高潭华， 郑福昌， 苏春燕， 刘雪梅， 叶靖莹

(武夷学院 机电工程学院, 福建 武夷山　354300)



实验教学研究

地方性应用型工科院校大学物理实验平台建设

高潭华， 郑福昌， 苏春燕， 刘雪梅， 叶靖莹

(武夷学院 机电工程学院, 福建 武夷山354300)

以应用型工科院校人才培养目标为出发点，通过建设大学物理实验的3个子平台，即层次性真实实验平台、微视频课程辅助教学平台和虚拟实验平台，阐述了创建适合地方性应用型工科院校的多通道、立体化、网络化大学物理实验平台建设的思路和实践。

大学物理实验; 层次性实验平台; 微视频课程平台; 虚拟实验平台

大学物理实验是理工科学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，大学物理实验中有丰富的实验思想、方法、手段，是对学生进行科学实验基本训练的基础课程，它不仅会影响学生后续实验课程的学习，而且在某种程度上将影响他们今后的专业生涯[1-2]。传统的大学物理实验教学，在教学内容和实验项目的设置上，验证性的经典物理实验偏多，综合性、设计性实验不足；在教学模式上，多以教师为主体、学生为客体。我们提出了构建新型地方性应用型理工科院校大学物理实验教学体系的思路和意见[3]，依托福建省基础物理实验教学平台的建设项目，根据我校的办学特点，积极开展大学物理实验教学研究，以地方性应用型工科院校《大学物理实验》教材的编写为主线，以开发综合性、设计性实验为重点。在实验内容上，着力建设适合地方性应用型工科院校逐步升级的引导性—基础性—综合性—设计性的层次性物理实验平台；在学习形式上，建设适应现代社会碎片化学习的物理实验微视频课程辅助教学平台；在学生的学习模式上，建立以学生为主体，满足多种学习需求的虚拟大学物理实验平台，从而构建起新型的立体化、网络化的适合地方性应用型大学的物理实验教学体系。

1　建立适合地方性应用型工科各专业特点的层次性的物理实验教学平台

提高地方性应用型本科工科院校大学物理实验的教学质量，培养大学生的科学素养、实验能力、创新精神和创新能力，教材建设是关键。我们对原来的教材[4]进行了大幅度的改革，根据应用型本科院校特点和要求，精简了基础物理实验，新选和开发改造了一些与学校学科专业相适应的综合性实验和设计性实验。新教材于2015年7月由吉林大学出版社出版。

1.1整合精选基础物理实验

我校前身是师范高等专科学校，当时按照专科物理教育专业来设置物理实验室，实验室的条件是实验仪器种类较多，能开设的验证性实验项目较多，但每一个实验的仪器台套数较少。基于这种情况和我校向工科应用型大学转型的需要，我们提出了精选整合基础物理实验项目、扩大实验仪器台套数的物理实验室建设思路。在实验内容选择方面的基本原则是：

第一，注重基本理论、方法和技能三基训练，如：物理量的各种测量方法；实验数据记录、处理、不确定度评定和实验结果表示；基本物理实验仪器的使用和保养。精选了基本测量和万用表的使用2个引导性实验及杨氏模量测定、电表改装等10个基础性实验。

第二，在教学形式上强调规范，抓好物理实验的各主要环节的教学。预习，要求写预习报告，有规范的实验目的、原理以及完整的实验记录表，实验前指导教师检查并当面进行评价(占本次实验的30%)；实验过程，应有实验步骤、原始数据和实验现象的准确记录，并在这些环节中进行实时评价，即时指出学生的不足并指导其改正(占40%)；实验报告要求有完整的数据处理过程，实验结果用不确定度表示，并对结果分析讨论、完成思考题的回答(占30%)。3个环节严格按照规范要求。通过内容和形式的规范，切实提高了大学物理实验的教学效果和质量。

1.2开发结合专业特点的综合性物理实验

选择、改进和开发适合我校各个工科专业特点的综合性大学物理实验，尽量做到以下4点：

(1) 实验具有综合性；

(2) 相应专业需要，但学校的现有课程中又暂时还没有覆盖到；

(3) 具有现代性，是现行应用比较广泛的成熟技术；

(4) 物理原理能讲清楚，实验能在规定时间内完成。

为此实验室用了1年多的时间，要求每一位教师做1个专业(或专业群)的调研，选择具有专业特点的综合性实验，购置相应的实验仪器进行研究，完成实验并撰写讲义。期间进行了多次的交流和讨论，选择开发了适合机械类专业的“光栅传感器测量位移和角位移”实验、适合环境与化工类专业的“衍射光栅测量及其应用”、适合电子类专业的“电涡流传感器实验”等8个综合性实验。教师付出了辛勤的努力，实现了预期的目标。与此同时，教师对学校的专业设置及内涵有了更深的了解，对大学物理实验的作用也有更深的认识，起到了教学研究与教师成长相互促进的作用。

1.3建设培养大学生应用能力的设计性物理实验

应用、创新意识和能力的培养是知识技能学习的最终目标，在大学物理实验阶段重点培养这方面的意识。我们在教材的编写中，设计性实验只给学生实验目的、要求、实验室有的相关仪器以及推荐参考文献，学生必须自己在充分的调研基础上，综合运用所学的知识建立模型、选择实验方法及配套的仪器、测量条件等，提出合理的实验方案、提交实验准备报告、进行实验、改进方案、撰写实验报告，才能完成整个实验。由简单到复杂，我们安排了一系列设计性的实验。设计性实验提高了学生通过各种知识平台获取信息的能力和运用知识的能力，增强了创新意识。

1.4开展培养研究能力和创新精神的创新实验

利用各级大学生创新实验项目的建设，以团队的形式开展研究，培养工科学生的创新和研究能力，如2012级微电子学专业卢新柳同学主持的福建省大学生创新实验项目“计算机处理大学物理实验数据的方法研究和软件设计”，经过2年的努力，不仅做出了一套处理大学物理实验数据的模板，而且对一些问题进行了比较深入的探索和研究，解决了在Excel中粗大误差自动剔除问题，论文在本科大学学报公开发表[5]。

2　建立适应现代社会碎片化学习特点的微视频课程辅助教学平台

随着网络技术的飞速发展和移动终端设备的日益普及，一种新的教学模式——微视频课程，正逐渐在教育领域兴起。微视频课程是指按照课程标准及教学实践要求，以教学视频为载体，围绕某个知识点或教学环节进行教学设计而开展的教学活动[6-7]。微视频课程的主要特征表现在几个方面：课程结构层面是松散耦合化的；课程设计层面上是模块化、主题化的；知识内容层面上是微型化、碎片化的；资源获取层面是关联化的；视频属性层面是形象化、艺术化的[8]。

建立微视频课程辅助教学平台可以克服单纯课堂实验教学的许多不足，如课前预习不够充分、对实验的认识不直观、课堂时间分配难以调和、课后复习没有条件等[9]。微视频课程辅助教学平台建立后，学生可以通过各种移动终端(手机、ipad等)随时随地利用碎片时间进行学习，满足了个性化学习需求，实现“翻转课堂”，从而提高实验预习和实验课堂教学的效率和质量，是对传统实验课堂教学的重要补充和资源拓展。

实验室利用团队协作开展大学物理实验微视频的研究和制作，首先进行课程的顶层设计，讨论确定微视频课程的课程内容和“知识点”，构建以具体实验为主要单元的结构化的物理实验知识网络；其次研究大学物理实验的知识和技能的“知识点”及微视频的呈现方式，充分利用现代多媒体使这些“知识点”易于理解和模仿操作，要求每一个操作类的微视频控制在3 min左右，注意微视频的“重用性”和随时可调用性；再次，先集体制作一组具有代表性的微视频(一个实验)，然后通过具体任务分解的方式，使实验室的每一位教师专注2～3个自己熟悉的大学物理实验，编写解说词、设计录制的实验操作，合作制作微视频，并在此过程中定期进行讨论和研究，克服困难，成员间相互学习共同提高。

目前，正在建设以引导实验和基础实验为主要内容的12个实验的微视频，并准备进一步建设综合性实验的微视频课程，最终形成完整的与《大学物理实验》教材相配套的微视频课程辅助教学系统。

3　建立适合多层次自主学习需求的虚拟大学物理实验平台

国内外的许多高水平大学已把大学物理虚拟仿真实验作为一种重要的实验教学辅助手段，并形成了网络化的教学体系，对提高大学物理实验的教学质量产生了良好的效果。中国科技大学的王晓蒲、霍剑青两位教授领衔开发的大学物理仿真实验系统，经过多年的实践，在国内的许多高校大学物理实验教学中取得了很好的效果[10-11]。

根据我校实际情况，我们引进中科大奥锐科技有限公司的大学物理仿真实验2010版，选取与我校开设实验相对应的20个实验项目，一方面丰富了现有12个引导、基础实验的教学资源，学生可以在真实实验开始前反复在虚拟平台上操作，从而提高预习的质量和效果，同时也便于学生课后复习，能有效激发学生的学习兴趣；另一方面由于物理实验室建设经费相对紧张，物理实验的一些贵重仪器无法购置，一些较为复杂的物理实验的真实实验还无法开设，虚拟实验平台的建立可以弥补这方面的缺憾。更重要的是新版的仿真实验平台注重设计性、研究性、开放性实验教学的教育理念[12]，学生可以在虚拟平台上做各种设计性实验，提高了学生学习的自主性。在教学上，通过建立适合学生发展的评价体系，激励学生自主学习和探究，能有力地提高教学效果和质量。

4　结语

在我校大学物理实验平台建设中，3个子平台的建设着重从教学内容、教学模式和学生的学习方式上对传统的大学物理实验教学进行改革。在大学物理实验的课程建设中还有许多方面需要建设和改进，如师资队伍和评价体系的建设以及实验室开放等，对大学物理实验的教学效果都会产生重大的影响。

References)

[1] 杨嘉,贺秀良,刘文辉,等.大学物理实验课教学模式与教学方法的探索[J].实验技术与管理,2009,26(4):206-208.

[2] 刘军山,邢红宏,苏学军,等.以能力培养为导向改革大学物理实验教学[J].实验技术与管理,2014,31(4):189-191.

[3] 高潭华,刘雪梅.地方性应用型理工科院校大学物理实验教学体系的构建[J].大学物理实验,2014,27(1):105-107.

[4] 高潭华,卢道明.大学物理实验[M].上海:同济大学出版社,2009.

[5] 卢新柳,高潭华.用Excel处理实验数据粗大误差剔除的方法[J].福建师大福清分校学报,2015(2)：65-70.

[6] 胡铁生.“微课”: 区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究, 2011(10):61-65.

[7] 胡铁生.区域性优质微课资源的开发与思考[J].中小学信息技术, 2013(4): 19-22.

[8] 王觅.面向碎片化学习时代微视频课程的内容设计[D].上海:华东师范大学,2013.

[9] 唐艳妮,徐军,罗积军,等.微课在大学物理实验教学中的应用探索[J].物理与工程,2014, 24(7):57-59.

[10] 霍剑青,王晓蒲,汤家骏,等.分层次的物理实验教学研究[J].实验室研究与探索,2009,28(4):232-235.

[11] 唐锋意,张翼,赵瑞,等.大学物理仿真实验在民族医学院校中的应用浅谈[J].大学物理,2011, 30(2):31-33.

[12] 霍剑青.应用信息技术培养创新型人才实验教学模式的思考与实践[J].物理与工程,2013，23(6): 26-37.

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

福建省基础物理实验教学平台建设项目(Sj2013004)

高潭华(1963-)，男，福建福州，教授，实验室主任，从事物理及实验教学，研究方向为计算凝聚态物理.

E-mail：wyxygth@126.com

G642.0

A

1002-4956(2016)1- 0166- 03