基于創新開放平臺的物理實驗教學方法

張銳波

(浙江大學 城市學院，浙江 杭州310015)

0 引 言

基礎開放平臺是指在學生完成必修基礎實驗課后，而為學生進一步學習物理實驗、培養學生自身能力，而面向全校學生再次來物理實驗中心進一步實踐的一個開放型平臺。該平臺的一個顯著特點，在于學生來去自由，并可根據其自身需求而去任何實驗室做任何實驗項目，涵蓋原已必修過的以及沒有選擇過的，實驗內容包括基礎的、提高的、綜合的、近現代的、創新的、演示的等，實現全方位、全天候向學生開放［1］。

1 物理實驗開放平臺的教學現狀

1.1 物理實驗開放平臺的建設初衷

浙江大學城市學院物理實驗中心開放平臺，由城市學院與大華儀器廠共建，城市學院物理實驗中心籌建，于2007 年8 月份建成，儀器設備37 臺(套)，可開設大類項目33 個，小類項目70 余個，涉獵力、熱、電、光、近現代與高新技術項目。籌建該室初衷旨在面向全校必修過大學物理實驗的理、工、醫學生前來基礎物理實驗開放平臺進一步學習物理實驗技術、設計與創新實踐。通過后續物理實驗項目延拓，以便從更大范圍、更高水平和更深層次上來培養應用、創新和復合型人才［2-3］。

1.2 物理實驗開放平臺對外開放現狀與效果

該室剛建成時，在吸納學生來平臺做實驗，曾采用過與必修實驗相配合的激勵政策，即在平時成績中額外加分的方法，吸引過不少學生來平臺做實驗，顯現出不錯的效果，在兩個學期的對外開放中，吸納過超過200 多人次，為此，在08 年浙江省大學物理實驗競賽中，城市學院代表隊獲獎的6 名學生中就有5 名在開放平臺培訓與訓練過。隨后，由于又有一部分必修實驗儀器的到位并與原實驗項目進行了整合，采用了三輪實驗的教學模式，即在第三輪學生從整合后的26 個實驗項目中選擇3 ～5 個實驗項目進行實驗，這樣學生再到物理實驗開放平臺做實驗，其時間與精力明顯不足。基于此，該平臺擱置至今，沒有能夠發揮其應有效果。

2 提高物理實驗平臺的對外開放效果

高等院校培養人才的目標，需要培養出促使社會經濟發展的基礎理論扎實、創新意識強的新型科技人才，僅憑必修基礎物理實驗項目訓練還遠遠不夠。

2.1 必修的物理實驗內容與培養目標

目前必修物理實驗教學采用的三段式教學模式，即基礎的、提高的與綜合的，這些實驗項目在一個學期內完成，在于為學生的后續學習奠定基礎。

基礎的6 個實驗項目有:彈性模量測量、駐波實驗、直流單臂電橋、電子示波器、薄透鏡焦距測量、分光計實驗;提高的實驗項目有:氣墊導軌、轉動定律與轉動慣量的測量、聲速測定、等厚干涉與汞原子譜線波長測定共計6 個實驗;拓展的與綜合實驗項目諸如阻尼運動與受迫振動特性研究、氣體比熱容比測定、電子電量測定、組裝望遠鏡與顯微鏡等26 個實驗項目中，學生可根據自己的興趣與愛好從中選出規定分值，多者可給與額外加分。基礎的與提高的實驗項目要求每生必做，綜合的實驗項目根據其難易程度可量化成不同分值，由學生從中遴選出超過15 分，高者不限［4］。

基于該模式下，基礎的為學生學習提高的實驗項目作鋪墊;提高性實驗內容在于為綜合性實驗的學習起到傳承、遞進作用;綜合性實驗項目在難度和內容上有了進一步提升，也為后續、創新實驗項目和專業課實驗打下堅實基礎。

2.2 物理實驗教學現狀分析

必修的三輪物理實驗教學模式，是需要繼續堅持和發揚的，盡管第三輪實驗學生也能選擇一些自己感興趣的及與專業結合緊密的實驗項目。在必修物理實驗教學模式下，的確能為大多數同學起到明顯教學效果和培養目標得以實現。然而，在個性和拔尖人才培養方面仍然存在缺失，因第三輪最多只能做3 ～6 個實驗(因累計分值超過15 分)，全部共計14 ～17 個實驗，就時空和精力來講，加之低年級同學專業課學習緊張等原因，在同一個學期再到物理實驗開放平臺做實驗，其目標的確難以實現。

為了提高物理實驗培養學生應用與創新能力之效能，提高物理實驗儀器利用率，為此，物理實驗平臺面向高年級學生全方位開放應該是一個發展方向。

就目前對教師而言，由于創新開放平臺沒有相應的激勵政策、有效的管理模式、新穎的教學方法以及與之相適應的學生成績評價體系［5］;對學生而言，由于沒有能夠吸引學生來物理實驗開放平臺，選擇近代、創新、設計及綜合性實驗做實驗的激勵政策，以實現進一步有效地提高學生動手機會，提高、拓展學生知識面，以實現培養學生的創新和應用能力［6］。

2.3 物理實驗創新開放平臺急需要研究的問題

基于必修物理實驗學時少、工作量增大，再額外來基礎開放實驗室做實驗精力明顯不足。為此，采用必修課在平時成績加分的方法，來吸引學生到開放實驗室做實驗，的確難以湊效。筆者曾經采用過開設“現代科學技術概論與操作實踐”選修課，通過理論教學與實驗相結合的方法，來吸引學生來物理實驗開放平臺做實驗，但由于選課學生多為文科，而文理實驗有別，加之給任課教師帶來諸多不便與麻煩，經過兩個多學期試驗，效果不佳，而未能實現預期目標［7］。概括起來還仍然存在如下問題:①沒有吸引學生來開放室做實驗的相應激勵政策和配套措施;②開放室沒有完善的教學管理制度、教學模式和教學手段等，如此難以實現在時間、空間和內容上對全校學生的全方位開放;③學生不知道開放室對外開放的實驗項目，無法在實驗前選擇實驗項目并進行預習;④由于諸多原因，一些新實驗項目還未能進一步獲得研究與開發;⑤還沒有針對開放室的教學方法、學生實驗報告、成果提交方式，以及與其對應的成績評價體系［8］。

3 物理實驗開放平臺的新教學模式

就目前物理實驗的“三段式”教學模式，進一步發揮物理實驗開放平臺的現有優勢，面向全校學生全方位開放，實現物理實驗延續培養學生能力的目標，以滿足現代高校利用物理實驗提高學生能力之愿望，可謂意義非凡［9］。

為了發揮物理實驗開放平臺的獨特作用，提高其利用率和開出率，以最大限度提升學生操作、應用和創新能力之目的。為此，我們必須:①應研究規劃開放室的實驗管理模式、教學方法和學生成績評價體系;②通過網絡信息系統平臺，向學生發布理實驗開放平臺的相關信息;③研究開發更多實驗項目，以向學生開放更多實驗內容;④研究制訂吸引學生來開放室的具體方法、方式和措施，以便盡可能多地吸引學生來物理實驗開放平臺做實驗、搞研究［10］。

通過網絡向學生發布內容可涉及:①儀器設備種類、所放位置、所能做實驗項目與預習內容;②吸引學生的激勵政策、具體思路和方案;③研究規劃并發布物理實驗開放平臺的教學管理模式、學生實驗報告、成果提交與學生成績評價體系(方法、標準等);④規劃、設計并發布教師和學生職責流程圖;根據實驗內容的要求，盡可能地將實驗儀器開發、教學管理、教學研究融為一體，完善開放平臺順利運轉的相關環節，實現其面向全校全方位對學生開放，充分利用開放平臺儀器設備，提升開放質量與開放效果，實現學生素質的全面提高，體現物理實驗開放平臺對外開放的綜合性和實用性［11］。

4 物理實驗開放平臺的教學實踐

高校辦學的宗旨在于把學生培養成為應用型、創新型與復合型人才。浙大城市學院物理實驗中心已獲得省級物理示范中心建設資格，3 年內通過合格評估迫在眉睫。隨著經濟建設的飛速發展，目前形勢下各個高校物理實驗硬件建設輕而易舉，軟件建設已成為示范中心建設目標的重中之重。就作者所知各高校在利用大學物理實驗培養高素質人才方面，開放室已發揮著無可替代的作用，為此，浙大城市學院物理實驗中心在建設過程中，在借鑒了國內外成熟經驗的基礎上，針對獨立學院的特點和實際情況，重點考慮如下方面［12］。

4.1 開放實驗室的配套政策

為了實現物理實驗開放平臺全方位面向全校學生開放，研究制訂針對物理實驗開放平臺管理措施、制度首當其沖，研究制定實現物理實驗開放平臺規范化運轉的相關配套政策，諸如，教務部對這些學生學分的認可，教師教學工作量的承認與量化標準［13］。

4.2 吸引學生來開放實驗室的途徑與方法

物理實驗開放平臺的開放對象是學生，吸納學生來開放室是實現開放必要條件，基于此，我們采用了如下途徑與方法:①物理實驗示范中心或BB(面向全校師生的一個網絡教學)平臺的長期掛網通知;②鼓勵物理實驗教師就開放平臺聯系緊密的現代科學技術方面內容輪流作報告，加強宣傳，以便吸引那些對物理實驗感興趣或專業需要而來開放室做實驗;③依托開放室一年一度城市學院、浙江省大學物理實驗競賽或學校“立交橋”活動前的培訓，吸引學生來開放實驗室做實驗;④籌集經費，依托物理實驗開放平臺設立創新設計獎，吸引參賽者來開放室做實驗;⑤繼續采用平時成績加分，乃至放寬至總成績加分的方法來吸引那些非常希望有一個好的物理實驗成績的學生，來開放實驗室做實驗;⑥研究、制訂依托開放實驗室獲專利、學生科研、參與教師科研項目、畢業設計或學生論文等形式;⑦通過面向理、工科學生開設選修課，吸引學生來開放實驗室做實驗。對于吸引來物理實驗開放平臺學生，都應該竭盡全力為他們提供方便與合理要求，必要時可為其提供必要的經費支持［14-15］。

4.3 物理實驗開放平臺的教學模式

物理實驗開放平臺是學生利用課余時間提升自身素質和能力的一個研究與訓練平臺，它不同于必修物理實驗的教學模式，而是需要與物理實驗開放平臺相適應的教學模式和方法，實驗報告、成果提交與成績評價應該與其有所不同，以適應在該環節下提高教學質量和效果，最大限度地培養學生能力。

根據以往作者負責開放平臺對外試開放的經驗，物理實驗開放的目標在于培養應用型創新人才為宗旨，吸引學生來開放實驗室做實驗、搞科研，如何提高實驗室的開放效率和效果，讓大多數學生受益。我們認為:①撰寫物理實驗開放平臺詳細的永久性掛網通知，并通過附件展示物理實驗開放平臺的教學管理措施與條例，開放實驗室教師和學生職責流程圖，以及儀器設備的桌位牌位與其對應的實驗項目表，以有利于學生全面了解開放平臺的概況進而預習，以有利于學生實驗前的準備;②作為教師，應該設計、規劃適合于開放實驗室的教學模式，研究、擬定學生科研、畢業設計和論文題目表，以有利于學生選題，編撰對外開放實驗預習內容電子版，以方便學生預習;③研究、規劃物理實驗開放平臺教學方法、方案和成果提交方式，建立學生實驗報告成績評價指標。等等……。基于以上內容，可通過物理實驗中心網站或BB 教學平臺面向全校學生信息公開與提高公布率，以實現面向全校學生全方位開放［16-17］。

5 物理實驗開放平臺的教學效果

通過對物理實驗開放平臺富有針對性地研究和實施開放，不僅僅限于提高物理實驗開放平臺利用率，而是要讓學生受益為宗旨。實踐證明只有在時間、空間、內容和教學手段上全方位面向全校學生開放，并采用相應的教學模式、方法，最大限度地為學生提供自由空間，廣泛地調動學生學習的積極性、創造性。同時，提高和調動指導教師的積極性，就一定能夠實現成果殿放。浙江大學城市學院物理實驗開放平臺，經過2 個學期面向全校學生試開放，碩果累累，獲得浙江省大學物理實驗競賽6 名學生中有5 名曾在開放平臺訓練過，有20 多名學生在其中做過畢業設計，參加杭州市市屬高校大學生創新成果二、三等獎各1 名，發表論文2 篇。

6 結 語

為了充分實現創新平臺的開放效果，我們正在考慮將開放平臺與第三輪26 個綜合實驗項目進行整合，進一步開發Pasco 光學實驗組合、微波與等離子體實驗，進一步面向學生全面系統地開放和橫向拓展，實現從內容的深度和廣度上面向全校學生開放。為了調動教師的教學積極性和主動性，制訂相應的激勵政策，經常性地組織教研活動，凝聚團隊智慧、新思維模式和創新意識，通過教學經驗的不斷豐富和積累，保持視野寬廣和思維敏捷，增強上進、開拓創新;循序漸進地促使理論與實驗的連貫性和相互融合，實現實驗技術與創新設計新突破;堅持物理實驗平臺持續開放，有針對性地不斷探索適合開放平臺的新教學方法，解決實驗教學中所遇到的疑難、疑惑問題，以及開放過程中遇到的新問題，克難攻堅，勇攀高峰。

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