《物理創(chuàng)新基礎(chǔ)訓(xùn)練1》課程教學(xué)大綱

《物理創(chuàng)新基礎(chǔ)訓(xùn)練1》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱物理創(chuàng)新基礎(chǔ)訓(xùn)練BasicTrainingforPhysicalInnovation課程編碼SCC522811020開課院部理學(xué)院課程團(tuán)隊物理創(chuàng)新教學(xué)團(tuán)隊學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時2周講授0實驗0上機(jī)0實踐2周課外學(xué)時0適用專業(yè)應(yīng)用物理學(xué)授課語言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、力學(xué)、高等數(shù)學(xué)（2-2）課程簡介（必修）物理創(chuàng)新基礎(chǔ)訓(xùn)練是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)物理創(chuàng)新系列課程中的第一門訓(xùn)練課。該課程突出實驗方法的掌握、實驗數(shù)據(jù)的分析及創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。在該課程中，學(xué)生以PASCO實驗平臺為基礎(chǔ)，應(yīng)完成物理實驗的原理研討、實驗搭建、數(shù)據(jù)分析及創(chuàng)新設(shè)計等一系列的任務(wù)。在這個過程中，學(xué)生的基本實驗技能得到提高，科學(xué)創(chuàng)新素質(zhì)得到訓(xùn)練。本課程將中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（ChinaUndergraduatePhysicsTournament,CUPT）的競賽模式深入引入到課程教學(xué)中，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式三個方面建立了一套完整的課程體系，全面系統(tǒng)地培養(yǎng)和考查學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和科研素質(zhì)。BasicTrainingofInnovationinPhysicsisthefirsttrainingcourseinthephysicsinnovationseriescoursefortheappliedphysicsmajors.Thiscourseemphasizesthemasteryofexperimentalmethods,analysisofexperimentaldata,andtrainingofcreativethinking.Inthiscourse,thestudentsshouldfinishaseriesoftasksbasedonthePASCOexperimentalplatform.Thetasksincludediscussionofaphysicsprinciple,setupoftheexperiment,dataanalysis,andinnovativedesign.Inthisprocess,thestudents’basicexperimentalskillswillbeimproved;thestudents’innovationqualitywillbetrained.ThecompetitionmodeoftheChinaUndergraduatePhysicsTournament(CUPT)isintroducedintothiscourse.Acompletecurriculumsystemisestablishedinthethreeaspectsofcoursecontent,teachingmethods,andassessmentmethods.Thiscoursecultivatesandexaminesstudents'innovativeconsciousness,innovativeability,cooperativespirit,andscientificresearchquality.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：學(xué)習(xí)物理實驗中的基本測量方法及數(shù)據(jù)處理方法；掌握物理學(xué)的實驗方法，具備進(jìn)行物理實驗的基本技能。是3.13.12M2目標(biāo)2：了解科學(xué)寫作，科學(xué)報告的完整過程；具備撰寫報告、設(shè)計文稿、陳述發(fā)言的基本能力。是7.13M3目標(biāo)3：了解科學(xué)研究的基本流程及基本要素；具備利用科學(xué)研究的思維和方法解決未知問題的基本能力。是9.14M4目標(biāo)4：了解科學(xué)討論及協(xié)作的基本流程；具備通過團(tuán)隊協(xié)作進(jìn)行科學(xué)研究的能力。是8.18.1三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章創(chuàng)新訓(xùn)練平臺及數(shù)據(jù)處理課程內(nèi)容，實驗平臺及分析方法的介紹，讓學(xué)生了解課程的整體學(xué)習(xí)形式，學(xué)會PASCO實驗平臺的使用方法，掌握基本的物理分析手段與數(shù)據(jù)處理技術(shù)。/////21.1創(chuàng)新訓(xùn)練平臺課程簡介，組織形式，PASCO物理實驗平臺，傳感器介紹，演示性實驗M11講授、討論1作業(yè)31.2物理實驗中的數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理方法，平均值，物理實驗中的誤差，減小實驗測量誤差的方法，數(shù)據(jù)處理軟件M11講授、討論1閱讀文獻(xiàn)4第二章物理創(chuàng)新基礎(chǔ)實驗1.學(xué)生需從該部分的實驗中選取3個實驗，獨立完成研究。2.該部分實驗來源于歷年的CUPT競賽的經(jīng)典題目，這些實驗原理清晰，實驗設(shè)計相對簡單，物理機(jī)制相對比較明確，實驗項目將會根據(jù)CUPT競賽的題目逐年更新。3.學(xué)生需要獨立完成審題，文獻(xiàn)查閱，方案設(shè)計，實驗測量，理論分析，機(jī)制探討的完整流程。/////5實驗1漏斗與球通過向漏斗中吹氣，一個輕質(zhì)小球（如乒乓球）可以被拾起，解釋此現(xiàn)象并探究相關(guān)的參數(shù)。M1,M2,M34實驗4方案設(shè)計，報告撰寫6實驗2填充瓶子當(dāng)垂直的水柱進(jìn)入瓶子時，可能會產(chǎn)生聲音，并且，隨著瓶子被填充，聲音的特性會改變。探究此系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，如水柱的速度與尺寸，瓶子的大小與形狀或水溫等對聲音的影響。M1,M2,M34實驗4方案設(shè)計，報告撰寫7實驗3颶風(fēng)球通過起始時用手旋轉(zhuǎn)，并使用一根管子（如吸管）朝其吹氣，連在一起的兩個鋼球能以極高頻率旋轉(zhuǎn)。解釋并探究這一現(xiàn)象。M1,M2,M34實驗4方案設(shè)計，報告撰寫8實驗4牛頓擺牛頓擺的振動會逐漸衰減，直到擺球靜止。探究相關(guān)參數(shù)，例如擺球的數(shù)量、材質(zhì)和排列方式對牛頓擺衰減速率的影響。M1,M2,M34實驗4方案設(shè)計，報告撰寫9實驗5雪糕棒連鎖反應(yīng)通過輕微的彎曲，可將木制的雪糕棒連接在一起，以實現(xiàn)在被稱作“眼鏡蛇式編織”形狀的鏈條中連鎖。當(dāng)這種鏈條的一端被釋放時，木棒迅速脫落，且波陣面沿著鏈條傳播。探究這一現(xiàn)象。M1,M2,M34實驗4方案設(shè)計，報告撰寫10實驗6循環(huán)擺將一重一輕兩個負(fù)載通過水平桿上的一根繩子相連，并下拉輕負(fù)載以吊起重負(fù)載。釋放輕負(fù)載，它將圍著桿掃動，從而阻止重負(fù)載落到地面。探究此現(xiàn)象。M1,M2,M34實驗4方案設(shè)計，報告撰寫11第三章物理創(chuàng)新研究性實驗1.學(xué)生需從該部分的實驗中選取5個實驗,分組進(jìn)行研究。2.該部分實驗來源于當(dāng)年的CUPT競賽的經(jīng)典題目，這些題目沒有確定的答案，開放性很強(qiáng)，但又非常貼近生活或者當(dāng)前的研究熱點，具有比較高的研究價值。實驗項目將會根據(jù)CUPT競賽的題目逐年更新。3.學(xué)生需要分組完成審題，文獻(xiàn)查閱，方案設(shè)計，實驗測量，理論分析，機(jī)制探討的完整流程。/////12實驗7漂移的斑點將激光束照射到黑暗的表面上，在斑點內(nèi)可以看到顆粒狀圖案，當(dāng)用相機(jī)或人眼觀察這個圖案時，圖案似乎在緩慢移動，圖案相對于表面似乎在漂移，解釋現(xiàn)象并研究漂移如何取決于相關(guān)參數(shù)。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告13實驗8不起眼的瓶子將點燃的蠟燭放在瓶子后面，如果你從蠟燭的對面吹瓶子，蠟燭同樣可能熄滅，好像瓶子根本不在那里，解釋這個現(xiàn)象。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告14實驗9畫出來的導(dǎo)線用鉛筆在紙上畫的線可以導(dǎo)電，研究這種導(dǎo)線特性。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告15實驗10玩紙牌一張標(biāo)準(zhǔn)的撲克牌只要在投擲的過程中旋轉(zhuǎn)，就可以運(yùn)動很長的一段距離，研究影響距離和軌跡的參數(shù)。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告16實驗11撒克遜碗一個底部有洞的碗放在水中會下沉，撒克遜人用這個裝置來計時，研究決定下沉?xí)r間的參數(shù)。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告17實驗12繩子上的球?qū)⒗K子穿過一個帶有洞的球，這樣球就可以沿著繩子自由移動。把另一個球系在繩子的一端。當(dāng)你周期性地移動繩子的自由端時，你可以觀察到兩個球的復(fù)雜運(yùn)動。研究這一現(xiàn)象。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告18實驗13下落的塔相同的圓盤，一個疊在另一個上面，形成一個獨立的塔。當(dāng)塔底部的圓盤通過施加一個突然的水平力來移除，塔身的其余部分就會掉落到底面上，并依然保持直立狀態(tài)。研究該現(xiàn)象并確定允許塔保持靜止直立的條件。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告19實驗14摩擦振子一個大塊的物體被放置在兩個相同的平行水平圓柱體上。兩個圓柱各自以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，但方向相反。研究物體在圓柱體上的運(yùn)動如何依賴于相關(guān)參數(shù)。M2,M3,M46實驗6方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析，總結(jié)報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1基礎(chǔ)知識考核1.線上考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對實驗平臺，實驗數(shù)據(jù)處理等基本知識的掌握能力，題型主要有選擇題，簡答題等。20%2基礎(chǔ)實驗操作1.學(xué)生選做3個實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學(xué)生的儀器使用，設(shè)備搭建，問題解決的能力。6%3基礎(chǔ)實驗研究報告1.針對于每個基礎(chǔ)實驗提交一份研究報告，研究報告里面需要包括：題目解讀，文獻(xiàn)綜述，研究方案，結(jié)果分析等幾個部分。2.成績采用百分制，根據(jù)研究報告的深入性、準(zhǔn)確性及規(guī)范性進(jìn)行評分。24%4創(chuàng)新實驗操作1.學(xué)生組隊選做5個實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作、儀器使用，設(shè)備搭建，問題解決的能力。10%5創(chuàng)新實驗辯論交流1.考核形式參考CUPT競賽的比賽形式，成績采用百分制，根據(jù)辯論交流的情況評分。2.整個的辯論交流過程中，每一個團(tuán)隊都會在不同的輪次里分別作為正方，反方和評論方角色進(jìn)行結(jié)果展示，提出質(zhì)疑，總結(jié)陳述等科研過程。團(tuán)隊作為每種角色時的得分占比不同，分別是作為正方時得分占比60%，作為反方時占比30%，作為評論方時占比10%。3.辯論交流過程中裁判由學(xué)生組成。最終，經(jīng)過多輪次的辯論交流后，給出該部分成績。40%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1基礎(chǔ)知識考核100%A-獨立思考、按時完成，作答規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，作答比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，作答比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作答不規(guī)范，解題思路混亂。2M3基礎(chǔ)實驗操作30%A-實驗過程中認(rèn)真完成實驗要求，得到正確的實驗結(jié)果，實驗記錄充分。B-實驗過程中能完成實驗要求，得到較為正確的實驗結(jié)果，有相關(guān)實驗記錄。C--實驗過程中不能完成實驗要求，或不能得到較為正確的實驗結(jié)果，或?qū)嶒炗涗洸蛔?。D-實驗過程中不能完成實驗要求，不能得到較為正確的實驗結(jié)果，實驗記錄不足。3M2基礎(chǔ)實驗研究報告40%A-報告格式規(guī)范，方案設(shè)計合理，數(shù)據(jù)分析清晰，結(jié)論明確深入。B-報告格式比較規(guī)范，方案設(shè)計比較合理，數(shù)據(jù)分析比較清晰，結(jié)論明確。C-報告格式基本規(guī)范，方案設(shè)計基本合理，數(shù)據(jù)分析基本清晰，有結(jié)果討論。D-報告格式混亂，方案設(shè)計不合理，無數(shù)據(jù)分析，無結(jié)果討論。4M3基礎(chǔ)實驗研究報告10%A-報告格式規(guī)范，方案設(shè)計合理，數(shù)據(jù)分析清晰，結(jié)論明確深入。B-報告格式比較規(guī)范，方案設(shè)計比較合理，數(shù)據(jù)分析比較清晰，結(jié)論明確。C-報告格式基本規(guī)范，方案設(shè)計基本合理，數(shù)據(jù)分析基本清晰，有結(jié)果討論。D-報告格式混亂，方案設(shè)計不合理，無數(shù)據(jù)分析，無結(jié)果討論。5M4基礎(chǔ)實驗研究報告40%A-報告格式規(guī)范，方案設(shè)計合理，數(shù)據(jù)分析清晰，結(jié)論明確深入。B-報告格式比較規(guī)范，方案設(shè)計比較合理，數(shù)據(jù)分析比較清晰，結(jié)論明確。C-報告格式基本規(guī)范，方案設(shè)計基本合理，數(shù)據(jù)分析基本清晰，有結(jié)果討論。D-報告格式混亂，方案設(shè)計不合理，無數(shù)據(jù)分析，無結(jié)果討論。6M3創(chuàng)新實驗操作30%A-實驗過程中分工明確，認(rèn)真完成實驗要求，得到正確的實驗結(jié)果，實驗記錄充分。B-實驗過程中分工基本明確，能完成實驗要求，得到較為正確的實驗結(jié)果，有相關(guān)實驗記錄。C--實驗過程中有一定的分工，不能完成實驗要求，或不能得到較為正確的實驗結(jié)果，或?qū)嶒炗涗洸蛔?。D-實驗過程中無分工，不能完成實驗要求，不能得到較為正確的實驗結(jié)果，實驗記錄不足。7M2創(chuàng)新實驗辯論交流60%根據(jù)