導(dǎo)語(yǔ)：普通本科高校大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：雖然開(kāi)放實(shí)驗(yàn)已經(jīng)提出很多年，但是在具體開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的實(shí)施上依舊存在一定問(wèn)題。文章以某普通本科高校為例，針對(duì)普通本科高校學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)差異大、學(xué)習(xí)自覺(jué)性欠佳的特點(diǎn)，提出階梯式大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)模式，并對(duì)每種模式進(jìn)行闡述和舉例，旨在為普通本科高校大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：普通本科高校；大學(xué)物理；開(kāi)放實(shí)驗(yàn)

1研究背景

堅(jiān)持“教書(shū)育人”理念，把本科教育放在人才培養(yǎng)的核心地位，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科教學(xué)之中的基礎(chǔ)，它連接各學(xué)科專(zhuān)業(yè)，是本科生最早接受的實(shí)踐教學(xué)之一；同時(shí)，“以學(xué)生發(fā)展為中心”的一流本科課程建設(shè)和教學(xué)是高等學(xué)校一流本科人才培養(yǎng)的核心要素，必須給予足夠重視[1]。通常，物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)對(duì)象是大一、大二學(xué)生。在普通本科高校，因地區(qū)和學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)施存在差異，學(xué)生具有基礎(chǔ)知識(shí)能力差異大、學(xué)習(xí)自覺(jué)性不高的特點(diǎn)，造成學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)原理、操作和應(yīng)用等掌握差異較大。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)歷來(lái)可以作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和技術(shù)創(chuàng)新能力等[2]?；诖?，某普通本科高校在開(kāi)設(shè)必修大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)設(shè)大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，這樣不僅可以最大限度地利用實(shí)驗(yàn)資源，更能夠?yàn)榕囵B(yǎng)國(guó)家需要的人才打下基礎(chǔ)。

2某普通本科高校大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的實(shí)施模式

某普通本科高校將大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)設(shè)置為階梯式，可描述為再操作實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，且依次加大難度，應(yīng)用性、創(chuàng)新性和綜合性逐步提高。再操作實(shí)驗(yàn)適合于未當(dāng)堂理解所學(xué)知識(shí)的學(xué)生，他們可以通過(guò)課后實(shí)驗(yàn)再操作的方式，充分掌握課堂內(nèi)容；拓展實(shí)驗(yàn)針對(duì)大多數(shù)學(xué)生，有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的全方面掌握；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，滿足學(xué)有余力學(xué)生的個(gè)性發(fā)展需求，且能夠使其從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)、創(chuàng)新科學(xué)相接軌。下面對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1再操作實(shí)驗(yàn)

對(duì)于需要進(jìn)行“再操作實(shí)驗(yàn)”的學(xué)生，可通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行預(yù)約、再操作，這樣可避免開(kāi)放實(shí)驗(yàn)人員擁堵及與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)沖突。學(xué)生通過(guò)觀看平臺(tái)上的授課視頻等，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行同樣儀器的操作，達(dá)到對(duì)課堂內(nèi)容的熟知熟會(huì)。在這里，教師扮演的角色是管理者，學(xué)生扮演的角色是實(shí)驗(yàn)者、操作者[3]。

2.2拓展實(shí)驗(yàn)

拓展實(shí)驗(yàn)也可通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)預(yù)約。在普通本科高校，由于學(xué)生自主性和自制力的差異，完全依賴學(xué)生去實(shí)施開(kāi)放實(shí)驗(yàn)操作具有很大的局限性。因此，為了督促學(xué)生，將開(kāi)放實(shí)驗(yàn)以一定的權(quán)重加入實(shí)驗(yàn)總評(píng)中很有必要。例如，某普通本科高校采用“課內(nèi)實(shí)驗(yàn)分（80%）+開(kāi)放實(shí)驗(yàn)分（20%）”的方式進(jìn)行總評(píng)計(jì)算。在該監(jiān)督制度下，保證了受益群體的最大化和效果化。下面以太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)、巨磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例對(duì)拓展實(shí)驗(yàn)具體模式進(jìn)行說(shuō)明。（1）太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)。在電池行業(yè)中，太陽(yáng)能電池因最沒(méi)有污染且空間最大，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。課堂上太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量太陽(yáng)能電池的暗伏安特性和輸出特性等，進(jìn)而了解不同太陽(yáng)能電池（單晶硅、多晶硅和非晶硅）的填充因子和轉(zhuǎn)換效率等。太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)如圖1所示，其拓展實(shí)驗(yàn)除必要的測(cè)量（如輸出特性）以外，更多側(cè)重于太陽(yáng)能電池的應(yīng)用。如太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的工程應(yīng)用、失配即遮擋對(duì)輸出的影響及儲(chǔ)能方式等。其目的是讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，激發(fā)興趣、加深理解，為以后再深造、就業(yè)等提供鋪墊。（2）巨磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。巨磁阻效應(yīng)（Giantmagnetoresistance,GMR）的發(fā)現(xiàn)將硬盤(pán)的容量提高到102～103G，其發(fā)現(xiàn)者也由此于2007年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。課堂中的GMR實(shí)驗(yàn)主要使學(xué)生掌握GMR的磁阻特性和磁電轉(zhuǎn)換特性（包括模擬傳感器和數(shù)字傳感器）。GMR的拓展實(shí)驗(yàn)更加注重直觀應(yīng)用性。如測(cè)量齒輪的角位移，了解磁讀寫(xiě)等。這有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的活學(xué)活用，增強(qiáng)學(xué)生的綜合能力。

2.3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

對(duì)于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，采取“附加分”和“鼓勵(lì)參賽”制度。針對(duì)“附加分”，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)形式的多樣化，如在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完整的基礎(chǔ)上，還有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)視頻、圖片等，可給予一定的附加分值?！肮膭?lì)參賽”制度，即采取教師和學(xué)生雙向選擇的方式進(jìn)行參賽。教師扮演指導(dǎo)者、管理者和探討者的角色[4]。在時(shí)間上更加自由，它不再局限于教師的上班時(shí)間，非上班時(shí)間也可以進(jìn)行。鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，這樣可以促進(jìn)有強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力、綜合能力學(xué)生的培養(yǎng)。下面以該校參加全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽（創(chuàng)新）為例進(jìn)行說(shuō)明。（1）實(shí)驗(yàn)講課比賽。就講課而言，雖然教師講解的重難點(diǎn)更加清楚，但這種講課方式在一定程度上缺乏學(xué)生的青春活力氣息，或現(xiàn)代大學(xué)生所關(guān)注的社會(huì)點(diǎn)、新聞點(diǎn)等。通過(guò)讓學(xué)生全程參與講課比賽，不但有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)性、語(yǔ)言表達(dá)能力的培養(yǎng)，也有利于學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全面、系統(tǒng)地掌握。例如，該校學(xué)生在競(jìng)賽中對(duì)三線擺測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行講解，取得了全國(guó)一等獎(jiǎng)的好成績(jī)。該講解主要體現(xiàn)在學(xué)會(huì)用三線擺法測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和平行軸定理的驗(yàn)證。其中還涵蓋了許多小的知識(shí)點(diǎn)，例如在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前采用“誤差均分原理”選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的疊加問(wèn)題，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與軸的位置有關(guān)（平行軸原理），轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與三線擺擺動(dòng)周期間的關(guān)系。除此之外，學(xué)生還要熟知實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器操作等，也要提出實(shí)驗(yàn)問(wèn)題和解決方法，并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（2）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽。重力加速度的測(cè)定是一個(gè)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)，然而在家精確地測(cè)定重力加速度并非易事。課堂上，學(xué)生通過(guò)教師對(duì)Phyphox軟件的簡(jiǎn)單講解，了解到這款軟件內(nèi)置諸多傳感器，如加速度、磁力和光傳感器等，利用這些傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物理量的測(cè)量?；诖?，學(xué)生想到可以利用該軟件的磁力傳感器和光傳感器實(shí)現(xiàn)較精確的重力加速度測(cè)量，便于達(dá)到自制實(shí)驗(yàn)、隨手實(shí)驗(yàn)、在家做實(shí)驗(yàn)的目的。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，學(xué)生在鐵架臺(tái)頂端掛上彈簧，并在其下方掛上鉤碼，鉤碼的下方安裝自制光源（或輕小弱磁鐵），在彈簧的正下方放置智能手機(jī)，采用手機(jī)傳感器的Phyphox-light軟件（或Phyphox-magnetometer軟件）采集光強(qiáng)（或磁場(chǎng)強(qiáng)度）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖像；隨后，采用Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可計(jì)算彈簧勁度系數(shù)與重力加速度，并進(jìn)行誤差分析，如圖2所示。該實(shí)驗(yàn)充分利用智能手機(jī)中的傳感器，進(jìn)行簡(jiǎn)單、有趣且有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及實(shí)踐應(yīng)用能力。

3結(jié)束語(yǔ)

文章就某普通本科高校實(shí)施的“階梯式”大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行總結(jié)和舉例分析，按照權(quán)重評(píng)分和鼓勵(lì)學(xué)生參賽，可有效解決學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)差異大、學(xué)習(xí)自覺(jué)性欠佳的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。另外，將信息化與大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，師生除利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等資源外，還需針對(duì)該校學(xué)生特點(diǎn)，充分開(kāi)發(fā)該校自有平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

參考文獻(xiàn)：

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作者：田孟琪 成鵬飛 李連碧 單位：西安工程大學(xué)理學(xué)院