《大学物理》和《物理实验》课程分层教学方案(2011年)
数学与物理学院
2011年2月26日
目录
一.《大学物理》课程分层次教学方案(2011年) (1)
表1《大学物理学》C(112学时)的教学内容与学时安排 (3)
表2《大学物理学》B(128学时)的教学内容与学时安排 (5)
表3《大学物理学》A(144学时)的教学内容与学时安排 (7)
二.《物理实验》课程分层次教学方案(2011年) (9)
表4《物理实验》A(64学时)的教学内容与学时安排 (11)
表5《物理实验》B(56学时)的教学内容与学时安排 (13)
一.《大学物理》课程分层次教学方案(2011年)
(一)大学物理课程的地位、作用和任务
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,应用于生产技术的许多部门,是自然科学的其它学科和工程技术的基础。
在人类追求真理、探索未知世界的过程中,物理学展现了一系列科学的世界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活,是人类文明发展的基石,在人才的科学素质培养中具有重要的地位。
以物理学基础为内容的大学物理课程,是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分,是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。
大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,培养学生树立科学的世界观,增强学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索精神和创新意识等方面,具有其他课程不能替代的重要作用。
通过大学物理课程的学习,能使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解,为进一步学习各专业课程打下坚实的基础。在大学物理课程的各个教学环节中,教师也将在传授知识的同时,注重学生分析问题和解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养,努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。
(二) 大学物理课程对学生能力和素质的培养
1、能力培养方面
通过大学物理课程学习,可培养学生以下能力:
①独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法,阅读并理解相当于大学物理水
平的物理类教材、参考书和科技文献,不断地扩展知识面,增强独立思考的能力,更新知识结构;能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。
②科学观察和思维的能力——运用物理学的基本理论和基本观点,通过观察、分析、
综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力,并对所涉问题有一定深度的理解,判断研究结果的合理性。
③分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况,抓住主
要矛盾,进行合理的简化,建立相应的物理模型,并用物理语言和基本数学方法进行描述,运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。
2、素质培养方面
通过大学物理课程学习,可培养学生以下素质:
①求实精神——通过大学物理课程学习,培养追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。
②创新意识——通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等,树立科学的世界观,激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望,以及敢于向旧观念挑战的精神。
③科学美感——通过学习认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征,培养科学审美观,学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律,逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。
(三)我校大学物理课程的分层教学方案
目前我校的大学物理课程针对不同的专业设有A、B、C三个层次的教学方案。学生可以选择不低于本专业要求学时数的任何一个层次的大学物理课程进行学习。具体分层次的方案如下:
1.大学物理学C:
课程编号:212010*3
学时:112,两学期学完成。
建议选课专业:计算机、化学、测量、安全、资源、环工、珠宝等理工科专业。
教学内容及学时安排见表1。
2.大学物理学B:
课程编号:212010*2
学时:128,两学期学完成。
建议选课专业:数学、地质学、机电、通信、信息、测控、材料、工程等
教学内容及学时安排见表2。
3.大学物理学A:
课程编号:212010*1
学时:144,两学期学完成。
建议选课专业:地球物理、理工科基地班或试验班等。
教学内容及学时安排见表3。
表1 大学物理学C(112学时)的教学内容与学时安排
表2 大学物理学B(128学时)的教学内容与学时安排
表3 大学物理学A(144学时)的教学内容与学时安排
二.《物理实验》课程分层次教学方案
(一) 课程简介:
物理学是一门实验科学,物理实验的方法、思想、仪器和技术已经被普遍地应用在各个自然科学领域和技术部门以及其他学科领域。
《物理实验》是对高等院校非物理专业学生进行科学实验基本训练的一门必修的基础课程,是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端,也是大学生今后从事科学实验工作的入门课程,它的一整套实验知识、方法和技能也是各专业后续课程的基础之一。《物理实验》是对学生进行科学实验方法和实验技能的基本训练、培养和提高学生科学实验素养以及分析和解决实际问题能力的实践性课程。物理实验在实验方法、实验思想、实验条件、实验仪器装置、实验技术、实验的数据处理及误差分析等方面都具有自身的理论基础和教学内容,它与《大学物理》课程既有紧密的联系,又互相独立,是一门独立开设的必修基础课程。
(二) 实验目的与要求
1、目的和任务
物理实验作为一门独立的基础课程,有以下三个方面的目的和任务:
①通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量,逐步学习和掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技术,运用物理学原理和物理实验方法研究物理现象和规律,加深对物理学原理的理解。
②培养与提高学生的科学实验能力。其中包括:
独立学习能力——能够自行阅读与钻研实验教材和参考资料,必要时自行查阅相关文献资料,正确理解实验内容,作好实验前的准备。
动手实验能力——能够借助教材和仪器说明书,正确调整使用常用仪器。
思维判断能力——能够运用物理学理论对实验现象进行初步的分析和判断。
表达书写能力——掌握科学与工程实践中普遍使用的数据处理与分析方法,能够正确记录和处理实验数据,绘制曲线,说明实验结果,撰写合格的实验报告。
简单的设计能力——能够根据课题要求,选定实验方法,合理选择实验仪器,确定实验条目及拟定具体的实验程序。
③培养和提高学生从事科学实验的良好素质。培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风;严肃认真的工作态度;不怕困难、主动进取的探索精神;团结协作和爱护公共财物的优良品德。
2、地位和作用
①对学生进行实验方法和实验技能的基本训练。通过实验要求学生做到:弄懂实验原理,了解一些基本物理量的测量方法,熟悉常用仪器设备的基本原理和性能,掌握其使用方法;能够正确记录、处理实验数据,分析判断实验结果,并能写出比较完备的
实验报告。
②培养并提高观察和分析实验现象的能力以及理论联系实际的独立工作能力。通过实验的观察、测量和分析,加深对物理学的某些概念、规律的理论的理解。
3、应达到实验能力标准
①调节常用力、热、光、电仪器装置,并基本掌握操作技术。
②了解物理实验中常用物理量的一般测量。
③了解常用仪器的功能及使用方法。
④通过绪论课使学生掌握有效数字及运算、误差计算的基本概念及数据处理的基本方法。
(三) 考核方法
平时成绩:实验预习20%;实验讨论10%;操作技能30%;实验报告40%。
学期实验总成绩:平时成绩+开放实验。
(四) 主要参考书目
1、《物理实验》罗中杰李铁平程永进左瑾平华中科技大学出版社2009
2 、《普通物理实验》江影安文玉王国荣哈尔滨工业大学出版社 2003
3 、《物理实验教程》马清茂武汉大学出版社, 2002
4 、《普通物理实验》朱俊孔张山彪山东大学出版社 2001
(五) 我校《物理实验》课程的分层教学方案
目前我校的《物理实验》课程针对不同的专业设有A、B两个层次的教学方案。学生可以选择不低于本专业要求学时数的任何一个层次的大学物理课程进行学习。具体分层次的方案如下:
1.《物理实验》B
课程名称:《物理实验》(University Physical Experiment)
课程性质:独立设课
课程要求:必修课
课程类别:基础课
学时学分:总学时:56 学分:3.5
开出学期:第2学期 (32学时) / 第3学期(24学时)
适用专业:计算机、化学、测量、安全、资源、环工、珠宝、工业设计、软件工程等理工科专业。
实验项目及学时安排见表4。
2.《物理实验》A
课程名称:《物理实验》(University Physical Experiment)
课程性质:独立设课
课程要求:必修课
课程类别:基础课
学时学分:总学时:64 学分:4
开出学期:第2学期 (32学时) / 第3学期(32学时)
适用专业:地球物理、地质学、材料、工程、机电、通信、信息、测控、数学等专业和理工科基地班或试验班。
实验项目及学时安排见表5。
浅谈大学物理实验教学设计 【摘要】大学物理实验是高等院校理工科学生必修的一门重要基础课。在提高学生的科学素质、培养学生的创新精神和实践能力中具有特殊的作用。实施新型实验教学方式已成为大学物理实验教学改革和实践的热点。本文对大学物理实验教学模式进行研究对该实验教学模式中的“完善实验教学设计”进行了详细分析。 【关键词】大学物理实验;创新能力;教学模式 物理学是一门实验科学,是物理学的基础。凡是物理学的概念、规律及公式都是以客观实验为基础的,即物理理论绝不能脱离物理实验的验证。大学物理实验作为大学生进校后的第一门科学实验课程,不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练掌握科学实验的基本原理、方法和技巧,更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神,培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,特别是与科学技术发展相适应的综合能力。因而实验教学应该面对时代的发展、科技进步的新趋势和新挑战不断有所改变和创新。只有这样才能适应社会对人才知识和科学素质越来越高的要求[1]。为了搞好大学物理实验教学,教师必须重视和研究实验教学。首先,要进行完善的实验教学设计,确定明确的实验目标;其次,要提供开放的实验环境和及时的辅导,让学生不断自主地进行实验探索并获得成就感;再次,要充分利用现代教育媒体和信息技术手段,提高实验教学效率加强教师与学生的互动,激发学生对实验的探索兴趣和重视[2-3]。本文对如何完善实验教学设计结合我院大学物理实验的教学模式进行研究和探讨。 大学物理实验教学是消化理论知识验证知识的过程它有助于锻炼和提高学生的实验方法和技能。随着科学技术的不断进步和发展物理实验将在学生的知识、能力和素质的培养方面发挥越来越重要的作用。 1 以素质教育为目的,建立物理实验课程新体系 课程体系重新设置的重点是:加强基础,重视应用,培养能力,提高素质,把“知识、能力、素质”三要素贯穿整个实验教学改革过程。实验课程体系的设计必须让学生系统掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能,打好基础;同时还必须与现代科学技术接轨,现代科技成果与经典课程内容相互渗透,是在对实验课程体系改革时应充分给以关注的问题。 2 授课对象起点分析 《大学物理实验》课程是针对全体工科专业开设,开设时间在大学第二、三学期。学生为地方高考青年学生,已经具备了比较扎实的科学文化基础。经过大学第一学期物理课程的学习,学生掌握了大学物理的一般规律和一般物理实验的基本原理,对常见物理现象具有感性认识和一般的理性理解。本科学生总体知识水平较好,但动手能力一般,实操经验不强,对《大学物理实验》课程的学习大
第一篇 力学 1.运动学:只从几何观点研究物体的运动。如位置、速度、加速度等,而不涉及物体间的相互作用。 力学 2.动力学:研究物体间相互作用的规律。 3.静力学:研究力及力矩的平衡问题(此内容本课程不讲) 第一章 质点运动学 §1-1 质点运动的描述 一、参照系 坐标系 质点 1、参照系 为描述物体运动而选择的参考物体叫参照系。 2、坐标系 为了定量地研究物体的运动,要选择一个与 参照系相对静止的坐标系。如图1-1。 说明:参照系、坐标系是任意选择的, 视处理问题方便而定。 3、质点 忽略物体的大小和形状,而把它看作一个具有质量、占据空间位置的 物体,这样的物体称为质点。 说明:⑴质点是一种理想模型,而不真实存在(物理中有很多理想模型) ⑵质点突出了物体两个基本性质 1)具有质量 2)占有位置 ⑶物体能否视为质点是有条件的、相对的。 y 图 1-1 ?? ???
二、位置矢量 运动方程 轨迹方程 位移 1、位置矢量 定义:由坐标原点到质点所在位置的矢量称为 位置矢量(简称位矢或径矢)。如图1—2,取的是 直角坐标系,r ? 为质点P 的位置矢量 k z j y i x r ? ρ??++= (1-1) 位矢大小: 222z y x r r ++==? (1-2) r ? 方向可由方向余弦确定: r x = αcos ,r y =βcos ,r z =γcos 2、运动方程 质点的位置坐标与时间的函数关系,称为运动方程。 运动方程 ⑴矢量式:k t z j t y i t x t r ???? )()()()(++= (1-3) ⑵标量式:)(t x x =,)(t y y =,)(t z z = (1-4) 3、轨迹方程 从式(1-4)中消掉t ,得出x 、y 、z 之间的关系式。如平面上运动质点, 运动方程为t x =,2t y =,得轨迹方程为2x y =(抛物线) 4、位移 以平面运动为例,取直角坐标系,如图1—3。 设t 、t t ?+时刻质点位矢分别为1r ?、2r ? ,则t ?时间 间隔内位矢变化为 (1-5) 称r ? ?为该时间间隔内质点的位移。 j y y i x x r r r ?)? ??)()(121212-+-=-=? (1-6) 大小为 212212)()(y y x x r -+-=?? 讨论:⑴比较r ? ?与r ?:二者均为矢量;前者是过程量,后者为瞬时量 ⑵比较r ? ?与s ?(A →B 路程)二者均为过程量;前者是矢量,后者是标量。一般情况下s r ?≠??。当0→?t 时,s r ?=?? 。 ⑶什么运动情况下,均有s r ?=?? ? 图 1-2 图 1-3
《大学物理实验》教学大纲 课程编号: 72201008/72201009 课程名称:大学物理实验 英文名称: College Physics Experiments 课程性质:学科基础课 总学时: 72学时 学分: 2分 适用专业:测控技术与仪器专业 先修课程:大学物理 一、实验目的与任务 物理实验课是对学生进行实验教育的入门课程,其教学目的在于使学生学习物理实验基础知识 的同时,受到严格训练,掌握初步的实验能力,养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。 二、教学基本要求 通过实验教学,加深对基础理论知识的理解,培养学生实验动手能力,并掌握一些基本仪器的使 用方法。 三、实验项目与类型 力学部分
热学部分 电磁学学部分
光学部分 四、实验教学内容及学时分配 基础知识 测量与误差,主要讲述误差理论及数据处理 力学部分 实验一长度的综合测量 1.目的要求 练习使用测长度的几种常用仪器,练习做好记录和计算不确定度。 2.方法原理 用米尺、游标卡尺、螺旋测微仪测滚珠的直径和圆柱管的内外半径和高度。 3.主要实验仪器及材料 米尺、游标卡尺、螺旋测微仪、滚珠、圆柱管。 4.掌握要点 米尺、游标卡尺、螺旋测微仪的使用方法及不确定度的计算方法。 5.实验项目: (1)用游标卡尺测圆柱管的内外半径及高度,并计算其体积。 (2)用螺旋测微仪测滚珠的直径。 (3)不确定度的计算。 实验二单摆 1.目的要求 用停表和米尺,测单摆的周期和摆长,并求出当地的重力加速度值。 2.方法原理
g l T π2= ()()2 22)(?? ? ??+??? ??=t t u l l u g g u 。 3.主要实验仪器及材料 单摆、停表、钢尺。 4.掌握要点 测量单摆周期的注意事项、重力加速度的不确定度的计算。 5.实验项目: (1)用游标卡尺测小球的直径。 (2)用钢尺测悬线的长度。 (3)用停表测单摆的周期(不改变摆长,测5次,每次30个周期的时间) (4)计算重力加速度和它的不确定度。 (4)改变摆长,测单摆的周期,用作图法算出重力加速度。 实验三 测重力加速度 1.目的要求 掌握几种测重力加速度的方法。 2.方法原理 自己 3.主要实验仪器及材料 自由落体装置、数字毫秒计、光电计时装置 ,单摆 气垫导轨。 4.掌握要点 掌握测量重力加速度的方法。 5.实验项目: (1)根据原理设计实验方案。 (2)记录实验数据 (3)数据处理及不确定度的计算。 实验四 密度的测定 1.目的要求 熟练掌握物理天平的调节和使用方法,掌握静力称衡法和比重瓶法。 2.方法原理 v m = ρ,质量用天平称量,体积用阿基米德定律求出。 3.主要实验仪器及材料 物理天平,游标卡尺、比重瓶,小烧杯、温度计、酒精、不规则玻璃块。 4.掌握要点 物理天平的调节和方法、测量密度的两种方法:静力称衡法和比重瓶法。 5.实验项目: (1)学习调整和使用物理天平。 (2)用流体静力称衡法测固体的密度。 (3)用比重瓶法测酒精的密度。 实验五 拉伸法测杨氏弹性模量 1.目的要求 用伸长法测定金属丝的杨氏模量,学习光杠杆原理并掌握使用方法。