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东北大学“组合套餐”玩转“云端”大学物理实验

中国新闻网·辽宁 2020年03月16日 17:58

  中新网辽宁新闻3月16日电 (王钰慧)“给一盏发光的灯拍摄照片时,照片中可能会出现从灯中心发出的一些光线。研究和解释这种现象。”

  “将点燃的蜡烛放在瓶子后面,如果你从蜡烛的后面吹瓶子,蜡烛同样可能熄灭,好像瓶子根本不在那里,解释这个现象。”

  ……

  近日,为方便同学们在疫情防控期间在家做物理实验,东北大学物理实验教学中心为同学们布置了一个个妙趣横生、贴近生活的实验项目,方便同学们便利、高效地宅家开展物理实验。

大学物理实验上线中国大学MOOC平台开课

  大学物理实验课,是公共基础课,面向全校理工科二年级本科生开课。这门课程在培养学生严谨的学习态度、活跃的创新思维、理论联系实际的综合能力等方面具有其他实践类课程无法替代的作用。

  东北大学本学期有101个班级、约3000名学生需要修完大学物理实验课程。这门课程,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,对科学实验素养形成起到非常重要的作用。

  受疫情影响,高校延期开学,大学物理实验课面临着缩短学时后实验资源紧张、乃至本学期无法完成课程教学任务的困境。怎样让学生延期开课、如期实验?

  办法总比困难多。东北大学物理实验教学中心未雨绸缪,早在2月初就着手准备,为学生打造了“MOOC看实验+虚仿模拟实验+在家动手做实验”的“套餐式”全新在线教学模式,提高课程教学的创新性和挑战度,更为全国物理实验教学提供了“东大方案”。

学生在家做大学物理实验

  作为东北大学首批“课程思政”示范课、精品骨干课、首批慕课,大学物理实验课程团队重新整合了视频等教学资源,最新版“大学物理实验”课程于2月21日在中国大学MOOC平台上线开课,供全国的大学生学习观看。

  近年来,东北大学物理实验教学中心建设了丰富的虚拟仿真教学资源,可开展涵盖力学、热学、电磁学、光学、近代物理实验以及大型仪器仿真的虚拟仿真类实验项目50余项,2017年被评为辽宁省物理实验虚拟仿真教学中心,“核物理综合实验”项目2019年被评为国家虚拟仿真实验教学项目。为应对疫情防控给教学带来的挑战,物理实验教学中心整合虚拟仿真资源,调整服务器配置,目前,学生可以通过VPN访问校园网,继而访问中心的虚拟仿真平台,自由开展实验室的全部虚拟仿真实验学习项目,还可以利用VR眼镜开展实验项目5项。其中,国家虚拟仿真实验教学项目“核物理综合实验”面向全国高校开放。

  “实验课,顾名思义,不是‘纸上谈兵’,而是动手操作,应该包含创新型、探究型的实验项目,而网上MOOC、虚拟仿真资源无法实现全部的教学目标。为了让学生在家也能动手做实验,我们经过多次网上研讨、方案论证、实验试做,最终确定了两种方案。”物理实验教学中心主任王旗老师介绍说。

学生在家做大学物理实验

  第一种实验方案,就是带领学生在家利用智能手机做物理实验。“我们教学生利用智能手机开展物理量的测量,并演示简单的单摆实验装置搭建及几种测量方法;再给学生布置任务,要求同学们开展设计性实验,研究摆角大于5度的情况,并进行误差分析。对于学有余力的同学,我们还安排了实验进阶内容,深入研究‘绳上球’等实验现象。进阶研究的实验就包含了查阅文献、实验研究、理论分析、撰写实验报告等教学环节。”朱盼盼老师表示。

  “通过这次手机实验,我体会到,实验不一定要在专业的实验室里才能实现,实验就来源于生活,只要细心观察,从一件件小事中都能看到物理学的影子,各种物理定律无时无刻不对我们所在的世界发挥着作用!没想到我们每天都在用的手机居然集成了这么多种类的传感器,这次实验我用毛线作摆绳,用小磁铁快做单摆,利用卷尺测量摆绳的长度,分别用加速度传感器和磁场传感器测量单摆的摆动周期,求出了重力加速度,这些都是生活中很常见的物品,可见生活中要善于观察,更要有探索精神!”机器人科学与工程学院的寇洺诚同学谈起在家做实验的经历,十分兴奋!

  “自己动手,丰衣足食。”让学生享受自主学习、自由探索的乐趣,是这次“云端”大学物理实验的一个重要目标。2018级本科生旷传芳表示,在家做实验,难免会缺少精确的设备,这在给自己带来困扰的同时,也让自己感受到了“自己创造条件”的乐趣:“测重力加速度时,我把表弟的悠悠球给征用了,家里没磁铁,只好用光照来测周期,于是我用台灯、两个小音箱、一些书做了一个简易的光电门,虽然测出的结果不一定像在实验里那样准确,但由于实验从头至尾都由自己设计、执行,所以就对实验有了更深刻的理解。”

  “一张标准的扑克牌,只要在投掷过程中旋转,就可以运动很长一段距离,请你研究一下影响距离和轨迹的参数。这个项目要求同学们在家完成实验现象观察、实验设计与研究,形成理论、解释现象……” 实验教学中心的教师们精选了近年来国际青年物理学家锦标赛、大学生物理学术竞赛中题目,设计了第二套实验方案,即带领学生在家结合手机测量,设计完成实验,并完成理论分析。

  “我们从近三年来中国大学生物理学术竞赛题目中,选出7个题目,让同学们从中选择一个来完成。很多问题都来自生活中常见的现象,有助于激发同学们的实验兴趣。”实验教学中心教师崔晶磊说。

学生在家做大学物理实验

  “我们选择的题目包含扔水瓶、灯光四射、抛纸牌、肥皂膜过滤器等,这些题目在家用简单的器具就可以看到物理现象,也可以通过自主学习分析这里面深刻的物理问题。”实验中心朱雨莲老师表示,查阅SCI检索文献,深入研究其中的理论,对于学生来说,将是一种极大的提升。

  “相传,牛顿在瘟疫期间回到了家乡,但在家乡一年半的时间里,形成了力学三定律、万有引力定律的经典科学发现。我们也希望能够给同学们带来一个优质的研究式型、探究式的学习平台,宅出几个东大版‘牛顿’。”实验中心朱盼盼老师这样幽默地勉励同学们。

  与此同时,物理实验教学中心还先后组织召开了“辽宁省高校物理实验教学研讨会”“全国部分高校物理实验教学研讨会”两次网络会议,为各高校老师介绍疫情期间物理实验课程线上教学的“东北大学方案”,以促进国内高校物理实验课开课质量的提升。一些参会老师表示,东北大学的宝贵经验在疫情过后仍将在信息化、多元化教学中发挥作用。”“全国部分高校物理实验教学研讨会”迎来了100余所高校、231名教师的参与,参会教师们会后意犹未尽,仍在各种微信群、朋友圈分享着东北大学的教学方案和模式。