《大學物理實驗》依據(jù)教育部高等學校非物理類專業(yè)基礎(chǔ)課程教學指導分委員會制定的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》(2010年版)編寫而成。
《大學物理實驗》共八章,分別為“緒論”、“測量、誤差和不確定度”、“物理實驗基礎(chǔ)訓練”、“力學和熱學實驗”、“電磁學實驗”、“光學實驗”、“綜合與近代物理實驗”和“設(shè)計性物理實驗”,共計52個實驗項目。
《大學物理實驗》可作為普通高等院校理工科各專業(yè)大學物理實驗教材,也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。
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我國的高等教育經(jīng)歷了從精英教育到大眾教育的發(fā)展,正在經(jīng)歷從外延式發(fā)展向內(nèi)涵式發(fā)展的轉(zhuǎn)變。在這一轉(zhuǎn)型過程中,陜西科技大學(以下簡稱陜科大)的物理教學也不例外,在一代代陜科大人的不懈努力下,正從弱到強不斷發(fā)展。其中,大學物理實驗室先后被原國家教委評為“高等學校實驗室工作先進集體”、被原陜西省教委評為“先進實驗室”、被原輕工部評為“合格基礎(chǔ)課教學實驗室”;2011年,大學物理實驗室被陜西省教育廳評為“省級實驗教學示范中心”。大學物理課程先后獲得“省級精品課程”和“省級精品資源共享課程”認定,大學物理實驗獲得校級“重點建設(shè)的精品課程”認定。十多年來開設(shè)了應用物理學本科專業(yè),并獲得了物理學一級學科碩士學位授權(quán)。
陜科大在教材建設(shè)方面成績斐然。20世紀90年代,陜科大編寫了符合本校學生實際的《大學物理實驗講義》,并率先在陜西省高校進行了“大學物理實驗綜合性改革”,這一改革得到了全省高校的普遍認可和響應,并獲得了省級教學成果一等獎。2003年,為應對高校擴招帶來的新挑戰(zhàn),陜科大編寫并由陜西人民出版社出版了本校歷史上第一本物理實驗教材——《大學物理實驗》,加大了實驗室建設(shè)的力度,實驗教學水平也上了一個新臺階;2008年,為適應高等學校本科教學水平評估和實驗室大規(guī)模建設(shè)的新要求,陜科大編寫并由國防工業(yè)出版社出版了本校第二本物理實驗教材——《大學物理實驗》,并沿用至今。
隨著高等教育改革的進一步深化,教育部相繼開展了“問題導向”的精品視頻公開課、精品資源共享課、“中國大學MOOC”、“精品在線開放課程”等的建設(shè)工作。2018年6月21日,全國高等學校本科教育工作會議提出了“堅持以本為本、建設(shè)一流本科”的倡議(簡稱“成都宣言”),正式拉開了高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的序幕。隨之而來的是“金課”建設(shè)如火如荼地展開。此次修訂再版正是在這一背景下進行的。
縱觀近幾十年來我國高等教育的教學過程,尤其是大學物理實驗教學過程,其間的確也生成了一大批優(yōu)秀的物理實驗教材,這對豐富我國高等教育的教學模式、提高教學水平起到了奠基作用。但我們也應該看到,能夠在國家層面得到認可并被許多高校普遍采用的大學物理實驗教材并不多。這主要是基于以下三個方面的原因:①高校的實驗室建設(shè)水平不同,學生的基礎(chǔ)理論水平不同。②各高校的教學模式不同。③“成果導向教育”的理念(“OBE”理念)對其他專業(yè)尤其是工科專業(yè)支撐的目的和要求不同。因此,編寫一本適應陜科大的大學物理實驗教學模式、學生學習水平,對本校相關(guān)理工科專業(yè)具有基礎(chǔ)支撐作用,并能被同類、同層次高校采用的大學物理實驗教材就顯得尤為迫切。
修訂后的版本與前兩個版本的區(qū)別在于:①充分考慮發(fā)達省份的高考改革。高中物理在這些省份只作為高考時的選考內(nèi)容。高中物理課時被大幅壓縮,這導致學生進入大學后,在陜科大學習相關(guān)工科專業(yè)時,與同班來自其他省份的學生相比明顯吃力許多。為適應這一變化,陜科大除了在大學物理理論教學中改變教學模式、增加輔修環(huán)節(jié)外,在《大學物理實驗》教材中也增加了輔修環(huán)節(jié),這樣就做到了循序漸進,從而讓學生具有一定的實驗基礎(chǔ)知識并跟上班級其他同學的學習進度。②將最新科研成果融入教學。例如,把“氧化鋅壓敏電阻的制備與電學性能測試”作為金屬熱電子發(fā)射實驗的延伸,并按照研究性實驗的基本要求來要求學生,既可讓學生很快融入到教學科研課題的實踐中,同時也可讓學生真正體會到基礎(chǔ)知識在創(chuàng)新教育中的重要性。③將虛擬仿真與實驗室實際操作結(jié)合起來。學生們有時會使用一些較為精密、昂貴甚至極易損壞的設(shè)備,需要特別小心保護。為此,學生可以在正式實驗前通過計算機、手機等終端連接學校實驗平臺先行模擬實驗內(nèi)容,待掌握實驗要點及系統(tǒng)后再進行實際操作,這樣才能在較短時間內(nèi)學習并領(lǐng)悟?qū)嶒灧椒ê蛯嶒炓I(lǐng)。
陜科大物理系歷來重視大學物理實驗教學工作,培養(yǎng)的學生因其具有“基礎(chǔ)理論厚實、工程訓練扎實、思想作風樸實”的“三實作風”而受到用人單位的普遍歡迎和贊譽。建校60多年來,經(jīng)過幾代物理教師和實驗技術(shù)人員的辛勤勞動,大學物理實驗室已經(jīng)能夠開設(shè)40多個普通物理實驗項目和30多個近代物理實驗項目。陜科大希望能夠通過這些實驗培養(yǎng)出思維縝密,觀察、分析和解決問題能力強,將來從事物理學或高級工程學的人才。
第1章 緒論
1.1 科學實驗的地位、作用和任務(wù)
1.2 物理實驗的地位、作用和任務(wù)
1.3 大學物理實驗課程教學基本要求
1.4 大學物理實驗課程教學程序
第2章 測量、誤差和不確定度
2.1 測量與有效數(shù)字
2.1.1 測量及其分類
2.1.2 有效數(shù)字
2.2 測量誤差及分類
2.2.1 真值與誤差
2.2.2 誤差的分類和測量結(jié)果的定性評價
2.3 誤差的分布
2.3.1 正態(tài)分布(高斯分布)
2.3.2 均勻分布
2.4 測量不確定度評定
2.4.1 測量不確定度的概念及其分類
2.4.2 直接測量量的不確定度評定方法
2.4.3 間接測量量的不確定度評定方法
2.5 數(shù)據(jù)處理的基本方法
2.5.1 列表法
2.5.2 作圖法
2.5.3 逐差法(差數(shù)平均值法)
2.5.4 最小二乘線性回歸法
第3章 物理實驗基礎(chǔ)訓練
3.1 物理實驗的基本測量方法
3.1.1 比較法
3.1.2 放大法
3.1.3 轉(zhuǎn)換測量法
3.1.4 模擬法
3.2 常用物理實驗測量儀器及一般的操作規(guī)程
3.2.1 力學基本儀器及操作規(guī)程
3.2.2 電學實驗基本儀器及操作規(guī)程
3.2.3 光學實驗基本儀器及操作規(guī)程
3.3 物理實驗基本技能
3.3.1 零位校準
3.3.2 水平與鉛直調(diào)節(jié)
3.3.3 視差及消除
3.3.4 逐次逼近調(diào)節(jié)法
3.3.5 焦距和光路共軸調(diào)節(jié)
3.3.6 電路連接與故障排除
3.3.7 先定性、后定量原則
……
第4章 力學和熱學實驗
第5章 電磁學實驗
第6章 光學實驗
第7章 綜合與近代物理實驗
第8章 設(shè)計性物理實驗
附錄
參考文獻