大學物理實驗中開放實驗室構建的意義

摘要： 本文闡述了開放實驗室的概念與內涵，分析了高校物理實驗室開放實驗室的現狀，討論了開放實驗室構建的意義：創新實驗開發的需要、翻轉課堂的需要、以及科研的需要等等。開放實驗室將計算機引入教學，豐富了教學手段，使物理實驗教學變得更信息化。本文提出了開放實驗室構建的目標，對大學物理實驗開放實驗室的意義給了總結。

關鍵詞： 大學物理實驗 開放實驗室 翻轉課堂 創新 科研

中圖分類號： G482 文獻標識碼： A

隨著社會和經濟的高速發展，高等教學的任務也由原先的注重理論知識的傳播轉變為提高大學生綜合素質、實踐能力和創新能力的培養。高校大學物理實驗的任務是學習物理實驗的知識和方法，從而初步了解科學實驗的主要過程和基本方法，為今后的學習和工作奠定良好的基礎。為了與高等教育改革發展相適應，大學物理實驗室建設應積極轉變思想、 更新觀念，以實驗室體制改革、實驗教學改革為方向構建大學物理實驗室開放實驗室。

1 開放實驗室的內涵

高校實驗室是進行實驗教學、科學研究的重要基地，是辦好高校的基本條件之一。目前，開放實驗室建設已成為實驗室工作的熱點，開放實驗室是適應我國高等教育改革的需要，也是高校實驗教學發展的必然趨勢。開放實驗室早期指的是實驗室空間開放、時間開放、即將實驗室全天開放，學生根據自己的情況選擇時間去做不同的實驗。其中包括課程計劃以外的實驗，學生自己設計的實驗或科技制作。實驗室免費提供儀器設備和元器件并提供實驗指導，這種開放主要是指學習型的開放。目前，開放實驗室的內涵已經延伸為在原有實驗形式基礎上采取實驗室開放、實驗項目開放。“開放”兩字更強調實驗教學在教學內容、教學方法和教學手段上的開放，這種開放是指教學觀念意識上的開放。開放實驗室通過靈活的教學形式，激勵學生合理安排和利用自己的時間到實驗室動手做實驗。具有新內涵的開放實驗室的構建有利于學生的綜合性、創造性和研究性等方面能力的訓練。高校大學物理開放實驗室是傳統實驗教學的延伸，實驗教學從封閉型走向開放型，促使實驗室更好地服務于教學和科研工作。是新形勢下實驗教學改革的嘗試和探索，也是高校培養創新人才的有效途徑。

2 物理實驗室開放實驗室的現狀

2.1有些實驗室利用率較低、耗能、老化現象嚴重

高等教育物理實驗開放室不僅是進行實驗教學、培養學生實踐能力的重要基地，而且也是開發學生智慧，啟迪思維，培養創新能力和實踐能力，培養發明創造意識專業技能及科學作風的重要基地。

目前部分高校在開放實驗室學習的學生，主要是那些物理實驗沒有做好或者沒有完成實驗的學生，他們利用課余時間在開放實驗室補做或者重做實驗。而補做的實驗項目是本學期物理實驗開出的幾十個實驗項目中的任意幾個。除此之外大多數的實驗儀器都使用不上。放在那里學生既不了解也不使用，實驗儀器的價值沒有得到體現，更無法談及學生利用開放實驗室的設備進行科研、或者科技制作。由于實驗室利用率低，學校在開放實驗室建設中的投入也不斷減少，實驗場地不斷壓縮，設備更新換代步伐緩慢，跟不上時代要求。過于陳舊的實驗儀器滿足不了學生對知識的探求，無法吸引學生進入開放實驗室進行實驗和研究。 二十一世紀必定是以創新為推動力的新時代。因此，傳統的實驗模式已經不能滿足當今社會對于創新型人才的需求，我們只有完全摒棄傳統實驗的禁錮，探尋創新型試驗的新思路，才能培養出創新思維的能力和實踐能力。

2.2實驗室人才隊伍建設落后

人才管理是實驗室管理的核心內容。然而開放實驗室多半沒有專職實驗教師、教授管理，基本上都是實驗教師與實驗員進行實驗室管理工作。實驗室教師課時多，也無力顧及開放實驗室的管理。更沒有時間對學生做出專業指導；專職實驗員的學歷和專業不能與實驗室的工作相匹配是開放實驗室管理中的一大詬病。在國外，高校實驗室開放實驗室配有專職教授、教授助手（研究生）、訓練有素的實驗員對高精實驗設備的管理工作的管理和維護。因此，積極引進具有高學歷、高職稱的實驗師資人才提高高校實驗室隊伍素質是將來的必然趨勢。

2.3開出的實驗項目中，綜合性和設計性以及研究型實驗偏少

目前開放實驗室的實驗項目可涉及力、熱、電、光。但基本上都是驗證性實驗，設計性、和綜合性研究性實驗所占比重不大，實驗對學生缺乏挑戰性和吸引力。工科學校物理實驗項目的設計應該注重因材施教，突出綜合設計能力。通過設計性實驗和綜合性及研究性實驗的訓練提升學生的創新能力，縝密的思維能力和解決問題的能力。

3 開放實驗室構建的意義

3.1創新實驗開發的需要

高校開放實驗室是培養學生創新能力最好的實踐基地，與傳統物理實驗教學不同，高校開放實驗室給學生提供了自主學習的良好平臺。結合當前社會發展對人才能力的實際需求，有必要從教學方法改革入手，培養學生的創新意識、創新思維和創新動機，達到教革與創新能力培養統一的目的。例如，學生在原有實驗的基礎上，通過修改實驗參數，實驗條件重新開展實驗并且觀察實驗結果?；蛘邔ΜF有在儀器設備進行改進，開發其更多的潛力，例如，廣西大學自主研發的“雙光柵衍射成像儀”，通過對原有實驗儀器的重新設計、改造，開發出了新的實驗項目——“雙光柵衍射成像及關系參數測定”。這種創新不僅豐富了原有實驗內容，提升了實驗層次，更加深了學生對全息術理論和光柵衍射的理解。

3.2翻轉課堂的需要

翻轉課堂（Flipped Classroom 或 InvertedClassroom）首先由教師創建教學視頻（微課），學生在家或課外觀看視頻講解，然后再回到課堂中進行師生、學生和學生間面對面的分享、交流學習成果與心得，以實現教學目標為目的的一種教學形態。翻轉課堂使學生所學到的知識在課堂上得到內化，提高了學生自主學習的能力。大學物理實驗采取這樣的教學模式使物理實驗教學更加具科學性、先進性、趣味性和啟發性。

開放實驗室改變了傳統實驗教學模式，變傳統的灌輸式教學為開放式教學。提高了學生的學習興趣。在開放實驗室中進行物理實驗時，學生首先提出問題，分析問題、確定問題，然后自己在網絡上收集相關資料。自己設計實驗方案、實驗裝置，最后在教師的指導下完成實驗（如圖1-1實驗流程圖）。這種方式以學生的強烈好奇心和求知欲望為契機，因勢利導。不僅能有效消除大學生消極的心理、激發其學習興趣更符合當前社會發展對人才能力的實際需求。

圖1-1實驗流程圖

3.3科研的需要

科教結合協同育人行動計劃是由教育部和中國科學院聯合推出的一項協同育人計劃，于2012年8月9日正式啟動。教學與科研的關系是基礎與提高的關系，注重教學與科研結合。

充分利用好開放實驗室儀器和設備，提高設備利用率服務于教學和科研工作是勢在必行的趨勢。國外大學實行導師制，在導師的帶領下，學生在開放實驗室開展科研工作，并且在導師的指導下選擇研究課題， 設計研究方案， 制定研究計劃，或者協助導師一起完成科研任務。

3.4豐富了教學手段，使物理實驗教學變得更信息化

伴隨計算機技術的迅速發展，以及多媒體技術的成熟。各個高校加快了信息化進程。物理實驗開放實驗室教學和管理模式也進入了數字化的時代。開放實驗室引入計算機、網絡加強了其在實驗教學中的教學輔助功能。計算機及網絡應用在開放實驗室主要有以下幾個作用：

（1） 學生進行網絡預約實驗項目、實驗指導教師、時間及實驗設備（實驗配件也可以預約）。

（2） 將某些實驗引入計算機，可以直接在計算機觀看實驗效果。部分實驗內容與Matlab計算機仿真，C語言和Fortran語言編程等結合起來，突出實驗的高時效、低成本和圖形化等特點

（3） 將每個實驗項目的簡單介紹，實驗儀器圖片、視頻、動畫等通過電腦向學生進行展示。

4 開放實驗室構建的目標

大學物理實驗開放實驗室在工科學校有著重要在地位，國內許多大學都有自己的開放實驗室，如復旦大學應用表面物理國家重點實驗室、浙江大學寧波理工學院流體力學實驗室、南開大學中心實驗室等。在構建開放性的物理實驗室中，還有很多地方值得我們思考。其中，要灌輸“以人為本”的教育理念，做到以學生為主體。大學物理開放實驗室的目標是要實現管理概念和模式的更新；充分地利用多媒體網絡技術輔助教學，增加教學手段；實現儀器共享，建設成一個具有一定規模高等級、高水平、起到輻射示范作用多功能的開放型科研實驗室。除此之外加強與社會的聯系，促進產、學、研相結合，從而推動實驗室的建設和發展，使高校物理實驗室得到持久的良性的發展。

5結論

建設一個有一定規模、多功能的開放實驗室對培養適應現代化發展需要的人才有著重要的意義。而高校大學物理開放實驗室開放實驗室是高校經過不斷探索、改革和實踐， 是實驗教學如何培養創新性、復合型、高素質人才方面形成的基本共識的核心載體。大學物理實驗開放實驗室的構建也培養了老師的能力，為學科建設準備了后備力量。

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