不是简单意义上的“玩”,在“玩”之中渗透着智慧与创造,对学生产生着潜移默化的影响。
要让学生对演示实验内容感兴趣,首先就要吸引学生的眼球。“会飞的碗”、“无源之水”、“同自己握手”、“电磁炮”……面对这些鲜活有趣的实验仪器,记者也忍不住体验了一番。
“这些仪器我都玩过!”如今已成为机电工程学院硕博连读生的梁佩博在谈到中心的演示仪器时骄傲地说:“很多仪器都是在老师的指导下,我们学生自己‘攒’出来的,我很享受这个把自己的想法用实验表现出来,再做成‘成品’供大家分享的过程。”“太空鱼缸”、“望远镜杯子”、“旋转的笔架”……这些都是在刘志海老师的带领下,由学生制作的。学生们不仅对物理演示实验着了迷,更在“玩”之中锻炼了自己的创造力。
要让学生“玩”的到位,“玩”的有意义,光靠有趣是不够的,还要引导学生了解这些实验背后的物理学原理。“如果有一套自编教材将实验原理、背景、现象、拓展等纳入其中,学生根据自己的需要选择,会给他们带来不同的收获。”带着这一美好设想,物理实验教学中心的老师们致力于实验教材的建设中。
2009年,中心在国内首次编写并出版了彩色版大学物理实验教材和物理演示实验教材。教材从内容上打破了传统实验教材的编写方式。将实验教学与高级科普读物有机地结合起来,在试验中以各种物理现象、历史、科学家小传为背景,增加了对应的实验在生产实践、生活和科研方面的应用,融科普性、可读性、趣味性、启发性为一体。翻开《触摸科学·体验发现——物理原理展示》一书,一个个生动的范例和详细的讲解,配以鲜活形象、通俗易懂的图画,就连记者这样的文科“理白”也不免对实验内容产生了浓厚的兴趣。
学生身处好奇心唤醒平台之上,仿佛徜徉于百年诺贝尔物理学奖的大思想中,在“玩”中收获知识,在“玩”中增长能力。
养成科学素质:用物理的眼光看世界
掌握杠杆原理,“四两拨千斤”是可以实现的,阿基米德撬动地球也不是在吹牛。很多看似不可能的事情,其实都可以通过物理原理来实现。学生的好奇心初步形成以后,还需要一个平台来培养学生科学研究的能力和态度,让学生学会用物理的眼光来看世界。科学素质养成平台就是通过打造一系列逻辑上严密、操作过程严谨、结果准确严格的技能培训实验,达到初步养成学生科学素质的目的。
中心将经典与现代完美结合,不断更新实验教学内容。在充实、改进原有经典实验项目的同时,精选出一些物理思想突出、体现培养学生动手能力的、实验方法技巧较强的典型实验项目,增加综合设计型、研究创新型项目。同时,引入新技术和现代化实验手段拓展实验教学内容,增加物理实验的内涵,将实验内容与生产实践或科研紧密结合,给学生留有较大想象与拓展空间。
“两个开放”全方位营造“自由自主的学习空间”。开放式的教学方式与考核方式是中心的一大特色。中心已完全实现网络化教学和管理,学生不仅可以自由安排做实验时间、内容,也可以自由选择考试时间。学生们都普遍认为这种全方位的开放很“给力”,这可能就是夜半更深物理实验中心依然灯火通明的魅力所在吧。
自研仪器是中心的另一特色。多年来,中心一直坚持将科研融入教学,引导教师将反映物理学原理特色的科研成果转换成可用于教学的实验仪器与设备。自主设计研制了20多种新实验、新装置,被全国70多所高校使用。新近研制开发的微重力实验、光的力学效应实验等特色创新实验项目在2010年全国高校国家级示范中心建设成果展示会上获优秀成果奖。这些凝聚着中心教师无数心血与汗水的仪器对学生产生了显著的训练效果,受到广泛好评。
“对学生进行基本实验技能训练的同时也要注重培养学生认真严谨、执着勤奋的实验精神。”物理实验教学中心主任孙晶华教授认为这是“最基本的科学素质”。他用自己的言传身教给学生做了一个好榜样。
有的学生调光路时遇到困难就想放弃,让老师帮忙调,被他断然拒绝。他告诫学生:对待实验不允许有半点马虎,必须要独立完成才能算真正做过实验,真正从实验中学到东西。
有的学生深夜离开实验室看见主任办公室的灯依然亮着。“每天去实验室转转,与学生交流交流心里才踏实。”他每天穿梭于办公室和实验室之间,将自己对物理实验教学的热爱和对学生的热爱融入到血液中,融入到生命里。“人生最幸福的事莫过于做自己喜欢的事。”孙晶华教授享受着人才培养的快乐。
经过科学素质养成平台的锻炼,学生初步养成了基本的实验技能和实验精神。梁佩博回忆当初在做“分光计”时,最开始调光路需要1个多小时,经过坚持不懈地反复训练现在只需用5分钟。
“掌握了贝克汉姆‘香蕉球’背后的物理学原理再加上一番勤学苦练,我也能成足球明星。” 一位刚做完实验准备去踢球的学生自信地说。不把物理实验简单地看作是一门课,而是把学到的物理知识活学活用到生活中去,学生们正在逐步养成物理思维习惯。
探索创新实践:物理世界的奇思妙想
正兴致勃勃地与多年未见的朋友语聊,麦克突然坏了。如果懂得运用物理过程的“可逆”原理,用一个耳机就可以“搞定”。为延续学生对物理实验的探索热情,引导学生利用物理知识解决生活问题,中心建立了创新实践探索平台。
通过营造一个开放、流动、联合的创新和研究环境,选拔学有余力的优秀本科生、硕士生、博士生以各种方式来实验室学习,加强学术交流,促进学科交叉,培养具有坚实理论基础、较强创新意识,并且具有一定科学实践能力和科学观察力的全面发展的科技创新型人才。创新实践探索平台把选拔人才与培养人才紧密结合起来,强调“个性化”培养。
平台针对课程相关内容承办了“鸡蛋撞地球”结构设计大赛,参加了纸桥大赛、“五四杯”科技、创业竞赛等校级赛事及全国大学生电子设计竞赛、全国大学生机器人大赛、“挑战杯”系列科技学术竞赛等国家级赛事。不仅提供硬件设施,还为参赛学生配备相应的指导教师。大赛前夕,中心的指导教师经常陪着学生到深夜,进行贴身指导。
有了平台的有力支撑学生做起创新来得心应手。现正积极备战第15届国际水下机器人大赛的理学院原科协主席王宪彬说:“很多好的idea都是在与老师的交流中获得的灵感。”他的获奖作品“光纤陀螺”演示仪如今已作为中心可靠实用的实验仪器供师弟师妹们使用了。学生的科技创新在思想的碰撞中放射出夺目的火花:基于GSM的智能家庭电子“管家”、多功能书包、语音识别手套、电磁枪、多功能颈部运动提示机……创新实践探索平台已成为学生展现奇思妙想的舞台。
依托创新实践探索平台,学生的创新热情空前高涨。参加各级各类大学生科技竞赛、科研训练、科研立项、发明创造等活动人数逐年增加。过去五年中,在各级各类大学生科技竞赛中,创新与探索实践平台共有334人参赛并获奖,其中在全国大学生电子设计竞赛中共获得各级奖励28项,在“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛中共获得各级奖励24项。自2002年以来共参与科研立项97项。最具代表性的徐润章同学已有3篇论文被EI检索。“1+1创新实践选修课”将学生的创新意识无限激发,产生了1 +1 >2的效果。
让梦想照进创新,让创新成就梦想。中心涌现出不少“科创达人”,他们不仅在竞赛中为学校赢得了荣誉,也为自己赢得了创新保研的机会。记者在采访中了解到:今年5月份中心将面向全校学生举办“物理创新设计大赛”,届时,将会有更多的“科创达人”带着他们的奇思妙想登陆创新实践探索平台。
学生充分参与、时空充分开放、手段充分现代化、培养充分个性化,物理实验教学中心在多彩的物理世界中培育着学生的创新思维。在心与心的交流中,在思想与思想的碰撞中,在教与学的相长中,“物理实验教学中心”团队沿着“知识、能力、素质”全面发展的创新型人才培养目标,不断延伸着思想的触角……