大學物理實驗課程開放實驗項目設置與儀器選擇*

周江 方志杰 禤漢元 朱基珍

廣西工學院信息與計算科學系 廣西柳州 545006

大學物理實驗課程開放實驗項目設置與儀器選擇*

周江 方志杰 禤漢元 朱基珍

廣西工學院信息與計算科學系 廣西柳州 545006

通過對大學物理實驗課程開放實驗教學目標的分析，指出目前開放實驗儀器采購方面存在的誤區，提出以平臺化實驗儀器為主進行開放實驗項目設置和儀器采購。

大學物理；開放實驗；儀器選擇

Author’s address Guangxi University of Technology, Department of Information and Computation of Science, Liuzhou, Guangxi, China 545006

1 引言

近年來，高校在社會經濟發展中的作用越來越受到重視，中央和地方各級政府對高等教育的投入大幅增加，高校對實驗實踐類課程的投入也隨之增加。同時，隨著技術的進步和對外交流的增多，大學物理實驗課程可供選擇的實驗項目和實驗儀器越來越多，物理實驗教學儀器也得到快速更新。

隨著對學生素質教育的重視程度不斷加大，開放實驗已成為大學物理實驗課程發展的重點方向。高校的大學物理實驗課程一般都開設了開放實驗，以提高學生實驗能力與素質，拓寬學生視野。但目前大學物理實驗課程的開放實驗項目在設置和儀器購置方面，很多高校出現偏向高端儀器、高集成度儀器的現象，這對大學物理實驗課程的發展是不利的。部分院校在增加開放實驗項目時偏向于選擇與近現代物理知識相關的項目，這類實驗項目涉及較深的物理知識，實驗過程和實驗結果不直觀，對于普通本科生而言較難。而且這類項目的實驗儀器集成化程度高，儀器易損壞而難維修，實驗儀器的維護也存在一定困難。這樣就出現了學校在開放實驗中投入大量的資金和精力，而最終開設的開放實驗項目卻并不受學生歡迎的現象。

地方普通理工科院校多數沒有物理類專業，物理實驗室經費投入有限，在這種情況下要想開展好開放物理實驗教學，根據自身特點來選擇合適的實驗項目和開放實驗儀器是很重要的[1]。

2 大學物理實驗課程項目設置與儀器選擇的出發點

大學物理實驗課程面向的對象主要是普通理工科學生。現在我國高等教育已經由精英化階段進入大眾化階段，普通理工科學生的物理理論知識水平普遍不高。大多數學生對涉及較新、較深物理理論知識的實驗理解起來有一定困難，操作時容易出現知其然而不知其所以然的情況。若實驗儀器集成化程度高或者理論知識要求較高，學生在實驗時便只會根據課本和教師要求一步步進行機械的操作，最后得出一個結果就算完成了實驗。學生在實驗時不能理解實驗現象，實驗結束后不會分析實驗結果，導致實驗教學效果并不好，也使得學生對實驗課的興趣降低。

出現這種情況的原因是在設置開放實驗項目、購置開放實驗儀器時，部分教師認為開放實驗應該重在學生能力的培養而非實驗基本技能的訓練，因此購置的儀器偏高端化、偏集成化，力圖向學生展示最新的物理研究成果。然而，開放實驗是大學物理實驗課程的一部分，根據《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》，大學物理實驗課程的具體任務是“培養學生的基本科學實驗技能，提高學生的科學實驗基本素質，使學生初步掌握實驗科學的思想和方法，提高學生的科學素養”。對課程教學目標過于拔高，不利于普通本科專業學生的基本實驗技能和素質的培養。因此，開放實驗應該是基本技能訓練與能力培養并重，不應該輕視學生基本實驗技能的鍛煉[2]。開放實驗項目的設置和儀器的購置也要結合物理實驗課程實際進行選擇，而不是盲目攀比，購置各種高端實驗設備。

3 物理實驗課程項目設置與儀器選擇

隨著各高校對實驗室建設投入的不斷增加，普通理工科院校大學物理實驗室開放實驗的儀器設備也在不斷增加。但新增加的部分儀器與較深、較新的物理知識相關，如核磁共振實驗、高溫超導實驗等，對物理理論知識要求較高，而且需要學生投入較多的時間和精力，則在普通理工科院校中不宜開展。這類實驗適合于有物理類專業的院校面對專業學生開設，對普通學生而言，儀器集成化程度較高，反映的物理現象不直觀，理解起來比較困難。同時購買這類實驗儀器，花費大、實際收效小、儀器易損壞而難維修。對于普通地方高校來說，針對物理實驗教學，學生不是需要更多地理解高深復雜難解的理論加簡單的操作，而是應該著眼于基本實驗技能和能力的培養提高及對實驗課程興趣的激發。

相比較而言，以通用實驗平臺類儀器加上各種配件組成的平臺化儀器更加適合開放實驗。除了直接采購平臺化實驗儀器如光學實驗平臺，還可以通過對已有某些實驗儀器進行改造，自行配置一些配件，組成一套平臺化實驗儀器。這類平臺化實驗儀器在大學物理開放實驗中有著諸多優點。

首先，平臺化的實驗儀器利于實驗項目的設置。同一個實驗平臺可以開設多個實驗項目，如采購一套WSZ光學平臺后，可根據不同的配件組合，開設出各種干涉、衍射、偏振、幾何光學等數十種光學類實驗，大大增加實驗室可開設的實驗項目數量。教師可以針對不同專業的學生，利用同一實驗平臺開設不同的實驗項目，更容易激發學生的學習熱情。

其次，平臺化的實驗儀器利于提高學生實驗素質，培養學生自己動腦設計實驗、動手組裝實驗儀器的能力，激發學生對物理實驗課程的興趣。如MSU-1磁懸浮實驗儀配備了各種金屬和非金屬圓環、小燈泡等，可以讓學生自己根據興趣進行研究，而且可以讓學生自制各種導體回路進行研究。學生很容易根據現象，結合自己學習過的電磁感應現象進行定性和定量的分析，在較短的時間內（如2～3節課）完成實驗。在實際實驗教學中可以鼓勵學生利用實驗平臺設計開發其他實驗項目，根據自己的想法自行設計完成實驗，這也有利于提高學生創新能力和解決實際問題的能力。

再次，平臺化的實驗儀器方便管理，易于維護。由于部分學生準備不到位、開放實驗本身較難等多種因素，開放實驗儀器很容易發生損壞。在廣西工學院大學物理實驗教學中心的實驗教學實踐中，開放實驗儀器損壞率相對較高，儀器維護成為教師教學工作的一個很大負擔。而平臺化的實驗儀器則方便維修與保養，只要有各種備用配件，就不會因為一些小的毛病而使儀器不能使用。

最后，平臺化實驗儀器的使用，可以帶動教師利用已有實驗儀器開發新實驗。如液晶電光效應實驗，實驗裝置本身已有半導體激光器、軌道、光功率計等，除了這套儀器原設置的實驗項目外，教師還可以根據自己院校的特點，配備其他光學配件，開設新的實驗項目，讓學生研究其他的光學現象。再如利用等厚干涉實驗裝置，可以設計實驗項目讓學生測量紙的厚度、頭發絲直徑、水的折射率等。這樣改造現有實驗儀器來開發新實驗項目，可以拓展教師思維，增加開放實驗數目，減少儀器購置費用。

4 需要配套的設施與條件

在大學物理開放實驗中，平臺化的實驗儀器雖然有諸多優點，但也需要多方面的軟件條件和硬件設施的配合，才能發揮出最大作用。

首先，要充分利用網絡資源。平臺化的實驗儀器需要學生更多地發揮自己的主觀能動性，但這要建立在學生掌握足夠的資料、對實驗原理和實驗目標有充分了解的前提下。普通的紙質實驗教材信息容量有限，很難滿足學生查找資料、設計實驗等多方面的需求。現在各高校校園網建設均已比較完善，可以依托校園網建設物理實驗教學網站，搜集、開發各種網絡教學資源，利用各種網絡教學手段輔助進行開放實驗教學。以廣西工學院物理實驗教學中心自主建設的物理實驗教學網站為例，網站上有豐富的文字、圖片和視頻實驗教學資料，是學生在準備相關實驗時查找資料及實驗完成后分析實驗結果的好幫手，成為紙質教材的重要補充。

其次，開設虛擬仿真實驗。這類實驗可以讓學生通過網絡遠程模擬實驗進程，驗證自己的實驗設計。學生在使用平臺化實驗儀器時有更高的自由度，但同時也會帶來一些問題。學生很難在實驗前對自己的設計方案進行評價，為實驗給出預期結果。而開設的虛擬仿真實驗，可以讓學生在未接觸實驗儀器前，先在網上進行模擬實驗，得出模擬結果，從而完善自己的實驗設計。虛擬仿真實驗在現階段可作為實際實驗儀器的有益補充，而且隨著虛擬實驗項目的增多和遠程實驗平臺的完善，以后可以作為物理實驗課程發展的一個新方向。

5 結束語

大學物理實驗課程的開放實驗項目設置和儀器采購要切合課程教學目標，不要過于偏向高端化、集成化的實驗儀器。而依靠平臺化的開放實驗儀器進行實驗項目設置，不僅可以鍛煉學生的基本實驗技能，同時也可以提高學生實驗素質和動手能力。通過建設實驗教學網站，整合網絡教學資源，開設虛擬仿真實驗，有利于平臺化的實驗儀器發揮更大的作用。

[1]李未,陳小玲,何玉平.工科院校大學物理開放實驗教學模式探討與實踐[J].大學物理實驗,2011,24(4):97-98.

[2]高鳳梅,蔚國棟.構建工科院校物理開放實驗的措施和意義[J].寧波工程學院學報,2010,22(2):84-86.

Setting of Experiment Items and Selecting of Inst ruments in Opening Experiment of Col lege Physics Experiment Cur riculum//

Zhou Jiang, Fang Zhi jie, Xuan Hanyuan, Zhu Jizhen

Through the analysis to teaching goal of opening experiment of col lege physics experiment curriculum, point out the misunderstandings in opening experiment inst ruments purchase，put forward that the set ting of opening experiment items and inst ruments purchase should focus on platformbased instruments.

col lege physics; opening experiment; selecting of inst ruments

G642.423

B

1671-489X(2012)18-0114-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.114

廣西工學院教改立項項目（院教發[2011]20號）“開放型物理實驗教學新模式的研究與實踐”，新世紀廣西教改工程“十一五”立項項目（桂教高教[2007]109號）“基于校園網的開放式物理實驗教學資源的開發與應用”。

作者：周江，理學士，實驗師，研究方向為PTC陶瓷材料及大學物理實驗教學論。