基礎物理實驗教學平臺建設研究

孫艷+劉兵

摘 要 通過對培養目標分析，構建由必修類實驗、拓展類實驗和創新實踐活動組成的基礎物理實驗教學平臺，以此推動學員實踐能力培養。

關鍵詞 實驗教學 實踐能力 教學平臺

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.11.055

Construction Research of Basic Physics Experiment Teaching Platform

SUN Yan， LIU Bing

（Experiment Center， Aviation University of Air Force， Changchun， Jilin 130022）

Abstract Through the analysis of training goal， the basic physics experiment teaching platform is constructed. It consists of compulsory experiments， expending experiments and Innovation practice activities. The platform promotes students' practical ability.

Key words experiment teaching; practical ability; teaching platform

1 實驗中心成立及建設

2007年總部專門制定下發了《軍隊院校基礎實驗室建設標準》（試行版），要求全軍學歷教育院校的基礎實驗室實施標準化建設。①2009年我校以教學評價為契機，統籌整合實驗教學人員和設備，成立實驗中心。實現了大學物理實驗成為獨立開設的必修課，改變了實驗教學的從屬地位。實驗中心成立后，在充分論證的基礎上，改革更新實驗內容，添置和更新了大量的教學實驗儀器設備，重新規劃實驗室開設項目，布置實驗樓內環境，建設實驗資料網站、演示實驗室和實驗預約系統，通過軍隊“2110工程”改造基礎實驗室和建設虛擬仿真實驗室。為了滿足軍校學員培養需要、全面落實素質教育和創新能力培養，并同時面對實驗課時削減的壓力，經過幾年的發展，逐漸形成了由實物實驗、演示實驗、虛擬實驗和創新實驗構成的“四位一體”的新實驗教學體系，并構建了基礎物理實驗教學平臺。實驗教學平臺的建設在滿足《課程標準》所規定的教學任務基礎上充分考慮學員的個體差異。平臺的建設強調軍隊院校學歷教育的基礎性、綜合性和軍事性，更加突出學員解決實際問題能力的培養和綜合素質的全面提高。在實驗項目的多樣類別設置上既充分體現實驗訓練作為大多數科學實驗基礎的共性，又要體現對學員專業的支撐性，既要考慮訓練學員的動手能力、數據分析能力，又要考慮有利于學員創新能力的培養。②因此，通過實驗教學平臺建設，整合、建設與其匹配的實驗設施和制度措施，形成“基礎、提高、研究、創新”多層貫通的、模塊化的實驗課程體系。

2 實驗教學平臺建設依據

物理實驗教學平臺的建設建設依據《飛行人才培養方案》、《軍隊院校大學物理實驗教學基本要求》等文件及空軍航空大學教學改革方向，確立了實驗教學培養學員的三級能力目標，即實驗基本技能、科學探究能力和創新能力。

實驗基本技能是指學員能夠了解并重視實驗跟飛行專業及培養目標的聯系，了解物理實驗發展脈絡及進展，掌握實驗原理及多種實驗方法，能正確使用儀器及輔助設備，獨立完成實驗。能夠通過自學和獨立思考明確每個實驗“做什么”、“怎樣做”、“為什么”，逐步達到自主實驗，能夠對實驗結果進行分析、判斷、歸納與綜合，形成反饋提出實驗過程或方法的改進意見。

科學探究能力是指在具有一定的實驗基本技能基礎上，在解決問題或作決定時能嘗試運用科學原理和科學研究方法。經歷基本的科學探究過程，具有初步的科學探究能力，在實踐中有依靠自己的科學素養解決實際問題、提高工作質量和效率的意識。

創新能力是指發現問題、分析問題并找出解決問題的理論和方法的能力， 包括觀察、想象、思維、分析、實踐、記憶和表達等能力。通過多種手段激發和引導，能夠注意觀察、發現新現象和新問題，并能突破傳統思維定式，大膽想象，尋求變異，積極探索新的實驗方案和進一步研究的方向，具有對未知領域主動探索精神和開拓創新意識。

3 實驗教學平臺構建

依據學員的三級能力培養目標，物理實驗教學平臺整體構建劃分為三個層次：（1）必修類實驗;（2）拓展類實驗;（3）創新實踐活動。

3.1 必修類實驗

3.1.1 內容及層次

必修類實驗是指大學物理實驗課程要完成的實驗項目，共50學時，包括1次的數據處理方法（4學時）和23個實驗項目（每個實驗2學時）。實驗課程設置沒有按照傳統的力熱光電進行分類，而是分為基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗三個層次。實驗中心分析學情、制定課堂教學方改革方案進一步改造、豐富傳統項目，依據科技新發展更新實驗內容、添加具有新技術和手段的項目、并分層次進行教學方法的開發。形成從低到高、從基礎到前沿、從傳授知識到培養綜合能力，逐級提高的物理實驗課程體系，并把教學內涵與方法上的“設計性”貫穿所有“三個層次”的始終。其中，綜合性、設計性實驗課時在總課時中高于40%。

3.1.2 學習及管理方式

為培養學員自我管理能力，充分體現自主學習，物理實驗實行開放教學模式。實驗中心利用自主研發的軟件“實驗開放預約管理系統”，以網絡硬件為依托，以信息軟件為平臺，對實驗教學資源進行全面整合，構建網絡實驗教學平臺和網絡教學體系，實現實驗項目網上預約、學員身份識別考勤、成績網上公布及統計。開課前一周，學員依據自己課表和安排登錄預約系統預約實驗，課上教員利用網絡對學員出席進行簽到;教員將批改完的實驗報告和考試成績錄入系統，由系統計算統計最終實驗成績。此外，實驗中心依托大學網絡教學平臺，建立了實驗網絡課程，為開設的實驗課錄制有聲課件和演示操作視頻，這極大地方便學員進行實驗預習和復習。

3.2 拓展類實驗

3.2.1 內容組成

拓展類實驗是必修類實驗一個有力的補充，一方面拓展實驗融入了一些軍事及飛行專業技術特色，另一方面通過拓展實驗學習有利于學員知識系統化。拓展類實驗包括軍事特色實驗、演示實驗、虛擬實驗三部分。

軍事特色實驗項目是指與實戰結合、與飛行應用技術密切相關、操作性可視性較強的實驗。軍事特色實驗項目包括陀螺實驗、空速管實驗、高度表實驗、地平儀實驗、位置傳感器實驗、溫度傳感器實驗、速度傳感器實驗等。通過特色實驗，學員結合已掌握理論知識、實驗方法設計步驟完成實驗，達到培養探究能力、激發專業熱情、增強飛行事業心的目的。

演示實驗是實物實驗重要組成部分。把原理深刻、構思巧妙、技術先進、效果突出的演示實驗呈現到學員面前，力求起到使學員開闊眼界、啟迪思維、培養興趣、開發智力的作用。

虛擬實驗作為實物實驗一個有力的補充，學員可以做一些實物實驗中沒有的實驗。學員可在虛擬環境中自行設計實驗方案、擬定實驗參數、操作儀器，模擬真實的實驗過程，達到培養動手能力、學習實驗技能、深化理解物理知識的目的。

3.2.2 軟硬件建設

實驗中心自主研發與飛行特色實驗項目匹配的實驗儀器，并建立特色項目實驗室。整理相關資料，將飛行特色實驗項目填加進修編《大學物理實驗》教材，增強教材飛行專業性。

演示實驗室建成面積為240余平方米，能演示120余個項目的大學物理演示實驗室，同起步較早的高校一樣可實現課堂實物演示、開放實驗室等多種功能。③演示項目包括風洞試驗、直升機角動量演示實驗、全球定位系統、雷達定位系統演示等軍事類項目，已列入了飛行學員選修課中，計劃學時為20學時，并自編配套教材。

虛擬仿真實驗室按20個實驗位建設，面積為90平方米。硬件配置有服務器、實驗平臺、計算機、傳感器、數據采集接口和半實物仿真實驗儀器若干。開發大學物理實驗虛擬仿真軟件并編寫配套教材，虛擬軟件能實現84個實驗項目的虛擬仿真。

3.3 創新實踐活動

創新實踐活動以多種形式展開，主要為熱愛科研、具有探索創新精神的學員提供一個展現、實現自我和深造的平臺。

3.3.1 創新實踐活動主要有三種形式

一是以競賽為牽引參與國家、省軍級學科大賽的學員創新實踐活動體系。如大學創新競賽、“八一杯”軍隊院校大學生物理科技創新競賽等活動。由實驗中心遴選學有余力、喜愛科研的學員。由學員自行組隊申請進入實驗室后，圍繞實戰應用或解決實驗實際問題進行選題，并在教員指導下，以科研小組為單位自主設計、自主調試、獨立完成設計和任務書撰寫，通過評審系統參加比賽。

二是學員參加教員科研課題的部分工作。有科研項目的教員公布課題題目、研究目的及研究進展，招募有科研能力的學員參與科研團隊，依據學員特長進行分工，明確研究方向。課題負責人牽頭，科研團隊定期開組會，匯報研究進展、解決研究中遇到的問題及下一階段研究計劃。由課題負責人掌控課題研究進度，確保按時結題。

三是有創新想法的學員可自選研究題目自發組成團隊，向實驗中心申請實物和技術支持。實驗中心可為團隊提供實驗場地、常規測試儀器，派科研經驗豐富的教員給予指導，并推薦其成果參加各級評比等。

3.3.2 獎勵形式

在大學、國家、省軍級科技競賽中獲得獎勵者，依據獲獎級別和完成任務不同，頒發證書、給予相應的學分或實驗期終考試免試等獎勵。

4 結語

實驗教學平臺建設是實驗教學改革的核心。我校實驗中心為深化實驗教學改革，構建基于飛行學員培養三級能力目標的實驗教學平臺，并開展與之適應的教學模式、方法改革和軟硬件建設。實驗教學平臺面向全體學員，使學員接受到系統實驗方法和實驗技能的訓練，對學有余力、具有創新精神的學員提供了良好的深入學習平臺，在學員創新能力培養方面發揮重要作用。

注釋

① 總參謀部軍訓和兵種部.軍隊院校基礎實驗室建設標準（試行）[Z]，2007.

② 孫寶光，唐海燕，王全武.淺談大學物理實驗教學平臺的建設[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2012.7：185-186.

③ 趙在忠，楊莉敏，沈元華.復旦大學的物理演示實驗在創新中前進[J].物理實驗，2001.21（3）：26-27.