物理实验大平台建设实践与思考

杨新建，黄柳宾，王殿生

（中国石油大学（华东），山东 青岛 266555）

近年来，国家提出建设创新型国家、培养创新型人才的教育理念，物理实验课程由于在培养学生创新能力上的突出作用而得到了重视［1］。大学物理实验室的功能结构体系、管理运行机制及相应的实验课程体系，体现了人才培养模式，决定了人才培养的质量。不断改革实验室建设模式，科学设计实验室管理运行机制，是高校人才质量工程建设的内在要求。

进入新世纪以来，中国石油大学（华东）原物理学院（现为理学院）在教学、科研、人才培养等各个方面都取得了很大的发展，学院的发展目标从“教学型”学院定位到“教学科研型”学院。但是，学院物理实验室的建设模式仍以课程教学为主，在学院范围内，以系为单位，按课程专业设置实验室。同时又按不同阶段人才培养的要求，划分为本科生、研究生教学实验室和科研实验室。实验室的管理机制是各个小单位实验室的规划、建设、管理和使用等各权合一的“小而全”分散管理。在新形势下，旧的实验室建设模式与管理机制已经不能适应学院发展的要求，需要通过改革建设模式与管理运行机制，丰富实验室功能，提高实验室建设和运行水平，从而使实验室的规模、结构、质量、效益与学院发展目标相协调。为此，学院适时提出了“物理实验大平台建设”项目的实践与探索。

1 物理实验大平台建设的内涵与整体思路

物理实验大平台建设的内涵是改革现有的实验室建设和管理运行模式，使物理实验室更好的支撑学院教学和科研的发展。

物理实验大平台建设的整体思路是“整体规划、统一建设、集中管理、资源共享、促进创新”。在此思路指导下，打破过去以系为单位、按课程、专业设置实验室的建制模式，构建以创新人才培养为目标的基础教学实验平台和学科专业实验平台。现有实验室由于依附于不同的系和专业，在系和专业内部，根据课程设置进行规划和建设，日常使用和维护是封闭式的，造成不同系、不同专业之间相同仪器设备的重复购置，又缺乏便捷有效的互通有无机制，从而在学院内部形成硬件资源壁垒。物理实验大平台建设，首当其冲就是要解决在学院内部，对于一切实验室资源实行整合，包括规划、建设、管理和使用。其次，搭建能够体现和保障实验室功能最大化的模块平台。实验室资源能否通过改革形成整合、整合之后能否在教科研实践中呈现出前所未有的优越性，关键之一就是实验室资源空间地点的搭建是否合理、是否适应学院人才培养和科研发展的需要。物理实验大平台的搭建，具体包括基础教学实验平台和学科专业实验平台两部分，各分平台由具备相应功能的若干实验室构成。其中基础教学实验平台以实验教学为中心，按照基础实验课程群，整体规划和建设本科生教学实验室，根据实验教学需要组建实验教学课程模块，实现实验资源的优化配置与共享；学科专业实验平台，以学科建设为中心，按照教学与科研结合、学科之间渗透、专业之间交叉，整体规划和建设本科生和研究生的学科专业实验室，根据专业教学和学科建设需要组建专业教学和科研实验室模块，实现实验资源的优化配置与共享。第三，物理实验大平台的顺利运行，必须赋予先进的实验室运行管理模式。由学科、专业和课程建设负责人组成实验室建设委员会，负责实验室的整体规划；各实验室模块的建设由相关的学科、专业和课程负责；成立以实验技术人员为主独立单位，负责实验室的日常运行管理和维护；实验室的使用采取开放共享的方式。

2 物理实验大平台功能模块的搭建

著名物理学家冯端院士指出“实验可以引人入胜，启发学生独立解决问题，培养他们的创造性思维”，点出了实验在创新人才培养上的特殊作用。而这种特殊作用的实现，是在具有一定特殊功能的实验室里完成的。施教者的首要任务就是搭建好这样的实验室模块［2］，形成较为完备的实验室体系，让学生从低到高、循序渐进的通过实验室经历成长起来。

物理实验大平台建设根据不同层次的实验课程和人才培养阶段性需要，提出了实验室建设的基本思路：建立 “一个中心，两个平台，多个模块”的实验室体系。“一个中心”即规划的中心、管理的中心和使用的中心，“两个平台”即基础教学实验平台和学科专业实验平台，“多个模块”即在实验大平台上按需组建若干实验模块。改革的核心问题：科学合理地规划和建设“一个中心，两个平台，多个模块”实验室体系。具体来说，在基础教学与学科专业两个平台框架下，搭建了五个不同的教学、科研实验室模块，涵盖了学院物理学科所有实验教学任务以及各专业科研方向的研究项目，使学生按照从实验基础、综合提高、科学研究实践、创新能力形成这一培养路线获得全方位的物理实验训练，见表1。

表1 物理实验大平台逻辑结构示意图

2.1 基础实验教学平台

基础实验教学平台包含基础实验和提高实验2个教学模块、12个功能实验室。其中基础实验教学模块包括大学物理实验室、普通物理实验室和演示物理实验室三个功能实验室。大学物理实验是所有工科院校不可或缺的公共基础课，承载的物理实验知识、方法和技能是学生进行后续实践训练的基础，也是毕业后从事各项科学实践和工程应用的基础。提高实验模块是基础性开发研究实验，面向本科生创新性研究以及部分研究生选修实验；由实验技术人员进行日常管理和维护，部分指导教师、实验技术人员、有项目的本科生或研究生共同进行实验项目研究、开发、建设。通过该模块，新实验项目的得以开发和试做，为基础实验课程培育和拓展了后备实验项目。实验课程内容根据教学大纲要求及实验室的开放能力，灵活调整，充分利用实验室的仪器设备、空间，完成相关课程的教学任务及大学生科技创新项目，满足学生的求知欲望。

2.2 学科专业实验平台

学科专业实验平台3个模块分别与我院应用物理、材料物理和光信息技术3个专业性对应，共包含14个学科专业实验室。如果说基础实验教学平台面向全校所有工科专业，是物理实验中心的立足之本，那么学科专业实验平台体现的就是物理学本身的科发展之道，是培养物理类高级专门人才的重要阵地。通过不同专业实验室的功能的发挥，物理专业学生获取了专业知识、专业技能；教师通过在实验室中从事教学、科研活动，实现了教学相长、科研水平的提升。

在上述功能实验室模块支撑下，学院开设的各项实验课程教学没有受到平台建设变化带来的不利影响，顺利实现过渡；各类实验室学习经催生了大学生创新意识，提高了他们的动手能力和参与创新积极性。近年来，学院大学生科技活动蓬勃发展，在挑战杯、拓扑杯、国家级大学生创新性实验计划等科技活动中成果斐然。实践表明，物理实验大平台功能模块的搭建，符合学院人才培养和学科发展的需要，可以满足不同层次学生及教职工对实验室资源的需求，体现了资源的整合和统一使用。

3 物理实验大平台开放管理运行模式

实验室开放运行管理是现代实验室发展的方向［3－5］。传统实验室运行模式是紧随课程教学，在规定的时间段内接纳教师和学生来实验室上课、做实验。这种运行管理模式是实验室完全依附于课程教学的历史造成的，上课时间之外实验室不开放，实验资源闲置，学生和教职工不易在课程之外接近实验室，束缚了学生通过实验解决问题的主动性和创造性，不利于创新精神和实践动手能力的培养和提高，同时现有的实验教学资源也得不到充分的利用。创造一个宽松、便利、充分调动学生学习积极性、充分发挥个人潜能的开放实验环境，对于加强学生的能力培养有着十分积极的作用。在原有大学物理实验开放运行和创新物理实验室多年管理运行实践的基础上，物理实验大平台全面采用开放管理运行模式。

首先，实验室开放运行是指对所有人的开放，包括各层次学生和教师，只要是怀有想法并希望通过实验室资源实现自己的想法的人，都可以很方便的走进实验室，利用实验室达到锻炼和提高的目的。其次，实验室开放运行离不开一定的物质技术条件支撑。要充分利用信息技术和校园网络资源，借鉴物联网部分理念，把实验室所有资源挂到网上，包括实验室分布、设备资料、预约系统等，方便学习者浏览，并根据不同需要实现设备仪器的组合预约。最后，实验室开放运行必须逐步完善人员队伍建设。实验室建设和开放运行管理，应实现人员配备的多样化。日常管理以实验技术人员为主，实验项目开发、大型仪器设备引进、学生培养等工作就应充分调动广大教职工参与进来，必要时可以让高年级学生或研究生参与实验室运行管理。只有人员配备充分，才能保障实验室开放时间和开放时段实验室维护。

3 结 论

在学校创新资助计划支持下，借助我校新校区建设形式，结合学院教学与科研发展及大学生各类实验创新活动，初步搭建的物理实验大平台，保障了实验教学任务的顺利实施，激发了广大师生利用实验资源的积极性，开创了我院物理实验室发展新篇章。物理实验大平台建设是一项长期的、发展中的工作，建设和实践过程中会不断涌现出各种问题，需要建设者们理顺多方面的关系，平衡各方面的利益，真正做到把人才培养、科技创新放在首位。

［1］李幼真，徐富新.物理实验教学中的若干问题及创新平台建设的思考及实践［J］.大学物理实验，2011，24（5）：102－104.

［2］冷雪松，王艳东，徐崇.改革物理实验教学注重创新能力培养［J］.大学物理实验，2008，（21）：102－104.

［3］何军锋，姚军财，潘宏利，谭毅.基于实验中心的物理实验模块化管理研究与实践［J］.实验技术与管理，2011，28（10）：112－114.

［4］王晓兰，关宏斌.实验室开放运行模式与实践［J］.实验室研究与探索，2009，28（7）：158－160.

［5］赖天华.加大实验室开放力度，提高学生实践能力和创造能力［J］.实验室研究与探索，2008，27（5）：134－136.