探索新校區(qū)示范中心下基礎物理實驗室建設

羅志高，劉樹郁

（中山大學東校區(qū) 實驗中心，廣東 廣州 510006）

2004年中山大學在廣州大學城設立新校區(qū)——東校區(qū)，并成立校級東校區(qū)教學實驗中心（簡稱實驗中心），人員編制不屬于學院，是個獨立單位，所有實驗技術人員都是通過招聘而來。實驗中心按照實驗室的任務和功能設立了10個教學平臺，負責東校區(qū)所有實驗教學任務，基礎物理實驗室是其中實驗室之一。實驗中心一切從零開始，經(jīng)過8年多的建設，2007年被評為廣東省省級示范中心。2012年將信息技術方面的實驗室整合成為國家級信息技術實驗教學示范中心，全校幾個校區(qū)的物理實驗室也經(jīng)過整合成為國家級物理實驗教學示范中心。8年來東校區(qū)基礎物理實驗室始終以提高學生創(chuàng)新能力和實踐能力為工作重點［1］。

1 重視基礎物理實驗教學

東校區(qū)基礎物理實驗室主要給非物理專業(yè)（物理專業(yè)在南校區(qū)）的學生開設大學物理實驗，涉及我校東校區(qū)文理醫(yī)工科的管理學院“2＋2”旅游管理，信息科學與技術學院（簡稱信息學院）的電子信息科學與技術、通信工程、自動化、智能科學與技術專業(yè)，環(huán)境科學與工程學院的大氣科學、應用氣象學、環(huán)境科學、環(huán)境工程等專業(yè)，工學院所有專業(yè)、藥學院、中山醫(yī)學院、軟件學院等學院藥學、生物醫(yī)學工程、軟件工程等近20個專業(yè)，每年有2 000多名本科學生參加大學物理實驗。

根據(jù)不同專業(yè)對基礎物理實驗課程的要求不同，打破原有力學、熱學、電磁學、光學的分類方法，將所有實驗項目按內容特點劃分為基礎實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗3個教學層次［2］。

（1）基礎實驗：主要目的是讓學生通過觀察和分析力學、熱學、電磁學和光學的基本現(xiàn)象和規(guī)律，較系統(tǒng)地訓練其基本物理實驗方法和技能，重點在于各種基本物理量的測量方法、常用實驗儀器的使用、不確定度分析和數(shù)據(jù)處理等方面。

（2）綜合性實驗：指那些所使用的測量技術或研究的物理現(xiàn)象在力學、熱學、電磁學和光學各個分支存在相互作用的實驗題目。主要目的是讓學生了解、學習物理學科各個分支之間相互作用，并認識物理現(xiàn)象的復雜性與共存性，通過擴展和加深實驗內容，提高實驗技術難度，加強實驗內容和技術的綜合性，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和獨立解決問題的能力，以及處理復雜、綜合問題的能力。

（3）創(chuàng)新性實驗：主要是結合物理學科或其他學科有代表性的科研成果，取材于一些在研究方法或實驗技術方面很有學習價值或應用前景的實驗研究工作，對其所采用的研究技術、測量方法進行簡化，使之適合基礎物理實驗教學。通過這些科學實踐性實驗，培養(yǎng)學生提出問題和獨立解決問題的能力，使學生得到初步的科研訓練和具有科學創(chuàng)新精神，為高年級學生進入導師實驗室參加科研工作打下扎實的基礎［3］。

另外實驗報告的撰寫也很重要，如何寫好實驗報告？為此我校物理科學與工程技術學院（簡稱理工學院）制定了物理實驗的評分標準及預習報告和實驗報告的格式，要求學生實驗前寫預習報告。預習報告要求做思考題，記錄實驗時的室溫和濕度、實驗目的和儀器用具，并且注明儀器的型號、精度和范圍，安全注意事項，實驗的內容和步驟；初步了解實驗原理，沒有預習報告不得進行實驗。實驗前實驗指導教師給學生講解實驗要點及注意事項，并給學生預習報告打分；實驗中認真作好記錄，完成實驗后讓教師確認，并給出成績和簽名確認后才可以離開實驗室；實驗后認真寫實驗報告，實驗報告要準確概述實驗原理，對實驗中的數(shù)據(jù)做詳細處理分析（包括誤差分析），寫出計算過程，盡可能畫出儀器布局示意圖，畫出電路圖和數(shù)據(jù)處理分析曲線圖等，對實驗現(xiàn)象分析討論，查閱資料，有自己獨到的分析見解才能得高分，下次實驗時交此次報告。通常認真完成的報告需要：預習2個小時，實驗3～4個小時，再寫出實驗報告3～4個小時，總共需要8～10個小時，整個過程就等同于寫一篇科學論文。通過撰寫實驗報告培養(yǎng)了學生獨立思考和獨立寫作能力，科學思考和科研寫作的能力也得到了鍛煉和提高。不合格的實驗報告要求重寫，在每學期都有10多位學生沒有通過該課程而申請重修。通過1～2個學期的訓練，學生在以后的實驗中就會自覺分析實驗誤差，分析、討論實驗現(xiàn)象，查閱相應的文獻資料，對此信息學院的教師給予很高的評價。作為必修課，學生都十分重視，每天都有學生來實驗室預習和補做實驗。

實驗室向所有學生開放，學生可以來實驗室預習和補做實驗，也可以來實驗室利用實驗室儀器做自己感興趣的實驗。

曾經(jīng)某學院有一個專業(yè)的學生沒有上物理實驗課，結果發(fā)現(xiàn)該專業(yè)學生動手能力明顯比做過物理實驗的專業(yè)學生差，以后就堅持讓學生上物理實驗課了。

2 開設綜合創(chuàng)新研究性實驗

不斷更新實驗內容，根據(jù)不同學生采用不同的教學計劃，設計不同實驗內容，如文科管理學院“2＋2”旅游管理專業(yè)則主要是熟練使用儀器的操作，掌握物理原理，培養(yǎng)學生的基本實驗技能和實際動手能力，擴大學生的知識面，以基礎實驗和綜合實驗為主；而信息學院電子系、自動化系的全部學生，不僅要學會使用儀器操作，掌握物理原理，學習基礎實驗和綜合實驗以及創(chuàng)新實驗，而且要求部分學生還參加實驗儀器的維修、實驗輔導以及實驗電路的設計。如“2＋2”旅游管理專業(yè)RLC穩(wěn)態(tài)實驗的電路板就是學生設計的，示波器使用的測試板就是他們中的學生參與設計制作的。為此針對他們開設了綜合創(chuàng)新研究性實驗。

綜合性創(chuàng)新研究性實驗不作為學分記入學生成績，主要是針對實驗室學生助理和有興趣的學生設計的。這類實驗含教學綜合實驗、教師教學研究項目實驗、學生研究項目實驗、教學輔導實驗和實驗設計儀器維修等。主要是針對水平較高的學生和實驗室學生助理。

（1）教學綜合實驗：主要是針對現(xiàn)有的大學物理實驗進行完善，學生和實驗室技術人員一起針對實驗教學中出現(xiàn)的現(xiàn)象，找出存在的問題，修改實驗講義。

（2）教師教學研究項目實驗：主要指學生參與實驗室人員教學研究項目和其他科研項目，學生從中學習研究問題的方法及如何做科研工作。

（3）學生研究項目實驗：在實驗室教師和技術人員的支持下學生申請的學校“實驗室開放基金”和“本科生科研基金”的研究項目實驗。要求學生以科研項目的方式申請，仿照科研項目的管理方式管理，期限為1～2年，學生在實驗項目完成后需提交實驗總結報告、論文和產(chǎn)品等成果［4－8］。

（4）參與教學輔導實驗：上實驗課時，實驗室學生助理在實驗指導教師忙的時候參與輔導學生實驗的工作，回答學生的問題。學生助理實驗成績要好，對所做實驗熟悉，在沒有實驗課時，學生來實驗室預習或補做實驗，學生助理也參與輔導實驗工作［8－10］。

（5）實驗設計和儀器維修：實驗室技術人員除了直接參加實驗教學外，也進行實驗項目的改進、完善及新實驗的設計，日常實驗儀器的維修過程中要求實驗室學生助理一起參與，學生在這個活動中得到了極大的鍛煉，提高了“活學活用”知識的能力，學生很感興趣，許多學生都干到畢業(yè)才肯離開。例如前面提到的“示波器使用實驗”測試板電路的設計制作，以及針對文科管理學院“2＋2”旅游管理學生的“RLC穩(wěn)態(tài)實驗”的電路板設計等都是在實驗技術人員和學生參與下完成的。當“示波器使用實驗”測試板電路出現(xiàn)問題時，實驗技術人員和學生一起分析問題、解決問題。

學生助理經(jīng)過2～3年物理實驗室的鍛煉，特別是通過綜合創(chuàng)新研究性實驗的學習，實驗動手能力得到很大提高，也促使他們更加努力地學習專業(yè)知識，理論與實踐結合。多數(shù)學生助理參加了學校、省和國家的大學生物理以及電子設計競賽，有的還獲了獎，90%以上的學生助理是班上的優(yōu)秀生，每年都有3～5名學生助理成為免試推薦研究生；良好的學習環(huán)境，促使很多學生希望申請為物理實驗室助理，但名額有限，總數(shù)不超過20人，每年不超過6名學生畢業(yè)，6名招新。一些學生不是學生助理但不計任何報酬，也參與到實驗室的綜合創(chuàng)新研究性實驗中。

3 進行素質教育，開設通識物理實驗

通識物理實驗是利用基礎物理實驗室資源為全校沒有修過大學物理實驗的文科、理科、工科和醫(yī)科本科生開設的一門實驗選修課程，目的是培養(yǎng)學生的基本實驗技能、實際動手能力和創(chuàng)新能力，擴大學生的知識面，開闊視野［11］。涉及的內容有熱學、電學、力學、電磁學、光學以及傳感器應用知識，一共開設了8個不同內容的實驗。很多對物理實驗感興趣的學生踴躍報名，每次都由于場地關系限制人數(shù)。例如：在2010年第3學期為我校沒有上過大學物理實驗的學生開設了全校公共選修課——通識物理實驗，選課學生70%是文科生，其他是醫(yī)科、計算機類和數(shù)學類等專業(yè)學生，他們是帶著興趣來學習的，通過學生的總結報告得知學生受益很大，收到很好的效果。為此，“通識物理實驗教學方法研究”已成為學校教學研究項目。

4 利用廢舊儀器進行創(chuàng)新實驗和公共選修課的教學

原校區(qū)實驗室的儀器設備因性能不良或產(chǎn)品更新?lián)Q代而被淘汰、或因年久失修而被報廢，我們利用這些儀器設備開設了創(chuàng)新實驗和全校公選課。

利用廢舊儀器開設的創(chuàng)新實驗有機地結合了教學型實驗和科研型實驗的特點，不承擔傳統(tǒng)的教學實驗項目和科研項目，而承擔獨具創(chuàng)新教育特色的教學任務。學生通過對廢舊儀器的拆卸、安裝、判斷、維修、改進、分塊、評論、總結等，加深了對所學知識的理解，激發(fā)了學生的創(chuàng)造性和獨特性，調動了學生的積極性和主動性，有利于學生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)和發(fā)展，也有利于學生自我意識和主體價值的提升。學生這種主動學習、主動認識、主動獲取知識的過程是創(chuàng)新教育的基本過程，是成功教學的基礎。學生在完成廢舊儀器實驗的教學任務中，通過拆卸、安裝調動學生的主動性，通過判斷、維修、改進激發(fā)學生的探索活動，通過分析、評論培養(yǎng)學生的反思習慣，通過總結體現(xiàn)了學生的個體差異性［12］。

我們開設的公共選修課“電子設計制作基礎”和“電子設計與維修”是在講授基本電子技術知識、講授常用電子儀器原理、常用電子器件分類使用、電路板設計制作后，學生利用實驗室的實驗測量儀器和廢舊儀器進行拆卸、安裝、判斷、維修、改進、分析、評論、總結等完成教學任務的。每次選課的學生很多，超出計劃安排人數(shù)，實驗效果也很好，學生都能親自動手制作電子產(chǎn)品，很有成就感，學生用實驗室儀器自己動手調試，親自拆裝儀器，受益匪淺，此項教學也得到了教務處處長和實驗中心領導的大力支持。

5 制作實驗視頻錄像和開設演示實驗激發(fā)學生興趣

實驗技術人員自己動手組建實驗室服務器，將每個實驗過程制作的視頻錄像放在服務器上供學生下載學習，也將怎樣寫預習報告和實驗報告的要求等放在服務器上供學生下載學習參考。

我校理工學院有部分教師參與了物理實驗的教學工作，他們將自己的科研成果改造為演示實驗或教學實驗，加上實驗技術人員制作的演示實驗，極大地激發(fā)了學生學習物理的興趣。

6 搞好實驗室人員隊伍的建設

6.1 實驗室人員組成和分工

實驗室人員由我校理工學院部分任課教師和實驗技術人員組成，分屬2個不同的單位管理，實驗技術人員歸實驗中心管理，最初的基礎物理實驗課程由理工學院制定，物理實驗課則由理工學院部分教師和實驗技術人員共同完成。理工學院的教師是流動的，主要參與教學；實驗室建設發(fā)展、日常管理維護、實驗室平時的開放等主要工作由實驗技術人員完成，包括實驗分組安排等。理工學院的教師和實驗技術人員互相取長補短，關系融洽，形成了良性互動，促進了實驗教學。

6.2 重視實驗技術人員隊伍建設發(fā)揮他們的特長

由于基礎物理實驗室實驗技術人員是通過招聘進來的，來自電子、計算機、物理和材料科學等專業(yè)，都接受了研究生課程的學習，實驗室成立不久，他們就參加了主講“基礎物理實驗”課程。對實驗內容十分了解，實驗技術人員根據(jù)自己的專長，建立了實驗室服務器和自己實驗室的教學局域網(wǎng)，將實驗教學用的實驗錄像和教學資料放到實驗室的服務器上，方便了學生預習，改進了設計不完善的教學儀器，如電子天平等；制作了多個實驗器材，如示波器使用實驗測試板和RLC穩(wěn)態(tài)實驗電路板都是實驗技術人員和學生完成的；完善和開設了多個實驗，使教學內容更豐富，如熱敏電阻測量實驗及光學實驗的完善和多個傳感器實驗的開設等；開設了綜合創(chuàng)新研究性實驗，利用廢舊儀器進行創(chuàng)新實驗。他們采取每年更新幾個實驗內容，選購部分儀器，保證了教學內容的更新和設備的升級改造。實驗中心領導積極支持大家學習新知識，先后主辦多次不同知識的講座，請我校第一個國家教學名師王金發(fā)教授講授教學方法和技巧，積極支持大家開設選修課，為此我們基礎物理實驗室實驗技術人員發(fā)揮各自專長為學校開設了電子設計制作基礎、電子設計與維修、通識物理實驗、數(shù)據(jù)庫原理與應用、計算機網(wǎng)絡等多門公共選修課程，豐富了我校通識教育課程。與此同時實驗技術人員為信息學院指導了20多名本科生的畢業(yè)論文，以第一完成人出版了教材3本，編寫講義5本，申請學校教學研究項目和實驗開發(fā)項目6項，指導學生申請學校學生科研項目2項，發(fā)表了論文10多篇。發(fā)揮實驗技術人員各自優(yōu)勢，一專多能，不僅提高了實驗室實驗教學水平，也極大地促進了實驗技術人員能力的提高。

7 結束語

8年多的基礎物理實驗室建設，得到實驗中心領導、理工學院和學校領導的肯定。如許寧生校長曾經(jīng)帶兄弟院校的教師參觀我們的實驗室，廣東電視臺也到實驗室拍攝科普節(jié)目。

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