北京交通大學：以信息化視角管理物理實驗室

文／盛新志

物理實驗中心按照課內入門、課外拓展的思路，從課內教學著手向課外延伸，激發學生的實踐探索興趣，吸引學生開展課外實踐創新活動。信息化平臺的補充，讓物理實驗室的運行更加有序。

北京交通大學物理實驗中心每年面向全校30個專業近3000名理工科學生進行24萬多學時的基礎實踐課程教學。作為首批國家級物理實驗教學示范中心，平臺規模大，建設責任重。

為加強創新實踐能力培養，實驗中心按照課內入門、課外拓展的思路，從課內教學著手向課外延伸，激發學生的實踐探索興趣，吸引學生開展課外實踐創新活動，構建了如圖1所示的以能力培養為核心的物理實驗教學培養體系。

圍繞著“夯實基礎、增強能力、構建平臺、因材施教”的改革思路，實驗中心針對實驗室設備管理，實驗教學，學生課前、課內和課后學習，以及課外實踐活動等實驗中心管理及與學生創新實踐能力培養的方方面面，從網絡信息化平臺建設入手，建設了實驗教學設備實時定位管理系統、四大物理實驗課程教務管理平臺、網絡助學平臺、自主開放實驗室空位預約系統、物理實驗競賽網站，以及實驗中心網站等六大信息化支撐平臺，著力提升數字化信息化水平，借以提升教學質量和管理效率，為國家級物理實驗教學示范中心建設提供了完整、成系統的信息化支撐，保證了國家級物理實驗精品課程的建設。

圖1 以能力培養為核心的兩類四層次物理實驗教學體系

實驗設備管理平臺

實驗中心擁有的1450臺物理實驗教學設備，分布在3290平方米的教學實驗室中，實驗設備品種多，有效管理壓力重。

實驗中心創新性地擴充學校設備處實驗儀器條形碼的定義位數，將實驗教學設備的組件也納入了實驗設備管理，并研制了符合物理實驗教學設備需要的條形碼儀器和網絡管理系統，對實驗設備的管理實現了空間定位上的實時網絡管理。實驗設備購置時間、廠家信息、維修記錄等實驗設備歷史信息，以及實驗設備狀態和所配屬的實驗層次、實驗項目、所擺放實驗室等實驗設備當前信息，在管理網絡上一目了然。進出實驗室的實驗儀器或部件，通過實驗室門口條形碼掃描，將其狀態變更自動上傳管理網絡，因而實現了實驗設備位置及流向的實時跟蹤，解決了設備使用效率、流動使用要求和實時定位有效管理的難題，提高了實驗設備利用率和管理成效。

實驗教務管理平臺

實驗中心所承擔著全校大學物理實驗、物理演示與探索實驗、近代物理實驗及理科物理實驗基礎等四大物理實驗課程，全部實行開放式實驗教學。所開實驗項目數為學生平均學時數的5倍以上，學生可自選實驗內容、指導教師、實驗時間。為支撐這一開放教學方式，四大物理實驗課程都建立了相應的網上教務管理系統。

通過網上教務管理系統，學生可完成實驗項目的預約登記、實驗相關信息查詢、在線交流、教師評教等操作；教師可實現信息發布、師生互動、教學管理、成績統計等功能；教務管理人員通過本系統可以進行課程和相關活動信息發布、選退課管理、成績發布和統計等教務管理活動。

2004年，大學物理實驗課程最先實施開放教學，最先建立了大學物理實驗課程網上教務系統。為充分滿足不同層次學生的需要，2008年和2011年先后經歷了兩次升級，功能更加齊全。為滿足學生手機上網的需求，2012年新開通了手機版大學物理實驗課程網上教務系統，物理演示與探索實驗課程的教務管理系統，目前也已升級到能短信提醒實驗上課時間。

網絡助學平臺

針對實驗儀器、場地及師資等實驗教學資源未達到極大豐富的現實，實驗中心為優化學生物理實驗課程的自主學習環境，在實驗課程的課前預習和課中引導方面，建設了大學物理實驗課前網上三維虛擬空間實驗項目預習系統和實驗導學系統，以及物理演示實驗導學系統等網絡輔助教學平臺。

2011年，在教育部教指委教改項目的資助下，實驗中心與軟件公司合作，完成了大學物理實驗項目在網上三維虛擬空間中的實現。學生在選擇物理實驗項目前和上實驗課前預習，可在三維虛擬空間中實際操作相應實驗項目的虛擬實驗設備進行實驗。這套系統的應用，有力地提升了實驗課堂的教學質量，大大降低了實驗教學設備的人為損傷率，拓展了實驗學習空間，提高了教學質量。

在輔助課堂教學平臺建設方面，在2009年，實驗中心動員全體實驗教師自主開發出大學物理實驗導學系統。該系統博采廣大優秀實驗教師寶貴的教學經驗，包括基本儀器介紹、基本實驗、基礎實驗、專題綜合實驗、設計性實驗等全部大學物理實驗類型。配合大學物理實驗精品課程分層次教學要求，以文字、圖表、照片、視頻等多媒體形式，共45個實驗項目，150余段視頻，構成了多維數字化導學系統。針對實驗項目的各個環節，特別是實驗過程中容易出現的問題，全方位地為同學們提供指導和幫助，吸引學生自主學習，提高分析問題和解決問題的能力,也有效地提高了課堂教學效率和質量。在2002年，在國內率先自主開發了物理演示實驗導學系統，2007年和2012年又開發了第二和第三期。目前物理演示實驗導學系統內容包括力熱、振動與波、電磁、光學、近代與綜合、物理百科、科學百科7個欄目，資源量已達40G。大學物理實驗和物理演示實驗投入使用以來，累計使用已突破20萬人次。為進一步提高示范輻射作用，加大優質教學資源的共享力度，實驗中心2006年后兩次對實驗中心網站進行升級改造。從最初單一的實驗中心情況介紹，到包含大學物理實驗國家級精品課程網站、物理演示與探索實驗課程網站和學科競賽網站。校外訪問可了解實驗中心四大物理實驗課程的教學內容、實施的教學改革及教學安排，和實驗中心師資隊伍建設、教學儀器研發和科研成果情況，以及政策法規建設和學科競賽情況。面向校外獨立運行的中心網站，有效地提高了實驗中心的示范輻射作用。