周永軍，孫麗媛，楊 智，楊 迪

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心是2007年遼寧省首批物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，在2008年該中心“物理實(shí)驗(yàn)”課被評(píng)為省級(jí)精品課。2010年，被評(píng)為遼寧省實(shí)驗(yàn)教學(xué)先進(jìn)集體。物理實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)全校公共基礎(chǔ)課“物理實(shí)驗(yàn)”必修課和“預(yù)備物理實(shí)驗(yàn)”及“創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)”兩門選修課。其中自2006年開(kāi)設(shè)的創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，結(jié)合了我們中心目前的實(shí)驗(yàn)裝置和當(dāng)前的師資隊(duì)伍和學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，5年來(lái)共開(kāi)設(shè)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目近80項(xiàng)，獲得國(guó)家實(shí)用新型專利2項(xiàng)，遼寧省“挑戰(zhàn)杯”大賽銅獎(jiǎng)兩項(xiàng)，論文多篇。

1 開(kāi)設(shè)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的目的及意義

首先，創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。一個(gè)沒(méi)有創(chuàng)新能力的民族，難以屹立于世界先進(jìn)民族之林[1]。高等學(xué)校就是要培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。同時(shí)，“培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力”是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心[2]。開(kāi)設(shè)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生得到創(chuàng)新能力和科學(xué)研究素質(zhì)培養(yǎng)，受到創(chuàng)新思維啟迪的一種好的方式[3]。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生要完成實(shí)驗(yàn)，必然要進(jìn)行資料的查閱、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，以及動(dòng)手實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，并寫(xiě)出論文式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

其次，長(zhǎng)期以來(lái)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法過(guò)死；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上是測(cè)量性、驗(yàn)證性的，缺乏由學(xué)生自己設(shè)計(jì)的、帶研究性的內(nèi)容。學(xué)生只要讀懂教材上寫(xiě)明的原理、按教材上寫(xiě)明的步驟去做，就可以成功地測(cè)到數(shù)據(jù)、完成實(shí)驗(yàn)。這種千篇一律的教學(xué)方式不利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

最后，高等學(xué)校基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：要求提高、創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)在全部實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中須占一定的比例（一般不低于30%），以利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與開(kāi)發(fā)

首先從教學(xué)中來(lái)[4]，例如在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)中心的電子檢流計(jì)數(shù)量有限，而且易損壞，開(kāi)設(shè)電子檢流計(jì)的設(shè)計(jì)與制作，本實(shí)驗(yàn)為研究并制作一種物理實(shí)驗(yàn)中心使用的電子檢流計(jì)，學(xué)生可以通過(guò)本實(shí)驗(yàn)鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，并將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，從而鍛煉其動(dòng)腦設(shè)計(jì)、動(dòng)手組裝連接的能力，為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)工作打下一個(gè)好的基礎(chǔ)。將輸入電流經(jīng)I／V轉(zhuǎn)換并進(jìn)行放大，并將最后結(jié)果通過(guò)機(jī)械檢流計(jì)表頭或者LED顯示，便于觀察和記錄。主要采用芯片是高精度集成運(yùn)放OP－07?？蓹z測(cè)電流10－6A。學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)制作將實(shí)驗(yàn)成果作為實(shí)驗(yàn)室的器材應(yīng)用到以后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中去。還有，針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)中心的霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)儀器搭配不是很合理。實(shí)驗(yàn)所用的兩臺(tái)萬(wàn)用表，精度比較高，價(jià)格相對(duì)昂貴。但是在實(shí)驗(yàn)中，并沒(méi)有將其功能完全利用，而且通過(guò)滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)工作電流非常有限，很難調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所要求的精度；因此開(kāi)設(shè)了霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電源的設(shè)計(jì)與制作，設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠產(chǎn)生10毫安可調(diào)電流和1安培可調(diào)電流，并且能夠測(cè)量電壓?？紤]到為了將來(lái)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)電流精確而且方便，我們?cè)O(shè)計(jì)的儀器使用數(shù)字電路壓控電流來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的調(diào)整，并且用旋轉(zhuǎn)編碼開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)。將其命名為“霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀”。

其次，從科研中來(lái)，如碟狀飛行器的研制，秉著先仿制再改型的基本研制思路，開(kāi)展碟狀飛行器的仿制工作，并進(jìn)行了局部改進(jìn)創(chuàng)新，對(duì)整流罩加以改進(jìn)，在原有的穩(wěn)流段前后增加收縮段和擴(kuò)張段，增升效果明顯。先后實(shí)現(xiàn)了系留飛行和全配置遙控試驗(yàn)飛行，并且都取得了較好效果。在仿制過(guò)程中，對(duì)原有資料進(jìn)行系統(tǒng)的消化和整理，編寫(xiě)電子軟件，在激光切割機(jī)上實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。制作三臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并且進(jìn)行了大量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，取得了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與實(shí)踐

我們?cè)?006年，物理實(shí)驗(yàn)中心就開(kāi)展了導(dǎo)師制工作，即：優(yōu)秀學(xué)生（物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)?0分以上，必須通過(guò)英語(yǔ)四級(jí)等要求，）自愿報(bào)名參加創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)課程。具體做法是：

（1）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)間為16周，學(xué)生自愿組建創(chuàng)新小組，小組成員3到4名；物理實(shí)驗(yàn)中心提供一定數(shù)量的“創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)參考項(xiàng)目”，可供參考；每組只能參加一個(gè)項(xiàng)目，也可自行擬定實(shí)驗(yàn)題目；

（2）撰寫(xiě)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)（時(shí)間2周）。項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)包含以下內(nèi)容：題目、研究目的和意義、研究?jī)?nèi)容（包括方法、手段、進(jìn)程、創(chuàng)新點(diǎn)）、課題最終結(jié)題形式和項(xiàng)目需要經(jīng)費(fèi)情況（包括所購(gòu)置儀器設(shè)備、耗材等），每個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)必須經(jīng)過(guò)物理實(shí)驗(yàn)中心評(píng)審會(huì)評(píng)審以后，確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（3）實(shí)驗(yàn)中心為保證創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)課程效果，每位教師實(shí)驗(yàn)課題項(xiàng)目只立項(xiàng)一個(gè)，可以指導(dǎo)一組同學(xué)。每位教師可以聯(lián)系其他相關(guān)院系教師參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（4）指導(dǎo)教師每周與學(xué)生至少見(jiàn)面兩次，每個(gè)教師應(yīng)有課題進(jìn)展記錄本，詳細(xì)記錄每次與學(xué)生見(jiàn)面溝通時(shí)間，內(nèi)容，經(jīng)費(fèi)使用情況及課題進(jìn)展情況。

（5）每四周時(shí)間，每個(gè)項(xiàng)目要向?qū)嶒?yàn)中心匯報(bào)課題進(jìn)展情況及存在的問(wèn)題，由實(shí)驗(yàn)中心全體教師共同討論，予以解決。

（6）實(shí)驗(yàn)中心盡量保證每個(gè)項(xiàng)目提出的課題經(jīng)費(fèi)需要，并且檢查監(jiān)督經(jīng)費(fèi)使用情況；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要填寫(xiě)項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告。

（7）在學(xué)期末實(shí)驗(yàn)中心組織評(píng)審小組對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)審，為獲獎(jiǎng)?wù)哳C發(fā)證書(shū)，表彰、鼓勵(lì)其創(chuàng)新性的工作。選擇有發(fā)展前途的項(xiàng)目繼續(xù)給予支持，爭(zhēng)取形成專利、產(chǎn)品、發(fā)表學(xué)生論文等。

4 開(kāi)設(shè)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)課程的效果

首先，這種創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)是構(gòu)成物理實(shí)驗(yàn)中心不斷前進(jìn)的不竭的動(dòng)力。創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)不斷產(chǎn)生有價(jià)值的項(xiàng)目，形成專利、產(chǎn)品、發(fā)表學(xué)生論文、推薦參加全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新競(jìng)賽等，成為物理實(shí)驗(yàn)中心的項(xiàng)目生長(zhǎng)點(diǎn)，支撐“產(chǎn)、學(xué)、研”的發(fā)展。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展完善，形成一個(gè)具有培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，同時(shí)，科學(xué)、規(guī)范的管理制度是創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)課程可持續(xù)發(fā)展保障。其次，學(xué)生可以開(kāi)闊自己的視野、提升自己的學(xué)術(shù)素養(yǎng)；激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成，都由學(xué)生自己獨(dú)立完成，并處理實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，品嘗科學(xué)研究中的“酸、甜、苦、辣”[5]。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容可與專業(yè)內(nèi)容交叉滲透，學(xué)生可以通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，將所學(xué)的物理知識(shí)與專業(yè)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，對(duì)自己所選學(xué)的專業(yè)有更新的認(rèn)識(shí)，達(dá)到個(gè)性化發(fā)展。還成立“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)基地”，招收活動(dòng)會(huì)員，讓創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)日?；?，使得學(xué)生的創(chuàng)新激情得以延續(xù)，創(chuàng)新能力繼續(xù)放大。同時(shí)，教師的學(xué)術(shù)能力得到發(fā)揮和進(jìn)一步培養(yǎng)。教學(xué)相長(zhǎng)，師生共同提高，逐步培養(yǎng)出具有一定核心研發(fā)能力的科研團(tuán)隊(duì)。

通過(guò)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，我們將不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在學(xué)校的大力支持下，不斷充實(shí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

[1]劉虎，王振彪.物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽中豐富創(chuàng)新教育內(nèi)涵 [J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（10）：108－110.

[2]鄧曉冉.淺談大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2009（1）：114－116.

[3]王長(zhǎng)春，宛明高.注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2010（3）.

[4]李松嶺，李明雪.物理創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的六大設(shè)計(jì)原理[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2007，94（4）：55－57.

[5]張?jiān)雒鳎瑢O臘珍，霍劍青等.創(chuàng)新研究型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與實(shí)踐[J].物理實(shí)驗(yàn)，2009，29（7）：14－17.

[6]劉俊東.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的構(gòu)建[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2010（6）.

[7]賀梅英，章國(guó)榮，金丹青等.設(shè)計(jì)型物理實(shí)驗(yàn)的研究開(kāi)發(fā)與思考[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009，7（4）：81－82.