周江 方志杰 禤漢元 朱基珍

廣西工學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)系 廣西柳州 545006

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與儀器選擇*

周江 方志杰 禤漢元 朱基珍

廣西工學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)系 廣西柳州 545006

通過對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的分析，指出目前開放實(shí)驗(yàn)儀器采購方面存在的誤區(qū)，提出以平臺(tái)化實(shí)驗(yàn)儀器為主進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置和儀器采購。

大學(xué)物理；開放實(shí)驗(yàn)；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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)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(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程的投入也隨之增加。同時(shí)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和對外交流的增多，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程可供選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)儀器越來越多，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器也得到快速更新。

隨著對學(xué)生素質(zhì)教育的重視程度不斷加大，開放實(shí)驗(yàn)已成為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展的重點(diǎn)方向。高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程一般都開設(shè)了開放實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc素質(zhì)，拓寬學(xué)生視野。但目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在設(shè)置和儀器購置方面，很多高校出現(xiàn)偏向高端儀器、高集成度儀器的現(xiàn)象，這對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展是不利的。部分院校在增加開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)偏向于選擇與近現(xiàn)代物理知識(shí)相關(guān)的項(xiàng)目，這類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及較深的物理知識(shí)，實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不直觀，對于普通本科生而言較難。而且這類項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)儀器集成化程度高，儀器易損壞而難維修，實(shí)驗(yàn)儀器的維護(hù)也存在一定困難。這樣就出現(xiàn)了學(xué)校在開放實(shí)驗(yàn)中投入大量的資金和精力，而最終開設(shè)的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目卻并不受學(xué)生歡迎的現(xiàn)象。

地方普通理工科院校多數(shù)沒有物理類專業(yè)，物理實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)投入有限，在這種情況下要想開展好開放物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，根據(jù)自身特點(diǎn)來選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和開放實(shí)驗(yàn)儀器是很重要的[1]。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目設(shè)置與儀器選擇的出發(fā)點(diǎn)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程面向的對象主要是普通理工科學(xué)生?，F(xiàn)在我國高等教育已經(jīng)由精英化階段進(jìn)入大眾化階段，普通理工科學(xué)生的物理理論知識(shí)水平普遍不高。大多數(shù)學(xué)生對涉及較新、較深物理理論知識(shí)的實(shí)驗(yàn)理解起來有一定困難，操作時(shí)容易出現(xiàn)知其然而不知其所以然的情況。若實(shí)驗(yàn)儀器集成化程度高或者理論知識(shí)要求較高，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)便只會(huì)根據(jù)課本和教師要求一步步進(jìn)行機(jī)械的操作，最后得出一個(gè)結(jié)果就算完成了實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)不能理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后不會(huì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果并不好，也使得學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣降低。

出現(xiàn)這種情況的原因是在設(shè)置開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、購置開放實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，部分教師認(rèn)為開放實(shí)驗(yàn)應(yīng)該重在學(xué)生能力的培養(yǎng)而非實(shí)驗(yàn)基本技能的訓(xùn)練，因此購置的儀器偏高端化、偏集成化，力圖向?qū)W生展示最新的物理研究成果。然而，開放實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的一部分，根據(jù)《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的具體任務(wù)是“培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本素質(zhì)，使學(xué)生初步掌握實(shí)驗(yàn)科學(xué)的思想和方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”。對課程教學(xué)目標(biāo)過于拔高，不利于普通本科專業(yè)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，開放實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是基本技能訓(xùn)練與能力培養(yǎng)并重，不應(yīng)該輕視學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的鍛煉[2]。開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置和儀器的購置也要結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)際進(jìn)行選擇，而不是盲目攀比，購置各種高端實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

3 物理實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目設(shè)置與儀器選擇

隨著各高校對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入的不斷增加，普通理工科院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室開放實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)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(shí)相關(guān)，如核磁共振實(shí)驗(yàn)、高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)等，對物理理論知識(shí)要求較高，而且需要學(xué)生投入較多的時(shí)間和精力，則在普通理工科院校中不宜開展。這類實(shí)驗(yàn)適合于有物理類專業(yè)的院校面對專業(yè)學(xué)生開設(shè)，對普通學(xué)生而言，儀器集成化程度較高，反映的物理現(xiàn)象不直觀，理解起來比較困難。同時(shí)購買這類實(shí)驗(yàn)儀器，花費(fèi)大、實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生不是需要更多地理解高深復(fù)雜難解的理論加簡單的操作，而是應(yīng)該著眼于基本實(shí)驗(yàn)技能和能力的培養(yǎng)提高及對實(shí)驗(yàn)課程興趣的激發(fā)。

相比較而言，以通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)類儀器加上各種配件組成的平臺(tái)化儀器更加適合開放實(shí)驗(yàn)。除了直接采購平臺(tái)化實(shí)驗(yàn)儀器如光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，還可以通過對已有某些實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改造，自行配置一些配件，組成一套平臺(tái)化實(shí)驗(yàn)儀器。這類平臺(tái)化實(shí)驗(yàn)儀器在大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)中有著諸多優(yōu)點(diǎn)。

首先，平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器利于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以開設(shè)多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如采購一套WSZ光學(xué)平臺(tái)后，可根據(jù)不同的配件組合，開設(shè)出各種干涉、衍射、偏振、幾何光學(xué)等數(shù)十種光學(xué)類實(shí)驗(yàn)，大大增加實(shí)驗(yàn)室可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量。教師可以針對不同專業(yè)的學(xué)生，利用同一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開設(shè)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

其次，平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)腦設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手組裝實(shí)驗(yàn)儀器的能力，激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)課程的興趣。如MSU-1磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀配備了各種金屬和非金屬圓環(huán)、小燈泡等，可以讓學(xué)生自己根據(jù)興趣進(jìn)行研究，而且可以讓學(xué)生自制各種導(dǎo)體回路進(jìn)行研究。學(xué)生很容易根據(jù)現(xiàn)象，結(jié)合自己學(xué)習(xí)過的電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行定性和定量的分析，在較短的時(shí)間內(nèi)（如2～3節(jié)課）完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以鼓勵(lì)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)自己的想法自行設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)，這也有利于提高學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力。

再次，平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器方便管理，易于維護(hù)。由于部分學(xué)生準(zhǔn)備不到位、開放實(shí)驗(yàn)本身較難等多種因素，開放實(shí)驗(yàn)儀器很容易發(fā)生損壞。在廣西工學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，開放實(shí)驗(yàn)儀器損壞率相對較高，儀器維護(hù)成為教師教學(xué)工作的一個(gè)很大負(fù)擔(dān)。而平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器則方便維修與保養(yǎng)，只要有各種備用配件，就不會(huì)因?yàn)橐恍┬〉拿《箖x器不能使用。

最后，平臺(tái)化實(shí)驗(yàn)儀器的使用，可以帶動(dòng)教師利用已有實(shí)驗(yàn)儀器開發(fā)新實(shí)驗(yàn)。如液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置本身已有半導(dǎo)體激光器、軌道、光功率計(jì)等，除了這套儀器原設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，教師還可以根據(jù)自己院校的特點(diǎn)，配備其他光學(xué)配件，開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生研究其他的光學(xué)現(xiàn)象。再如利用等厚干涉實(shí)驗(yàn)裝置，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓學(xué)生測量紙的厚度、頭發(fā)絲直徑、水的折射率等。這樣改造現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器來開發(fā)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以拓展教師思維，增加開放實(shí)驗(yàn)數(shù)目，減少儀器購置費(fèi)用。

4 需要配套的設(shè)施與條件

在大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)中，平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也需要多方面的軟件條件和硬件設(shè)施的配合，才能發(fā)揮出最大作用。

首先，要充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器需要學(xué)生更多地發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，但這要建立在學(xué)生掌握足夠的資料、對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)有充分了解的前提下。普通的紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)教材信息容量有限，很難滿足學(xué)生查找資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等多方面的需求?，F(xiàn)在各高校校園網(wǎng)建設(shè)均已比較完善，可以依托校園網(wǎng)建設(shè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站，搜集、開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，利用各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段輔助進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以廣西工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心自主建設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站為例，網(wǎng)站上有豐富的文字、圖片和視頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料，是學(xué)生在準(zhǔn)備相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)查找資料及實(shí)驗(yàn)完成后分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好幫手，成為紙質(zhì)教材的重要補(bǔ)充。

其次，開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，驗(yàn)證自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。學(xué)生在使用平臺(tái)化實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)有更高的自由度，但同時(shí)也會(huì)帶來一些問題。學(xué)生很難在實(shí)驗(yàn)前對自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)，為實(shí)驗(yàn)給出預(yù)期結(jié)果。而開設(shè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生在未接觸實(shí)驗(yàn)儀器前，先在網(wǎng)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，得出模擬結(jié)果，從而完善自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)階段可作為實(shí)際實(shí)驗(yàn)儀器的有益補(bǔ)充，而且隨著虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的增多和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的完善，以后可以作為物理實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展的一個(gè)新方向。

5 結(jié)束語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置和儀器采購要切合課程教學(xué)目標(biāo)，不要過于偏向高端化、集成化的實(shí)驗(yàn)儀器。而依靠平臺(tái)化的開放實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置，不僅可以鍛煉學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)也可以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和動(dòng)手能力。通過建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站，整合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，有利于平臺(tái)化的實(shí)驗(yàn)儀器發(fā)揮更大的作用。

[1]李未,陳小玲,何玉平.工科院校大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討與實(shí)踐[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2011,24(4):97-98.

[2]高鳳梅,蔚國棟.構(gòu)建工科院校物理開放實(shí)驗(yàn)的措施和意義[J].寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào),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(xué)院教改立項(xiàng)項(xiàng)目（院教發(fā)[2011]20號(hào)）“開放型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式的研究與實(shí)踐”，新世紀(jì)廣西教改工程“十一五”立項(xiàng)項(xiàng)目（桂教高教[2007]109號(hào)）“基于校園網(wǎng)的開放式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開發(fā)與應(yīng)用”。

作者：周江，理學(xué)士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)镻TC陶瓷材料及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)論。