高潭華， 鄭福昌， 蘇春燕， 劉雪梅， 葉靖瑩

(武夷學(xué)院 機電工程學(xué)院, 福建 武夷山　354300)

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實驗教學(xué)研究

地方性應(yīng)用型工科院校大學(xué)物理實驗平臺建設(shè)

高潭華， 鄭福昌， 蘇春燕， 劉雪梅， 葉靖瑩

(武夷學(xué)院 機電工程學(xué)院, 福建 武夷山354300)

以應(yīng)用型工科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點，通過建設(shè)大學(xué)物理實驗的3個子平臺，即層次性真實實驗平臺、微視頻課程輔助教學(xué)平臺和虛擬實驗平臺，闡述了創(chuàng)建適合地方性應(yīng)用型工科院校的多通道、立體化、網(wǎng)絡(luò)化大學(xué)物理實驗平臺建設(shè)的思路和實踐。

大學(xué)物理實驗; 層次性實驗平臺; 微視頻課程平臺; 虛擬實驗平臺

大學(xué)物理實驗是理工科學(xué)生進入大學(xué)后接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端，大學(xué)物理實驗中有豐富的實驗思想、方法、手段，是對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的基礎(chǔ)課程，它不僅會影響學(xué)生后續(xù)實驗課程的學(xué)習(xí)，而且在某種程度上將影響他們今后的專業(yè)生涯[1-2]。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)，在教學(xué)內(nèi)容和實驗項目的設(shè)置上，驗證性的經(jīng)典物理實驗偏多，綜合性、設(shè)計性實驗不足；在教學(xué)模式上，多以教師為主體、學(xué)生為客體。我們提出了構(gòu)建新型地方性應(yīng)用型理工科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)體系的思路和意見[3]，依托福建省基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)平臺的建設(shè)項目，根據(jù)我校的辦學(xué)特點，積極開展大學(xué)物理實驗教學(xué)研究，以地方性應(yīng)用型工科院?！洞髮W(xué)物理實驗》教材的編寫為主線，以開發(fā)綜合性、設(shè)計性實驗為重點。在實驗內(nèi)容上，著力建設(shè)適合地方性應(yīng)用型工科院校逐步升級的引導(dǎo)性—基礎(chǔ)性—綜合性—設(shè)計性的層次性物理實驗平臺；在學(xué)習(xí)形式上，建設(shè)適應(yīng)現(xiàn)代社會碎片化學(xué)習(xí)的物理實驗微視頻課程輔助教學(xué)平臺；在學(xué)生的學(xué)習(xí)模式上，建立以學(xué)生為主體，滿足多種學(xué)習(xí)需求的虛擬大學(xué)物理實驗平臺，從而構(gòu)建起新型的立體化、網(wǎng)絡(luò)化的適合地方性應(yīng)用型大學(xué)的物理實驗教學(xué)體系。

1　建立適合地方性應(yīng)用型工科各專業(yè)特點的層次性的物理實驗教學(xué)平臺

提高地方性應(yīng)用型本科工科院校大學(xué)物理實驗的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、實驗?zāi)芰?、?chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，教材建設(shè)是關(guān)鍵。我們對原來的教材[4]進行了大幅度的改革，根據(jù)應(yīng)用型本科院校特點和要求，精簡了基礎(chǔ)物理實驗，新選和開發(fā)改造了一些與學(xué)校學(xué)科專業(yè)相適應(yīng)的綜合性實驗和設(shè)計性實驗。新教材于2015年7月由吉林大學(xué)出版社出版。

1.1整合精選基礎(chǔ)物理實驗

我校前身是師范高等專科學(xué)校，當(dāng)時按照?？莆锢斫逃龑I(yè)來設(shè)置物理實驗室，實驗室的條件是實驗儀器種類較多，能開設(shè)的驗證性實驗項目較多，但每一個實驗的儀器臺套數(shù)較少?；谶@種情況和我校向工科應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型的需要，我們提出了精選整合基礎(chǔ)物理實驗項目、擴大實驗儀器臺套數(shù)的物理實驗室建設(shè)思路。在實驗內(nèi)容選擇方面的基本原則是：

第一，注重基本理論、方法和技能三基訓(xùn)練，如：物理量的各種測量方法；實驗數(shù)據(jù)記錄、處理、不確定度評定和實驗結(jié)果表示；基本物理實驗儀器的使用和保養(yǎng)。精選了基本測量和萬用表的使用2個引導(dǎo)性實驗及楊氏模量測定、電表改裝等10個基礎(chǔ)性實驗。

第二，在教學(xué)形式上強調(diào)規(guī)范，抓好物理實驗的各主要環(huán)節(jié)的教學(xué)。預(yù)習(xí)，要求寫預(yù)習(xí)報告，有規(guī)范的實驗?zāi)康?、原理以及完整的實驗記錄表，實驗前指?dǎo)教師檢查并當(dāng)面進行評價(占本次實驗的30%)；實驗過程，應(yīng)有實驗步驟、原始數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象的準(zhǔn)確記錄，并在這些環(huán)節(jié)中進行實時評價，即時指出學(xué)生的不足并指導(dǎo)其改正(占40%)；實驗報告要求有完整的數(shù)據(jù)處理過程，實驗結(jié)果用不確定度表示，并對結(jié)果分析討論、完成思考題的回答(占30%)。3個環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照規(guī)范要求。通過內(nèi)容和形式的規(guī)范，切實提高了大學(xué)物理實驗的教學(xué)效果和質(zhì)量。

1.2開發(fā)結(jié)合專業(yè)特點的綜合性物理實驗

選擇、改進和開發(fā)適合我校各個工科專業(yè)特點的綜合性大學(xué)物理實驗，盡量做到以下4點：

(1) 實驗具有綜合性；

(2) 相應(yīng)專業(yè)需要，但學(xué)校的現(xiàn)有課程中又暫時還沒有覆蓋到；

(3) 具有現(xiàn)代性，是現(xiàn)行應(yīng)用比較廣泛的成熟技術(shù)；

(4) 物理原理能講清楚，實驗?zāi)茉谝?guī)定時間內(nèi)完成。

為此實驗室用了1年多的時間，要求每一位教師做1個專業(yè)(或?qū)I(yè)群)的調(diào)研，選擇具有專業(yè)特點的綜合性實驗，購置相應(yīng)的實驗儀器進行研究，完成實驗并撰寫講義。期間進行了多次的交流和討論，選擇開發(fā)了適合機械類專業(yè)的“光柵傳感器測量位移和角位移”實驗、適合環(huán)境與化工類專業(yè)的“衍射光柵測量及其應(yīng)用”、適合電子類專業(yè)的“電渦流傳感器實驗”等8個綜合性實驗。教師付出了辛勤的努力，實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。與此同時，教師對學(xué)校的專業(yè)設(shè)置及內(nèi)涵有了更深的了解，對大學(xué)物理實驗的作用也有更深的認(rèn)識，起到了教學(xué)研究與教師成長相互促進的作用。

1.3建設(shè)培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用能力的設(shè)計性物理實驗

應(yīng)用、創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)是知識技能學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)，在大學(xué)物理實驗階段重點培養(yǎng)這方面的意識。我們在教材的編寫中，設(shè)計性實驗只給學(xué)生實驗?zāi)康?、要求、實驗室有的相關(guān)儀器以及推薦參考文獻，學(xué)生必須自己在充分的調(diào)研基礎(chǔ)上，綜合運用所學(xué)的知識建立模型、選擇實驗方法及配套的儀器、測量條件等，提出合理的實驗方案、提交實驗準(zhǔn)備報告、進行實驗、改進方案、撰寫實驗報告，才能完成整個實驗。由簡單到復(fù)雜，我們安排了一系列設(shè)計性的實驗。設(shè)計性實驗提高了學(xué)生通過各種知識平臺獲取信息的能力和運用知識的能力，增強了創(chuàng)新意識。

1.4開展培養(yǎng)研究能力和創(chuàng)新精神的創(chuàng)新實驗

利用各級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目的建設(shè)，以團隊的形式開展研究，培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新和研究能力，如2012級微電子學(xué)專業(yè)盧新柳同學(xué)主持的福建省大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目“計算機處理大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)的方法研究和軟件設(shè)計”，經(jīng)過2年的努力，不僅做出了一套處理大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)的模板，而且對一些問題進行了比較深入的探索和研究，解決了在Excel中粗大誤差自動剔除問題，論文在本科大學(xué)學(xué)報公開發(fā)表[5]。

2　建立適應(yīng)現(xiàn)代社會碎片化學(xué)習(xí)特點的微視頻課程輔助教學(xué)平臺

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和移動終端設(shè)備的日益普及，一種新的教學(xué)模式——微視頻課程，正逐漸在教育領(lǐng)域興起。微視頻課程是指按照課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)實踐要求，以教學(xué)視頻為載體，圍繞某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)進行教學(xué)設(shè)計而開展的教學(xué)活動[6-7]。微視頻課程的主要特征表現(xiàn)在幾個方面：課程結(jié)構(gòu)層面是松散耦合化的；課程設(shè)計層面上是模塊化、主題化的；知識內(nèi)容層面上是微型化、碎片化的；資源獲取層面是關(guān)聯(lián)化的；視頻屬性層面是形象化、藝術(shù)化的[8]。

建立微視頻課程輔助教學(xué)平臺可以克服單純課堂實驗教學(xué)的許多不足，如課前預(yù)習(xí)不夠充分、對實驗的認(rèn)識不直觀、課堂時間分配難以調(diào)和、課后復(fù)習(xí)沒有條件等[9]。微視頻課程輔助教學(xué)平臺建立后，學(xué)生可以通過各種移動終端(手機、ipad等)隨時隨地利用碎片時間進行學(xué)習(xí)，滿足了個性化學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”，從而提高實驗預(yù)習(xí)和實驗課堂教學(xué)的效率和質(zhì)量，是對傳統(tǒng)實驗課堂教學(xué)的重要補充和資源拓展。

實驗室利用團隊協(xié)作開展大學(xué)物理實驗微視頻的研究和制作，首先進行課程的頂層設(shè)計，討論確定微視頻課程的課程內(nèi)容和“知識點”，構(gòu)建以具體實驗為主要單元的結(jié)構(gòu)化的物理實驗知識網(wǎng)絡(luò)；其次研究大學(xué)物理實驗的知識和技能的“知識點”及微視頻的呈現(xiàn)方式，充分利用現(xiàn)代多媒體使這些“知識點”易于理解和模仿操作，要求每一個操作類的微視頻控制在3 min左右，注意微視頻的“重用性”和隨時可調(diào)用性；再次，先集體制作一組具有代表性的微視頻(一個實驗)，然后通過具體任務(wù)分解的方式，使實驗室的每一位教師專注2～3個自己熟悉的大學(xué)物理實驗，編寫解說詞、設(shè)計錄制的實驗操作，合作制作微視頻，并在此過程中定期進行討論和研究，克服困難，成員間相互學(xué)習(xí)共同提高。

目前，正在建設(shè)以引導(dǎo)實驗和基礎(chǔ)實驗為主要內(nèi)容的12個實驗的微視頻，并準(zhǔn)備進一步建設(shè)綜合性實驗的微視頻課程，最終形成完整的與《大學(xué)物理實驗》教材相配套的微視頻課程輔助教學(xué)系統(tǒng)。

3　建立適合多層次自主學(xué)習(xí)需求的虛擬大學(xué)物理實驗平臺

國內(nèi)外的許多高水平大學(xué)已把大學(xué)物理虛擬仿真實驗作為一種重要的實驗教學(xué)輔助手段，并形成了網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)體系，對提高大學(xué)物理實驗的教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生了良好的效果。中國科技大學(xué)的王曉蒲、霍劍青兩位教授領(lǐng)銜開發(fā)的大學(xué)物理仿真實驗系統(tǒng)，經(jīng)過多年的實踐，在國內(nèi)的許多高校大學(xué)物理實驗教學(xué)中取得了很好的效果[10-11]。

根據(jù)我校實際情況，我們引進中科大奧銳科技有限公司的大學(xué)物理仿真實驗2010版，選取與我校開設(shè)實驗相對應(yīng)的20個實驗項目，一方面豐富了現(xiàn)有12個引導(dǎo)、基礎(chǔ)實驗的教學(xué)資源，學(xué)生可以在真實實驗開始前反復(fù)在虛擬平臺上操作，從而提高預(yù)習(xí)的質(zhì)量和效果，同時也便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面由于物理實驗室建設(shè)經(jīng)費相對緊張，物理實驗的一些貴重儀器無法購置，一些較為復(fù)雜的物理實驗的真實實驗還無法開設(shè)，虛擬實驗平臺的建立可以彌補這方面的缺憾。更重要的是新版的仿真實驗平臺注重設(shè)計性、研究性、開放性實驗教學(xué)的教育理念[12]，學(xué)生可以在虛擬平臺上做各種設(shè)計性實驗，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。在教學(xué)上，通過建立適合學(xué)生發(fā)展的評價體系，激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究，能有力地提高教學(xué)效果和質(zhì)量。

4　結(jié)語

在我校大學(xué)物理實驗平臺建設(shè)中，3個子平臺的建設(shè)著重從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式上對傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)進行改革。在大學(xué)物理實驗的課程建設(shè)中還有許多方面需要建設(shè)和改進，如師資隊伍和評價體系的建設(shè)以及實驗室開放等，對大學(xué)物理實驗的教學(xué)效果都會產(chǎn)生重大的影響。

References)

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Construction of college physics experimental platform in local application-oriented universities

Gao Tanhua, Zheng Fuchang, Su Chunyan, Liu Xuemei, Ye Jingying

(School of Electromechanical Engineering, Wuyi Institute, Wuyishan 354300, China)

According to the personnel training goal of applications-oriented universities, through building the three subplatforms of college physics experiment(i.e., the real experimental platform with gradations, the micro-video courses platform and the virtual experimental platform), this paper expounds on thinking and practices of the multi-channel, three-dimensional, networked college physics experiment platform, which is suitable for local, application-oriented universities.

college physics experiment; Gradation experiment platform; platform of micro-video courses; platform of virtual experiment

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.043

2015- 05- 12

福建省基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)平臺建設(shè)項目(Sj2013004)

高潭華(1963-)，男，福建福州，教授，實驗室主任，從事物理及實驗教學(xué)，研究方向為計算凝聚態(tài)物理.

E-mail：wyxygth@126.com

G642.0

A

1002-4956(2016)1- 0166- 03