李東瑋
摘 要:明確省屬公安院校物理實(shí)驗(yàn)課程的定位與教學(xué)目標(biāo),本著“加強(qiáng)基礎(chǔ),重視應(yīng)用,培養(yǎng)能力”為原則,挖掘與周邊理工類本科院校的長期合作機(jī)制,抓好物理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)規(guī)劃,逐步建立并完善面向公安類大學(xué)生的科學(xué)高效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,合作機(jī)制
基金項(xiàng)目:本項(xiàng)工作系河南警察學(xué)院課題成果(項(xiàng)目編號(hào):HNJY-2018-20)。
對于省屬公安院校,如要達(dá)成建設(shè)全國重點(diǎn)公安院校的目標(biāo),第一位的標(biāo)準(zhǔn)是要有一流的教學(xué),培養(yǎng)一流的人才?,F(xiàn)代教育界普遍認(rèn)為,公安工作是涉及文、理、體等多學(xué)科的綜合性專業(yè)。先進(jìn)的公安技術(shù)分析儀器的創(chuàng)造與使用、交通管理及交通事故的分析等等, 都離不開以物理知識(shí)為重要基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)。
以河南警察學(xué)院為例,物理實(shí)驗(yàn)所涉及的原理和基本技能,是刑事科學(xué)技術(shù)、交通管理工程、網(wǎng)絡(luò)安全等專業(yè)的重要理論和實(shí)踐支持,是學(xué)生接受系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端,是培養(yǎng)公安科技類學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。
1 公安理工類專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀
隨著河南警察學(xué)院辦學(xué)層次的不斷提升,各類具有傳統(tǒng)優(yōu)勢的公安類專業(yè)得到迅猛發(fā)展,而作為公共基礎(chǔ)課程的大學(xué)物理教育則處境較為尷尬,最不該被忽視的實(shí)驗(yàn)課程至今尚未起步,實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革啟動(dòng)十分緩慢。
首先,學(xué)院投入公安專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的人力、財(cái)力和物力相對較多,而對基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課的投入相對較少,重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,從而影響了公安學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的改革與全面發(fā)展,相當(dāng)程度上限制了學(xué)生綜合能力的提高和素質(zhì)教育的推行。其次,由于物理總學(xué)時(shí)的限制和公安專業(yè)課學(xué)時(shí)的增加,學(xué)院對物理實(shí)驗(yàn)課程做出大量刪減,遠(yuǎn)未達(dá)到理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)基本要求(高等教育出版社2010年版《理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》指出,物理實(shí)驗(yàn)課程一般不少于54學(xué)時(shí))。再次,由于沒有充足實(shí)驗(yàn)設(shè)備作為輔助,實(shí)際教學(xué)中,物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)傳授與理論課程被迫合二為一,教師講授和學(xué)生理解的難度顯著增加。最后,公安專業(yè)學(xué)生對待物理課程學(xué)習(xí)的態(tài)度總體上比較消極甚至是輕視。公安專業(yè)的學(xué)生目前學(xué)習(xí)和就業(yè)壓力加大,對待不同課程的態(tài)度不同。大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容繁雜,理論邏輯嚴(yán)密,接受難度較高,又沒有直觀的物理實(shí)驗(yàn)作為輔助教學(xué),所以學(xué)生學(xué)習(xí)的抵觸心理較大,學(xué)習(xí)積極性不高。有鑒于此, 針對物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革則是十分必要的。
2 與他校合作開展基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需求
同部屬公安院校和普通理工類或綜合類院校相比,省屬公安院校受限于發(fā)展思路、招生規(guī)模、師資配置、學(xué)校硬件、就業(yè)方向等客觀條件,開展基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程必須考慮以下問題:
1)實(shí)驗(yàn)儀器的購置成本,比如近代實(shí)驗(yàn)用到的邁克爾孫干涉儀,實(shí)驗(yàn)儀器較精密昂貴;2)實(shí)驗(yàn)儀器的耐久能力和維護(hù)成本,比如衍射光柵實(shí)驗(yàn),光柵價(jià)格不低且十分易碎;3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的場地成本,比如用到氣墊導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn),場地面積需求較大;4)實(shí)驗(yàn)難度和完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間成本,比如主要是電學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn);5)實(shí)驗(yàn)室維護(hù)的人力成本,比如需要專門的具有物理學(xué)知識(shí)背景的較高學(xué)歷人才做相應(yīng)的日常維護(hù);6)實(shí)驗(yàn)自身與公安實(shí)踐的關(guān)聯(lián)性等。
此外,沒有完善的教學(xué)大綱做規(guī)劃指導(dǎo),沒有足夠的人員儲(chǔ)備做技術(shù)支撐,沒有相應(yīng)的硬件軟件做配套支持,沒有成熟的管理經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)籌劃長期停滯于起步階段。為契合學(xué)院爭創(chuàng)全國重點(diǎn)公安院校的長期規(guī)劃,與周邊兄弟院校合作開展基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)就成為目前學(xué)院的現(xiàn)實(shí)選擇。
3 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程設(shè)置
基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程按內(nèi)容可劃分為以下幾類:力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)。公安專業(yè)由于其自身特殊性,可從中選擇與專業(yè)聯(lián)系緊密的實(shí)驗(yàn)課題。例如,結(jié)合道路交通事故分析可以選擇氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行碰撞(正面、追尾)實(shí)驗(yàn);利用光敏電阻特性測量實(shí)驗(yàn)儀可以介紹安全防范技術(shù)中探測器的物理依據(jù);多功能光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀可以讓學(xué)生了解到如何利用偏振片使照相機(jī)清晰地拍攝到玻璃后面的物體,以及如何利用光學(xué)原理測定薄膜的厚度;利用不同方法對聲速的測量,在聲波定位、探傷和測距等應(yīng)用中具有重要的意義等等。
結(jié)合學(xué)院基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)際教學(xué)需求,滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo),可以選擇與公安實(shí)踐結(jié)合相對緊密的幾類實(shí)驗(yàn)優(yōu)先開展:
1)測量誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理。本課程涉及所有自然科學(xué)類學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)技能。本課程主要訓(xùn)練學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基本方法。其內(nèi)容由以下兩部分組成:(1)有效數(shù)字及其運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)誤差的特點(diǎn)及克服方法、不確定度概念及其初步評定方法等;(2)列表法、作圖法、逐差法等常用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。
2)動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證。本課程為道路碰撞事故分析的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)支持。內(nèi)容包括:(1)觀察彈性碰撞和完全非彈性碰撞現(xiàn)象;(2)驗(yàn)證碰撞過程中動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律。
3)扭擺法測物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本課程涉及到剛體力學(xué),是工程力學(xué)(車輛、建筑等)的基礎(chǔ)理論。內(nèi)容包括:(1)熟悉扭擺的構(gòu)造及使用方法,熟悉轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試儀的使用方法;(2)學(xué)會(huì)用扭擺測定幾種不同形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。
4)用焦利氏秤測量彈簧勁度系數(shù)。本課程涉及物理實(shí)驗(yàn)中廣泛使用的力學(xué)儀器焦利氏秤。內(nèi)容包括:(1)了解焦利氏秤的結(jié)構(gòu)、原理并學(xué)會(huì)正確使用該儀器;(2)測量出彈簧的勁度系數(shù)。
5)聲速測量。本課程涉及聲速測量,對聲波定位、探傷和測距等實(shí)踐應(yīng)用具有重要意義。內(nèi)容包括:(1)分別用共振干涉法、相位比較法和時(shí)差法測量介質(zhì)中的聲速;(2)用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;(3)了解聲速與介質(zhì)參數(shù)的關(guān)系。
6)霍爾效應(yīng)法測磁場。本課程涉及到霍爾效應(yīng)理論,依據(jù)霍爾原理設(shè)計(jì)的傳感器廣泛應(yīng)用于各種電力系統(tǒng)。內(nèi)容包括:(1)了解霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理;掌握用霍爾器件測量磁場的原理和基本方法;(2)學(xué)習(xí)消除伴隨霍爾效應(yīng)的集中副效應(yīng)對測量結(jié)果影響的方法。
7)示波器的使用。本課程涉及到常用儀器示波器,能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖像,是研究各類機(jī)電設(shè)備的重要工具。內(nèi)容包括:(1)了解示波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)掌握用示波器觀察各種電信號(hào)波形、測量電壓和頻率的方法。(3)掌握觀察利薩如圖形的方法。
8)分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用。本課程涉及到常用光學(xué)儀器分光計(jì),可用來觀察光譜,觀察察色散現(xiàn)象,同時(shí)還可以用于角度的高精度測量。內(nèi)容包括:訓(xùn)練分光計(jì)的調(diào)整技術(shù)和技巧,并用它來測量三棱鏡的頂角和最小偏向角,計(jì)算出三棱鏡材料的折射率。
9)用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑。本課程為研究等厚干涉的經(jīng)典實(shí)驗(yàn),有益于理解薄膜干涉的基本原理,后者為薄膜厚度測定的重要實(shí)踐方法。內(nèi)容包括:(1)觀察光的等厚干涉現(xiàn)象,了解干涉條紋特點(diǎn);(2)利用干涉原理測透鏡曲率半徑。
10)偏振光的觀測與研究。本課程涉及到偏振照相的基礎(chǔ)理論。內(nèi)容包括:(1)觀察光的偏振現(xiàn)象,加深偏振的基本概念。(2)觀測布儒斯特角及測定玻璃折射率。(3)觀測橢圓偏振光和圓偏振光。
重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在公安人才培養(yǎng)中的科學(xué)引導(dǎo)和夯筑基礎(chǔ)作用,明確省屬公安院校物理實(shí)驗(yàn)課程的定位與教學(xué)目標(biāo),合理運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué),挖掘與周邊理工類本科院校的長期合作機(jī)制,抓好物理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)規(guī)劃,逐步建立并完善面向公安類大學(xué)生的科學(xué)高效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭勇剛,譚立超.公安院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].2009年全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.
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