地方性應用型工科院校大學物理實驗平臺建設

高潭華， 鄭福昌， 蘇春燕， 劉雪梅， 葉靖瑩

(武夷學院 機電工程學院, 福建 武夷山　354300)

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實驗教學研究

地方性應用型工科院校大學物理實驗平臺建設

高潭華， 鄭福昌， 蘇春燕， 劉雪梅， 葉靖瑩

(武夷學院 機電工程學院, 福建 武夷山354300)

以應用型工科院校人才培養(yǎng)目標為出發(fā)點，通過建設大學物理實驗的3個子平臺，即層次性真實實驗平臺、微視頻課程輔助教學平臺和虛擬實驗平臺，闡述了創(chuàng)建適合地方性應用型工科院校的多通道、立體化、網(wǎng)絡化大學物理實驗平臺建設的思路和實踐。

大學物理實驗; 層次性實驗平臺; 微視頻課程平臺; 虛擬實驗平臺

大學物理實驗是理工科學生進入大學后接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端，大學物理實驗中有豐富的實驗思想、方法、手段，是對學生進行科學實驗基本訓練的基礎課程，它不僅會影響學生后續(xù)實驗課程的學習，而且在某種程度上將影響他們今后的專業(yè)生涯[1-2]。傳統(tǒng)的大學物理實驗教學，在教學內(nèi)容和實驗項目的設置上，驗證性的經(jīng)典物理實驗偏多，綜合性、設計性實驗不足；在教學模式上，多以教師為主體、學生為客體。我們提出了構建新型地方性應用型理工科院校大學物理實驗教學體系的思路和意見[3]，依托福建省基礎物理實驗教學平臺的建設項目，根據(jù)我校的辦學特點，積極開展大學物理實驗教學研究，以地方性應用型工科院校《大學物理實驗》教材的編寫為主線，以開發(fā)綜合性、設計性實驗為重點。在實驗內(nèi)容上，著力建設適合地方性應用型工科院校逐步升級的引導性—基礎性—綜合性—設計性的層次性物理實驗平臺；在學習形式上，建設適應現(xiàn)代社會碎片化學習的物理實驗微視頻課程輔助教學平臺；在學生的學習模式上，建立以學生為主體，滿足多種學習需求的虛擬大學物理實驗平臺，從而構建起新型的立體化、網(wǎng)絡化的適合地方性應用型大學的物理實驗教學體系。

1　建立適合地方性應用型工科各專業(yè)特點的層次性的物理實驗教學平臺

提高地方性應用型本科工科院校大學物理實驗的教學質(zhì)量，培養(yǎng)大學生的科學素養(yǎng)、實驗能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，教材建設是關鍵。我們對原來的教材[4]進行了大幅度的改革，根據(jù)應用型本科院校特點和要求，精簡了基礎物理實驗，新選和開發(fā)改造了一些與學校學科專業(yè)相適應的綜合性實驗和設計性實驗。新教材于2015年7月由吉林大學出版社出版。

1.1整合精選基礎物理實驗

我校前身是師范高等?？茖W校，當時按照?？莆锢斫逃龑I(yè)來設置物理實驗室，實驗室的條件是實驗儀器種類較多，能開設的驗證性實驗項目較多，但每一個實驗的儀器臺套數(shù)較少?；谶@種情況和我校向工科應用型大學轉(zhuǎn)型的需要，我們提出了精選整合基礎物理實驗項目、擴大實驗儀器臺套數(shù)的物理實驗室建設思路。在實驗內(nèi)容選擇方面的基本原則是：

第一，注重基本理論、方法和技能三基訓練，如：物理量的各種測量方法；實驗數(shù)據(jù)記錄、處理、不確定度評定和實驗結(jié)果表示；基本物理實驗儀器的使用和保養(yǎng)。精選了基本測量和萬用表的使用2個引導性實驗及楊氏模量測定、電表改裝等10個基礎性實驗。

第二，在教學形式上強調(diào)規(guī)范，抓好物理實驗的各主要環(huán)節(jié)的教學。預習，要求寫預習報告，有規(guī)范的實驗目的、原理以及完整的實驗記錄表，實驗前指導教師檢查并當面進行評價(占本次實驗的30%)；實驗過程，應有實驗步驟、原始數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象的準確記錄，并在這些環(huán)節(jié)中進行實時評價，即時指出學生的不足并指導其改正(占40%)；實驗報告要求有完整的數(shù)據(jù)處理過程，實驗結(jié)果用不確定度表示，并對結(jié)果分析討論、完成思考題的回答(占30%)。3個環(huán)節(jié)嚴格按照規(guī)范要求。通過內(nèi)容和形式的規(guī)范，切實提高了大學物理實驗的教學效果和質(zhì)量。

1.2開發(fā)結(jié)合專業(yè)特點的綜合性物理實驗

選擇、改進和開發(fā)適合我校各個工科專業(yè)特點的綜合性大學物理實驗，盡量做到以下4點：

(1) 實驗具有綜合性；

(2) 相應專業(yè)需要，但學校的現(xiàn)有課程中又暫時還沒有覆蓋到；

(3) 具有現(xiàn)代性，是現(xiàn)行應用比較廣泛的成熟技術；

(4) 物理原理能講清楚，實驗能在規(guī)定時間內(nèi)完成。

為此實驗室用了1年多的時間，要求每一位教師做1個專業(yè)(或?qū)I(yè)群)的調(diào)研，選擇具有專業(yè)特點的綜合性實驗，購置相應的實驗儀器進行研究，完成實驗并撰寫講義。期間進行了多次的交流和討論，選擇開發(fā)了適合機械類專業(yè)的“光柵傳感器測量位移和角位移”實驗、適合環(huán)境與化工類專業(yè)的“衍射光柵測量及其應用”、適合電子類專業(yè)的“電渦流傳感器實驗”等8個綜合性實驗。教師付出了辛勤的努力，實現(xiàn)了預期的目標。與此同時，教師對學校的專業(yè)設置及內(nèi)涵有了更深的了解，對大學物理實驗的作用也有更深的認識，起到了教學研究與教師成長相互促進的作用。

1.3建設培養(yǎng)大學生應用能力的設計性物理實驗

應用、創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)是知識技能學習的最終目標，在大學物理實驗階段重點培養(yǎng)這方面的意識。我們在教材的編寫中，設計性實驗只給學生實驗目的、要求、實驗室有的相關儀器以及推薦參考文獻，學生必須自己在充分的調(diào)研基礎上，綜合運用所學的知識建立模型、選擇實驗方法及配套的儀器、測量條件等，提出合理的實驗方案、提交實驗準備報告、進行實驗、改進方案、撰寫實驗報告，才能完成整個實驗。由簡單到復雜，我們安排了一系列設計性的實驗。設計性實驗提高了學生通過各種知識平臺獲取信息的能力和運用知識的能力，增強了創(chuàng)新意識。

1.4開展培養(yǎng)研究能力和創(chuàng)新精神的創(chuàng)新實驗

利用各級大學生創(chuàng)新實驗項目的建設，以團隊的形式開展研究，培養(yǎng)工科學生的創(chuàng)新和研究能力，如2012級微電子學專業(yè)盧新柳同學主持的福建省大學生創(chuàng)新實驗項目“計算機處理大學物理實驗數(shù)據(jù)的方法研究和軟件設計”，經(jīng)過2年的努力，不僅做出了一套處理大學物理實驗數(shù)據(jù)的模板，而且對一些問題進行了比較深入的探索和研究，解決了在Excel中粗大誤差自動剔除問題，論文在本科大學學報公開發(fā)表[5]。

2　建立適應現(xiàn)代社會碎片化學習特點的微視頻課程輔助教學平臺

隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展和移動終端設備的日益普及，一種新的教學模式——微視頻課程，正逐漸在教育領域興起。微視頻課程是指按照課程標準及教學實踐要求，以教學視頻為載體，圍繞某個知識點或教學環(huán)節(jié)進行教學設計而開展的教學活動[6-7]。微視頻課程的主要特征表現(xiàn)在幾個方面：課程結(jié)構層面是松散耦合化的；課程設計層面上是模塊化、主題化的；知識內(nèi)容層面上是微型化、碎片化的；資源獲取層面是關聯(lián)化的；視頻屬性層面是形象化、藝術化的[8]。

建立微視頻課程輔助教學平臺可以克服單純課堂實驗教學的許多不足，如課前預習不夠充分、對實驗的認識不直觀、課堂時間分配難以調(diào)和、課后復習沒有條件等[9]。微視頻課程輔助教學平臺建立后，學生可以通過各種移動終端(手機、ipad等)隨時隨地利用碎片時間進行學習，滿足了個性化學習需求，實現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”，從而提高實驗預習和實驗課堂教學的效率和質(zhì)量，是對傳統(tǒng)實驗課堂教學的重要補充和資源拓展。

實驗室利用團隊協(xié)作開展大學物理實驗微視頻的研究和制作，首先進行課程的頂層設計，討論確定微視頻課程的課程內(nèi)容和“知識點”，構建以具體實驗為主要單元的結(jié)構化的物理實驗知識網(wǎng)絡；其次研究大學物理實驗的知識和技能的“知識點”及微視頻的呈現(xiàn)方式，充分利用現(xiàn)代多媒體使這些“知識點”易于理解和模仿操作，要求每一個操作類的微視頻控制在3 min左右，注意微視頻的“重用性”和隨時可調(diào)用性；再次，先集體制作一組具有代表性的微視頻(一個實驗)，然后通過具體任務分解的方式，使實驗室的每一位教師專注2～3個自己熟悉的大學物理實驗，編寫解說詞、設計錄制的實驗操作，合作制作微視頻，并在此過程中定期進行討論和研究，克服困難，成員間相互學習共同提高。

目前，正在建設以引導實驗和基礎實驗為主要內(nèi)容的12個實驗的微視頻，并準備進一步建設綜合性實驗的微視頻課程，最終形成完整的與《大學物理實驗》教材相配套的微視頻課程輔助教學系統(tǒng)。

3　建立適合多層次自主學習需求的虛擬大學物理實驗平臺

國內(nèi)外的許多高水平大學已把大學物理虛擬仿真實驗作為一種重要的實驗教學輔助手段，并形成了網(wǎng)絡化的教學體系，對提高大學物理實驗的教學質(zhì)量產(chǎn)生了良好的效果。中國科技大學的王曉蒲、霍劍青兩位教授領銜開發(fā)的大學物理仿真實驗系統(tǒng)，經(jīng)過多年的實踐，在國內(nèi)的許多高校大學物理實驗教學中取得了很好的效果[10-11]。

根據(jù)我校實際情況，我們引進中科大奧銳科技有限公司的大學物理仿真實驗2010版，選取與我校開設實驗相對應的20個實驗項目，一方面豐富了現(xiàn)有12個引導、基礎實驗的教學資源，學生可以在真實實驗開始前反復在虛擬平臺上操作，從而提高預習的質(zhì)量和效果，同時也便于學生課后復習，能有效激發(fā)學生的學習興趣；另一方面由于物理實驗室建設經(jīng)費相對緊張，物理實驗的一些貴重儀器無法購置，一些較為復雜的物理實驗的真實實驗還無法開設，虛擬實驗平臺的建立可以彌補這方面的缺憾。更重要的是新版的仿真實驗平臺注重設計性、研究性、開放性實驗教學的教育理念[12]，學生可以在虛擬平臺上做各種設計性實驗，提高了學生學習的自主性。在教學上，通過建立適合學生發(fā)展的評價體系，激勵學生自主學習和探究，能有力地提高教學效果和質(zhì)量。

4　結(jié)語

在我校大學物理實驗平臺建設中，3個子平臺的建設著重從教學內(nèi)容、教學模式和學生的學習方式上對傳統(tǒng)的大學物理實驗教學進行改革。在大學物理實驗的課程建設中還有許多方面需要建設和改進，如師資隊伍和評價體系的建設以及實驗室開放等，對大學物理實驗的教學效果都會產(chǎn)生重大的影響。

References)

[1] 楊嘉,賀秀良,劉文輝,等.大學物理實驗課教學模式與教學方法的探索[J].實驗技術與管理,2009,26(4):206-208.

[2] 劉軍山,邢紅宏,蘇學軍,等.以能力培養(yǎng)為導向改革大學物理實驗教學[J].實驗技術與管理,2014,31(4):189-191.

[3] 高潭華,劉雪梅.地方性應用型理工科院校大學物理實驗教學體系的構建[J].大學物理實驗,2014,27(1):105-107.

[4] 高潭華,盧道明.大學物理實驗[M].上海:同濟大學出版社,2009.

[5] 盧新柳,高潭華.用Excel處理實驗數(shù)據(jù)粗大誤差剔除的方法[J].福建師大福清分校學報,2015(2)：65-70.

[6] 胡鐵生.“微課”: 區(qū)域教育信息資源發(fā)展的新趨勢[J].電化教育研究, 2011(10):61-65.

[7] 胡鐵生.區(qū)域性優(yōu)質(zhì)微課資源的開發(fā)與思考[J].中小學信息技術, 2013(4): 19-22.

[8] 王覓.面向碎片化學習時代微視頻課程的內(nèi)容設計[D].上海:華東師范大學,2013.

[9] 唐艷妮,徐軍,羅積軍,等.微課在大學物理實驗教學中的應用探索[J].物理與工程,2014, 24(7):57-59.

[10] 霍劍青,王曉蒲,湯家駿,等.分層次的物理實驗教學研究[J].實驗室研究與探索,2009,28(4):232-235.

[11] 唐鋒意,張翼,趙瑞,等.大學物理仿真實驗在民族醫(yī)學院校中的應用淺談[J].大學物理,2011, 30(2):31-33.

[12] 霍劍青.應用信息技術培養(yǎng)創(chuàng)新型人才實驗教學模式的思考與實踐[J].物理與工程,2013，23(6): 26-37.

Construction of college physics experimental platform in local application-oriented universities

Gao Tanhua, Zheng Fuchang, Su Chunyan, Liu Xuemei, Ye Jingying

(School of Electromechanical Engineering, Wuyi Institute, Wuyishan 354300, China)

According to the personnel training goal of applications-oriented universities, through building the three subplatforms of college physics experiment(i.e., the real experimental platform with gradations, the micro-video courses platform and the virtual experimental platform), this paper expounds on thinking and practices of the multi-channel, three-dimensional, networked college physics experiment platform, which is suitable for local, application-oriented universities.

college physics experiment; Gradation experiment platform; platform of micro-video courses; platform of virtual experiment

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.043

2015- 05- 12

福建省基礎物理實驗教學平臺建設項目(Sj2013004)

高潭華(1963-)，男，福建福州，教授，實驗室主任，從事物理及實驗教學，研究方向為計算凝聚態(tài)物理.

E-mail：wyxygth@126.com

G642.0

A

1002-4956(2016)1- 0166- 03