基于物理仿真实验平台的研究生实验教学研究

张斯文　于文惠　田竹

【摘要】突出实践创新能力培养的物理实验在高校培养研究生科学思维和素养方面具有重要的作用。物理仿真实验平台可提供丰富的实验内容，不受客观教室条件限制，为研究生提供时间自由度、学习自由度更高的实验教学体验，极大地增加了受益的研究生人数。将物理仿真实验以开放实验形式投入到研究生实验教学中，实现了更适于研究生培养特点的学生自主选择实验时间和内容的教学模式，在研究生实验实践创新能力培养中具有重要意义。

【关键词】研究生教育 物理实验 实验技能培养 教学研究

一、引言

自教育部启动“研究生教育创新工程”以来，许多高校掀起了创建以创新为宗旨的研究生创新实验中心。与本科生教育不同，研究生教育更注重研究生创新思维、科学素养及实践能力的培养。物理学是工程技术学科的基础，而实验是连接物理学和工程技术的桥梁。物理实验在培养学生严谨的科学思维和创新能力，锻炼学生理论与实际相联系，特别是与科学技术发张相适应的综合能力方面有着重要作用。

国内理工类研究生一般在入学第一年，统一学习基本专业知识及基本实践技能，从第二年开始跟随导师进入实验室结合科研课题开展相关研究。目前，国内很多高校均在本科阶段设置物理实验课程，而研究生的物理实验课程开设的却很少。研究生本科阶段的实践创新能力培养有限，甚至不足，进入实验室后，难以快速入手开始科学研究。立足研究生实验实践创新能力培养现实，本文提出基于物理仿真实验平台的研究生实验教学研究，在不增加研究生课业负担的同时以开放实验的形式培养研究生的实验实践能力和创新思维。

二、 物理仿真实验平台的教学内容

以培养研究生实验技能、掌握现代物理技术及启迪研究生的创造性思维为出发点，建设成了集基础实验技能培养和自由创新实验技能锻炼为一体的物理仿真实验平台。平台以网络平台和微信公众号平台为依托，学生可通过登录密码和网址直接登录系统。物理仿真实验平台开设的实验内容主要分为三个层次，分别是基础型物理仿真实验、综合型物理仿真实验和设计型物理仿真实验。

基础型物理仿真实验侧重基础物理效应的原理学习，基本实验仪器的使用方法学习以及基本的实验数据处理方法学习，设置目的在于通过基础实验巩固研究的知识基础，具体的实验内容如落体法测定液体的粘度实验，迈克尔逊干涉仪使用实验，分光计的使用实验等。综合型物理仿真实验侧重于研究生综合实验能力的培养，开设的实验项目大多包含了对物理现象思考及一些应用型较强的实验内容，设置目的在于锻炼学生多思考勤动脑的习惯和严谨的科学思维，具体的实验内容如电阻应变式传感器特性研究，整流滤波电路的研究，太阳能电池特性研究等。設计型物理仿真实验注重学生理论联系实际的实践能力和创新思维的培养，设置的实验项目如万用表的设计，基于热敏电阻的温度传感器设计，偏振光的观察及实验设计等。

从研究生本身特点和培养目标出发，物理仿真实验教学的内容设计遵循“巩固基础，综合实践，创新提升”的教学思路。巩固研究生基础实验方法和实验思路，综合培养研究生遇到实验问题的分析处理能力，最后结合具体的设计题目锻炼学生的分析能力、实践能力和创新能力。

三、 研究生实验教学模式研究

与本科生教学模式不同，研究生只有第一年是固定的课程教学时间，其他时间需要研究生跟随导师开展课题式的学习。因此，研究生实验教学模式不能沿用本科生的固定时间、固定地点、固定内容的教学模式。我们尝试以开放型实验教学模式作为研究生实验教学的主要思路，这也是物理仿真实验平台教学的优势之一，研究生可自由选择实验时间参与课程学习，增加了教学的时间维度。研究生可以根据自身条件和日常学习特点，合理安排实验时间，随时登陆物理仿真实验平台开始实验课程，同时学生可以随时做实验随时保存，待下次再次参与实验课程时，继续上次的实验内容，将教学时间由固定学时拓展为灵活度更高的自由时间。

物理实验仿真平台教学模拟的另一优势是可以由研究生和导师共同定制实验项目，打破了实验室负责教师为所有学生指定统一实验内容的传统模式。研究生物理实验培养与本科生的实验课程不同，需要指派导师为学生“私人订制”合理的创新培养计划，将研究生培养需求与平台的运行对接。一方面，导师可以根据具体的科研方向，或者导师认为研究生需要掌握得实验技能，指定有关的实验项目。另一方面，研究生也可以根据自身情况自由选择实验项目。将实验项目的把控权交给导师或者研究生更有利于对研究生的“个性化”培养，真正实现“因材施教”的教学目标，实现研究生教育的“私人订制”。此外，物理仿真实验平台教学模式不仅对选修实验课程的研究生开放，有需要的其他专业研究生也可以申请账号，参与到物理仿真实验技能练习中，在一定程度上极大地增加了受益学生数目。

四、 总结

基于物理仿真实验平台的研究生实验教学体系打破了传统实验教学的束缚，采用三层递进式的教学内容，巩固研究生实验时间基础的同时，培养分析问题、解决问题的综合能力。设计型实验项目更锻炼了学生的创新思维和科研素养。开放式的实验教学形式提供了时间自由度更高、内容自由度更高的教学模式。物理仿真实验平台的管理运行需要研究生、指导教师和实验平台维护人员的共同努力。面向研究生实验教学的物理仿真实验平台教学实现了从实验教师主导的实验教学到“私人订制”式的灵活教学体系，体现了研究生实验实践能力和创新能力的培养，能够帮助研究生更快的参与到导师科研工作中。

参考文献：

[1]王玉斗，王殿生.关继腾等。具有“物理+能源”特色的物理学研究生创新实验平台的建设与实践[J].实验技术与管理，2011（28），6：154-157.

[2]徐平.李华.郑明等. 研究生物理实验课程建设的探索与研究[J]. 物理与工程，2006（1）：126-126.

[3]孙腊珍.张增明.叶邦角等。科研能力培养和研究生实验教学体系的构建[J].学位与研究生教育，2010（6）：58-60.

作者简介：张斯文（1984-），女，河北省承德市人，天津理工大学理学院，副教授，博士，主要从事物理学及相关实验课程教学科研工作。