独立学院省级物理实验教学示范中心建设与实践

李 昂， 王天会， 刘仁臣， 汪 亮， 彭庶修

(吉林大学珠海学院 物理实验教学中心， 广东 珠海 519040)

0 引 言

独立学院大多是由具有优质教学资源的综合性大学和社会投资方合作兴办。办学初期，实验室领导、管理人员、教师多由母体学校派出或从其他普通高校聘任；物理实验教学难免有母体学校为非物理类专业开设物理实验课的要求移植的痕迹[1]。它一方面给新办的独立学院带来了宝贵的财富——母体学校重视实验教学的优良传统，及主讲教师科学、严谨、实事求是的作风。另一方面，要看到独立学院与母体学校人才培养目标定位的差异，使得物理实验室的建设和教学体系绝不能全盘照抄，必须改革，创造出适合独立学院特点和培养目标的新模式[2]。

随着办学的深入，学院明确了自己的办学定位——“综合性、应用型、开放式、有特色、居前列”。鉴于办学定位，独立学院以培养应用型本科人才为主，它既不同于普通本科院校培养社会需求的具有深厚理论基础和科研创新能力的高层次人才，也不同于高职、高专注重培养动手能力较强的技工、技师型人才。独立学院应注重培养有较好的理论基础、较宽知识面、动手能力强、具有一定创新精神的应用型人才[3]。

1 目前物理实验课程教学现状

由于学院所办专业各自提出本专业的人才培养方案，独立学院工科本科专业人才培养不能过分强调“宽基础”“厚基础”，加强专业技能训练呼声很高，而加强专业实验技能、实践训练力度，需要一定的学时。若用1.5学年开设大学通识教育课程和学科类基础课程等，势必压缩物理实验课等基础课的教学时数[4]。事实上，在物理实验课程一个学期开完的要求下，其教学周通常是16周，共计32学时，只能达到教指委提出的教学时数的2/3[5-6]。

以所在的学院为例，每届4个工科院系约70多个自然班，在二、三学期分别完成2个院系约35个班(每个班分成2个教学组)的教学。按“基础性实验—综合性实验--设计性实验”三层次教学，将5～6个实验项目组合为一轮作小循环，共2～3轮小循环安排各实验教学组的教学。实验教师采取跟组教学，在一个学期教完自己所担任的教学组。

培养学生的实验能力，在教学过程中必须实施以学生为主体，教材为载体，教师为主导的教学方法[7]。这种教学方法对于独立学院学生来说尤为重要。独立学院学生由于数理基础较差，往往不愿阅读教材、预习实验原理、实验时缺乏自信心、不能自主学习；同时表现出马虎、粗心甚至于原谅自己的过错[8]。这就要求教师在教学过程中注意引导学生发现问题、分析问题，综合运用所学知识和技能解决实际问题；引导学生在正确获得实验数据的基础上对实验结果进行分析、判断、归纳与综合；逐步培养他们严谨的治学态度、科学实验能力，以及创新意识。将独立学院学生中普遍存在的“要我学”转变为“我要学”。

实验课前预习(预习报告)—课上实验—撰写实验报告三部曲中，在预习报告为正式报告的前半部分要求下，实验操作记录数据及处理、总结实验结果并入到实验课上完成，要求学生当堂提交报告，教师初步验收，有错误令其改正，学生非常配合，避免了课后往往不处理或没法处理数据的现象。多年来一直坚持这种做法收到了良好的教学效果，学生也较满意。

2 实验教学示范中心建设探索与实践

2.1 构建适合独立学院教育的物理实验教学体系

国内高等教育已从精英教育进入到大众化教育阶段. 必须打破精英教育带来的惯性定势，面对时代的发展，要求制定与时代相适应的物理实验课程体系、教学内容、教学模式和方法[9]。

物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，充分体现出它在专业人才培养中的公共性和基础性。正是由于课程的公共性与基础性，面对综合性独立学院开设的各个专业，需要分析专业特点及特色、人才培养方案，注意与中学教育的衔接，再结合独立学院学生特点，贯彻课程教学基本要求，逐步形成了工科物理实验的“基础性实验—综合性实验—设计性实验”三层次教学，“文科专业的物理实验公选课教学”“普及演示实验教学”的大学物理实验教学体系。而工科物理实验课程教学则是实验教学体系的核心部分。

大学物理实验课程教学是案例教学，同样的教学目标和任务可以通过不同的实验项目、实验内容和实验方法来实现，实验室力求开设有自己教学特色的实验选项及内容，其中既保留经典的实验项目也有结合新技术的项目。注意力学实验、热学实验、电(磁)学实验、光学实验和近代物理实验的撘配。在工科大学物理实验中进行分层次教学，即开设一定数量的基础性实验、综合性实验、设计性实验。 并使这三类实验教学层次的比例接近课程教学基本要求。

2.2 紧抓工科大学物理实验课程教学

工科物理实验课程教学是课程体系的核心，也是学院基础课教学质量的重点。随着学校开展教学质量工程建设，对所开设的综合性实验和设计性实验进行检查验收；在此基础上开展3年期的实验教学示范中心建设，开展物理实验教学改革实践。

借用数字化技术，助推实验教学与管理的创新，使教育技术水平上新台阶。工科物理实验课的三层次教学需选好实验项目，搭配好实验器材，每个实验项目准备好18～20台套，实验教学做到1人1套仪器，做到教学硬件有保障[10]。

2.2.1 编写实验教材

利用学院教材编写立项资助，组织教师编写实验教材。在兼顾实验仪器设备的情况下，教材体现出“加强基础—重视应用—开拓思维—培养能力—提高素质”的教学理念，做到物理概念清晰，尽量用工科“普物化”的语言叙述实验原理、简化数学推导，设计数据记录表格，处理数据方法上适合用科学计算器及计算机软件处理，做到教材简洁方便实用[11]。教材出版后，新增实验项目或更新了配套仪器的实验项目讲义，则采用电子文挡发给学生使用，待使用若干届后修订再版。

2.2.2 改进实验仪器与实验技术

由于厂家追求实验器材的生产利润，使实验器材“集成”化，而减少了实验训练的教学目的，或失去了某些功能。为使实验项目有特色，结合仪器的维修保养，使用通用器材配套替换，不给学生“做某实验必须要有特制器材”的认识。

(1) 模拟示波器的使用实验。其中应用部分，观察半波整流前的交流信号和整流后的直流信号内容，采用提供面包板、半导体二极管和电阻等元件，由学生搭建电路观察记录信号波形，以提高学生的动手能力。

(2) 霍尔效应实验。撤去传统采用电位差计测低电压的方法测霍尔电压，购置仪器厂家生产的测试仪部分，以节省时间用于增加实验教学内容。有关霍尔效应的普物实验通常有2个内容，① 测定霍尔器件的灵敏度及材料类型，这个实验物理原理明确，但要先已知磁场，为此实验室购置特斯拉计，提供磁场的参数，学生实验测定霍尔器件的灵敏度，判定材料的类型。② 用霍尔器件测磁场，如通电螺线管磁场或电磁铁气隙中的磁场。有了测磁场的特斯拉计，则可将这2个内容并为一个实验项目。

(3) 分光计测三棱镜顶角实验。学生很难目测达到粗调目的，改用水平仪做粗调，则容易调好，为各半调节(细调)做好了准备，以致用2课时大部分同学能完成该实验[12]。

(4) 电桥测电阻实验。使用按国标生产的成品电桥测电阻，必须遵守一定的操作规程，且先要预知被测电阻的粗略值，不然易损坏检流计。在实验中加入数字万用表测电阻内容，使学生初步接触的数字电表的使用，又解决了粗测电阻的问题，给学生多接触测量器仪表的机会。

2.2.3 综合性实验中引入实用技术的演示装置

在传统的综合性实验项目的基础上，结合现代技术，新开出传感器类的实验项目。对于这类实验，应立足阐述物理原理与其物理基本特性的测量，这样就会占用原本有限的实验课时间，同时低年级的学生也难于谈其运用。为此，实验室结合物理内容，开发出传感器应用的尽量简单的演示实验装置，放在做该实验的教室中，演示给学生看，以开拓学生的科学思维。

如霍尔效应实验中的霍尔器件是一只霍尔传感器，实验室开发出霍尔器件自动控制单元，配上实验室已有的计数器，用于测单摆和三线摆的周期；配上数字万用表的频率挡或示波器测物体转动着的转速。

光敏电阻或光敏二极管类光敏传感器的特性实验，在阐述物理特性的基础上，再开发它的应用。如将220 V声光双控延时开关改装为低电压(交流18 V)下演示声光控延时功能，其电路中光敏电阻的作用则不难理解了。类似的用光敏二极管设计出路灯自动控制装置等。

这类开发出的演示装置，虽然简陋，但很能说明问题，学生演示观看后印象很深，开阔了学生的实验思路。

2.2.4 组织设计性实验教学

实验室在组织设计性实验教学时，必须利用已有器材或少量补充器材，规定实验条件，做好实验选题、提出适当的教学要求及学生独立完成程度，以防止要求过高而使低年级学生难于达到实验结果[13]。

开设设计性实验对教师提出了新要求，因面对的是低年级的工科学生，教师必须根据实验选题先试做，编写出实验指导书及小论文模板。教学用连续3周实验课时间完成。① 教师讲课，介绍设计性实验的要求、如何查找资料、如何写实验选题的方案，方案中应重点分析系统误差，在实验原理、误差分配、仪器选择、仪器操作、数据处理等方面考虑系统误差的作用及如何化解之；设计出实验验证方案的程序；对小论文的要求等。② 教师审查学生的实验方案，组织讨论，在学生明确实验要求后，进行实验，验证方案的可行性，得出实验数据，回去写小论文。③ 辅导写小论文，大多数学生有笔记本电脑，可让他们利用电脑回答诸如科技类论文应怎样写、实验方案如何阐述、在论文结束语中小结出实验的结果等低年级学生的疑问；及论文中排版、输入数学公式、图表的问题需要指导解决。目前，开设出单摆法测重力加速度的实验研究、用补偿原理“改装”电表、发光二极管基本特性的研究、金属细丝直径的测定、光敏传感器特性及应用、温度传感器特性及应用等设计性实验选题，经过几届学生的教学实践取得满意的效果。

2.2.5 引入实验数据处理教学方法

实验数据处理是物理实验教学的重点。在物理实验中大多的实验数据处理是作统计计算，如求平均值，计算实验标准偏差，进而求测量不确定度；能够用逐差法处理的实验数据，也能够用线性拟合处理，则强调用线性拟合方法处理。实验室购置运算能力强、统计计算较简洁的科学计算器，提供给学生在课堂上作运算使用。为数据处理节约大量时间，这也是学生在2节课时间内完成实验且上交实验报告的一个重要原因。

另外，又创新性提出了mathstudio等手机APP，帮助学生进行更快捷数据分析和处理，甚至作图[14-15]。教师只需要告知学生下载安装手机APP，并介绍几种典型的数据处理的使用方法。学生通过几次实验课之后，基本可以熟练掌握APP使用方法，不仅节约了实验室计算器、计算机等设备的采购成本，更方便学生进行数据梳理，还大大节约了课堂时间。

除以上两种方式外，部分实验项目也可穿插用计算机origin、excel等软件处理实验结果。尤其是设计性实验的小论文，必须依靠此类软件完成数据处理，也是对学生能力的训练和提高。

2.3 开设文科物理实验公选课

独立学院文科专业学生多，且很多学生对物理实验感兴趣，在实验室仪器设备等安排仍有空余的情况下，为文科学生开出物理实验公选课，通常为1个学分，16学时。开出“文科物理实验—电学篇”，计7个电磁学实验；“文科物理实验—光学篇”计7个光学实验。每学期报名选修的学生颇多。为提高文科生的实验能力，培养文理兼通人材发挥作用。

2.4 普及物理演示实验教学

物理演示实验通过对具体物理现象的演示，将抽象的物理理论形象化，帮助学生定性观察物理现象，增加感性认识。它在演示中传授物理基础知识，将学生在课堂上累积的抽象自然科学知识，给予实验验证，激发学生的兴趣，对培养学生的观察能力和思维能力都有重大的作用。

随着科技的进步，演示实验的内容在不断发展与更新，其内容丰富，形式多样。学校在筹建物理实验室时，就初步建起了演示实验室。近几年来，根据力、热、电、光、现代新技术应用，逐渐购置新器材，完善配套，使之形成系列。

在大学物理课中，除方便携带的随课堂演示外，还单独安排2学时的集中演示，让工科学生对感兴趣的项目操作试做；在文科物理实验教学中安排的一次课的集中演示。此外，在社会公众日，学院安排或对外开放，开展科学普及工作。

2.5 完善实验教学考核

一个学期开完的物理实验课，课时受限，由于采用实验教师随班组教学，加强平时对学生每个实验项目的考核，设计性实验一般安排在学期的后半段，因此，大学物理实验课程的考核采取考查的方式，学生实验成绩采取平时考核成绩与设计性实验成绩加权平均，最终按5级记分制综合评定。

2.6 加强师资队伍建设

没有一支结构合理、高素质的实验教师与管理队伍，实验教学改革，实验教学示范中建设是不可能的。实验教学与管理人员学历高只是一个资质条件，还必须分别制定出实验教师教学工作细则，与管理人员工作细则。特别是教师随班组教学模式更要制订好交接班制度。实验室定期召开实验教学与管理研讨会，交流教学经验提高教师教学水平，交流解决仪器管理及设备维护中的问题，提高实验管理人员的管理水平。安排实验教学人员参观兄弟院校、参加区域性的实验教学与管理培训班也是师资队伍建设的一条措施。

3 结 语

本世纪初开办的独立学院，经过10余年的建设历程，已初具规模，提高教学质量培养出合格的人材，是学校的责任所在。作为实验科学的基础课程，物理实验课在工程技术人材及文理兼通人材培养中具有不可替代的作用。物理实验教学中心参与学院的各项教学改革项目，进行教学改革，使物理实验教学体系逐渐完善，并形成自己鲜明的教学模式，具有一定的特色。实验中心也将继续完善，推进实验示范中心建设，引领独立学院的基础实验中心建设，办成优秀和独具特色的省级大学物理实验教学示范中心。