1 鄭遠-物理演示科普視頻在人才培養中的探索與實踐.pdf

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1、浙江大學物理學院浙江大學物理學院 物理實驗教學中心物理實驗教學中心物理演示科普視頻物理演示科普視頻在人才培養中的探索與實踐在人才培養中的探索與實踐鄭鄭 遠遠2024.10.27首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會2目錄演示實驗室的建設人才培養的探索設計制作科普視頻發展與思考首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會物理學科概況物理學科概況3 浙江大學物理學科建有國家工科大學物理教學基地國家工科大學物理教學基地和國家理科人才培養基地國家理科人才培養基地，2019年入選首批國家一流本科專業建設點，2020年入選教育部“強基計劃”專業和基礎學科拔尖學生培養計劃2.0基地，院士7 7名，長江

2、學者7 7名，杰青1313名，國家級青年人才近4040名。學科涵蓋了理論物理、凝聚態物理、原子分子物理、等離子體及天體物理等。近三年發表8 8篇Nature、Science重要成果。物理實驗教學中心，負責全校公共和專業物理實驗教學，是教育部211工程和世界銀行貸款的建設重點，專職教師 2121 人，其中青年博士 7 7 人。目前，已建設國家國家級虛仿一流課程級虛仿一流課程1 1門門（托卡馬克等離子體物理虛擬仿真實驗），省級一流課程省級一流課程3 3門門（物理學實驗、普通物理學實驗和General Physics Lab），入選中國科協中國科協、中國物理學會科普教育基地中國物理學會科普教育基地。

3、首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會演示實驗室建設情況演示實驗室建設情況4指導部門指導部門：設備處、本科生院、總務處等建設部門建設部門：物理學院、物理實驗教學中心建設面積建設面積：實驗室場所 280280m m2 2+走廊空間建設經費建設經費：設備部分 300300萬萬；裝修部分 100100萬萬+儀器數目儀器數目：200200 件件+（采購+自制）建設時間建設時間：2019-2020學年（主體完成）首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會5實驗場所實驗場所光學廳光學廳力熱聲學廳力熱聲學廳長廊長廊電磁學廳電磁學廳大屏大屏報告廳報告廳6部分演示儀器部分演示儀器裸眼裸眼3D3D多負載無

4、線傳輸多負載無線傳輸昆特管昆特管蛇形擺蛇形擺無線傳輸無線傳輸偽偽3D3D投影投影7部分演示儀器部分演示儀器元素光譜元素光譜滴水起電滴水起電傅科擺傅科擺水龍卷水龍卷雅各布天梯雅各布天梯怒發沖冠怒發沖冠克拉尼圖克拉尼圖熱致變色熱致變色8部分演示儀器（師生部分演示儀器（師生home-made）電路混沌電路混沌磁聚焦磁聚焦真空放電真空放電光彈性光彈性重心重心靜電加速靜電加速演示實驗室對外啟用演示實驗室對外啟用920212021年年1 1月月 吳健副校長蒞臨啟用儀式吳健副校長蒞臨啟用儀式2021.1.82021.1.8首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會10媒體報導媒體報導11媒體報導媒體報導2

5、021.5.62021.5.6淳安一中淳安一中2021.7.22 2021.7.22 浙大夏令營浙大夏令營2022.5.27 2022.5.27 六一兒童節六一兒童節2023.4.10 2023.4.10 求是二小求是二小2023.7.6 2023.7.6 暑期科普周暑期科普周12參觀團隊（部分）參觀團隊（部分）2021.1.82021.1.82023.7.23 2023.7.23 浙大夏令營浙大夏令營2023.8.3 2023.8.3 浙大附中浙大附中2023.9.3 2023.9.3 采荷小學采荷小學2024.2.3“2024.2.3“理小寶”理小寶”2023.7.23 2023.7.23

6、 浙大夏令營浙大夏令營2023.8.25 2023.8.25 中小學生來訪中小學生來訪13活動現場（部分）活動現場（部分）14其他活動其他活動2022.11.8 2022.11.8 月掩天王星月掩天王星+15其他活動其他活動2021級本科生潘展燁拍攝到的彗星（攝于遼寧大連旅順口）紫金山-阿特拉斯彗星（C/2023 A3）全國科普教育基地全國科普教育基地16國務院 2021.6.3 浙江大學 統一申報 學院申報學院申報首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會17全國科普教育基地認定文件全國科普教育基地認定文件18全國科普教育基地的運行全國科普教育基地的運行負責人制負責人制：物理學院、物理實驗

7、教學中心科普人員：科普人員：物理實驗教學中心教師 15人經費來源：經費來源：實驗教學經常性經費（有限）政策激勵：政策激勵：科普工作對標教學工作量學生社團學生社團：學生科普志愿者公眾號公眾號：ZJU格物致理（預約通道）科普活動科普活動20002000人次人次/年年 浙大科學夏令營 暑期科普周 大學生開放日 離退休教工活動 校友會活動 中小學生科普“理小寶”活動19數字化與科普視頻數字化與科普視頻20首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會模數轉換器ADC1910s2009年 Nobel prizeCharge-Coupled DeviceCCD1960sCMOS與智能手機1990s數字化與科

8、普視頻數字化與科普視頻21首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會互聯網短視頻平臺社交手機傳播科普視頻CCDCMOS計算機模數轉換數據采集傳感器信息軟件數字化DigitizationQuantization服務教學，服務于人服務教學，服務于人數字化與科普視頻數字化與科普視頻22首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會簡單而有趣經典物理實驗的重現科學知識與原理的簡單表達多個過程表現現象的規律性和關聯性進階探索日常生活中少見的現象與特性形成較完整的物理基礎概念與知識的體系23數字化與科普視頻數字化與科普視頻24首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會簡單而有趣經典物理實驗的重現科學知識

9、與原理的簡單表達多個過程表現現象的規律性和關聯性進階探索日常生活中少見的現象與特性形成較完整的物理基礎概念與知識的體系25數字化與科普視頻數字化與科普視頻26首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會簡單而有趣經典物理實驗的重現科學知識與原理的簡單表達多個過程表現現象的規律性和關聯性進階探索日常生活中少見的現象與特性形成較完整的物理基礎概念與知識的體系27數字化與科普視頻數字化與科普視頻28首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會簡單而有趣經典物理實驗的重現科學知識與原理的簡單表達多個過程表現現象的規律性和關聯性進階探索日常生活中少見的現象與特性形成較完整的物理基礎概念與知識的體系29數

10、字化與科普視頻數字化與科普視頻30首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會簡單而有趣經典物理實驗的重現科學知識與原理的簡單表達多個過程表現現象的規律性和關聯性進階探索日常生活中少見的現象與特性形成較完整的物理基礎概念與知識的體系31數字化與科普視頻數字化與科普視頻32首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會簡單而有趣經典物理實驗的重現科學知識與原理的簡單表達多個過程表現現象的規律性和關聯性進階探索日常生活中少見的現象與特性形成較完整的物理基礎概念與知識的體系33編寫教材編寫教材課程代碼：76188020課程中文名稱：物理與社會服務課程英文名稱：Physics and Social Se

11、rvice課程類別：勞育實踐課學分：1.0學時：32面向對象：物理專業預修要求：無一、課程介紹物理與社會服務課程為物理學院根據教育部和學校安排，專門開設的一門具有物理學科特色的勞育課程，課程分為緒論課2課時，物理演示實驗室科普講解培訓+服務+匯報共計24課時，王淦昌事跡陳列室宣講培訓+服務共計2課時，古籍科技保護工作4課時。人才培養和科普教育人才培養和科普教育34開設勞育實踐課“物理與社會服務”開設勞育實踐課“物理與社會服務”三學期200+人選修首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會35師生拍攝短視頻師生拍攝短視頻100多個，初步制作完成多個，初步制作完成40多個多個培訓學生志愿者，本科

12、生觀看學習培訓學生志愿者，本科生觀看學習363738學生科普培訓學生科普培訓39學生科普社會實踐學生科普社會實踐物理演示實驗課的開設物理演示實驗課的開設40小課題實驗小課題實驗（探究）普通物理實驗II 和 物理學實驗II(大二上學期，48課時)小課題實驗小課題實驗+課題組課題組/CUPT/CUPT（探究+科研訓練）物理學實驗III(大二下學期，48課時)常規演示實驗常規演示實驗（基礎）普通物理實驗I 和 物理學實驗I(大一下學期，48 課時)3學時（自選實驗）學時（自選實驗）24學時學時 或或 48學時（學科交叉）學時（學科交叉）48學時（競賽與探索）學時（競賽與探索）分層次開設分層次開設首屆

13、全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會41傳統演示實驗教學模式傳統演示實驗教學模式 明確目的 演示介紹與操作 引導學生觀察 結合理論分析 鼓勵學生參與 利用視頻資源等支撐理論教學支撐理論教學啟發式實驗教學啟發式實驗教學 引入話題 介紹器材 演示操作 學生觀察 提問與討論 實驗總結 知識拓展問題問題1.趣味性學習效果？2.現象解釋不充分？3.學生掌握的程度？4.是否正確理解？演示實驗課演示實驗課(案例案例)4201eisiE dSq=高斯定理高斯定理靜電平衡靜電平衡導體電場導體電場oP ES0E=導體是等勢體；導體表面是等勢面。E內=0；E表表面。Or尖端放電現象尖端放電現象首屆全國數字化物理

14、實驗教學和高質量發展研討會演示實驗課演示實驗課(案例案例)43?一種近似算法一種近似算法 =1 條件：E內=0；利用庫侖定律：=402 最速梯度下落算法尖端放電現象尖端放電現象首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會演示實驗課演示實驗課(案例案例)44尖端放電現象尖端放電現象一種近似算法一種近似算法 =1 條件：E內=0；利用庫侖定律：=402 最速梯度下落算法首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會演示實驗課演示實驗課(案例案例)45克拉尼圖克拉尼圖1051 Hz1051 Hz1023 Hz1023 Hz1309 Hz1309 Hz638 Hz638 Hz222221yyxct=一維

15、簡諧波一維簡諧波22222221uuxyct+=二維簡諧波二維簡諧波二維受驅波二維受驅波()22221,uufx y tct=邊界條件邊界條件()()00,0,0u x yuuux ytt=0un=Or首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會演示實驗課演示實驗課(案例案例)46克拉尼圖克拉尼圖1051 Hz1051 Hz1023 Hz1023 Hz1309 Hz1309 Hz638 Hz638 Hz()22221,uufx y tct=+=2coscos+coscoscos=2+2首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會演示實驗課演示實驗課(案例案例)47克拉尼圖克拉尼圖1051 Hz

16、1051 Hz1023 Hz1023 Hz1309 Hz1309 Hz638 Hz638 Hz,=cos,coscos,22222+2+21查閱文獻：查閱文獻：薄板振動損耗薄板厚度影響The Journal of the Acoustical Society of America 137,2113(2015)首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會演示實驗課演示實驗課(案例案例)48Review of Scientific Instruments 85,015110(2014)Appl.Phys.Lett.106,014101(2015)超聲波懸浮超聲波懸浮鄭遠,楊國威,鮑德松,等.啟發式

17、物理演示實驗教學模式探索 以聲懸浮實驗為例J.實驗室研究與探索,2020,39(7):5首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會49超聲波懸浮的操控超聲波懸浮的操控50Review of Scientific Instruments 85,015110(2014)鄭遠,鮑德松,王業伍.波導管探針超聲場全息測量系統J.實驗技術與管理,2021,38(6):7超聲波的掃描測量超聲波的掃描測量51學科交叉學科交叉 FPGA制作操控陣列制作操控陣列兩點懸浮三點懸浮四點懸浮物理物理+控制控制+計算機計算機控制懸浮控制懸浮演示實驗課演示實驗課(案例案例)52連續折射與蜃景連續折射與蜃景有哪些不同的蜃景

18、有哪些不同的蜃景?Zheng Y,Huang Z,Yang Y.A Simple Way to Demonstrate and Explain Different Facets of MiragesJ.The Physics Teacher,2021,59(6):422-424.首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會53折射率與虹和霓折射率與虹和霓虹角和霓角虹角和霓角Zheng Y,etc.Rainbows in Different Refractive IndicesJ.The Physics Teacher,2023,61(5):351-354.54半導體與金屬折射率半導體與金屬折射

19、率折射率與菲涅爾定律折射率與菲涅爾定律Xiao T,Yao X,Zheng Y.See more from reflection by Fresnels equationsJ.The Physics Teacher,2024,to be published發展與思考發展與思考55首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會如何與國家科技創新緊密聯系如何與國家科技創新緊密聯系？如何支撐培養拔尖人才如何支撐培養拔尖人才：知識？能力和素養？如何可持續發展教學與科普如何可持續發展教學與科普：師資隊伍、學生、經費和政策。如何尋找合適的發展方向：如何尋找合適的發展方向：結合學校自身特點。發展與思考發展與思考56首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會HomemadeHomemade光譜儀光譜儀儀器拆解科普教學儀器拆解科普教學?：紫外可見分光光度計紫外可見分光光度計57儀器拆解科普教學儀器拆解科普教學?：投影儀的幾何光路與混色：投影儀的幾何光路與混色感謝大家！感謝大家！首屆全國數字化物理實驗教學和高質量發展研討會