基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)研究

孫艷+劉兵

摘 要 通過對培養(yǎng)目標(biāo)分析，構(gòu)建由必修類實(shí)驗(yàn)、拓展類實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐活動組成的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，以此推動學(xué)員實(shí)踐能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)踐能力 教學(xué)平臺

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.11.055

Construction Research of Basic Physics Experiment Teaching Platform

SUN Yan， LIU Bing

（Experiment Center， Aviation University of Air Force， Changchun， Jilin 130022）

Abstract Through the analysis of training goal， the basic physics experiment teaching platform is constructed. It consists of compulsory experiments， expending experiments and Innovation practice activities. The platform promotes students' practical ability.

Key words experiment teaching; practical ability; teaching platform

1 實(shí)驗(yàn)中心成立及建設(shè)

2007年總部專門制定下發(fā)了《軍隊(duì)院?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（試行版），要求全軍學(xué)歷教育院校的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。①2009年我校以教學(xué)評價(jià)為契機(jī)，統(tǒng)籌整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員和設(shè)備，成立實(shí)驗(yàn)中心。實(shí)現(xiàn)了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)成為獨(dú)立開設(shè)的必修課，改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的從屬地位。實(shí)驗(yàn)中心成立后，在充分論證的基礎(chǔ)上，改革更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，添置和更新了大量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，重新規(guī)劃實(shí)驗(yàn)室開設(shè)項(xiàng)目，布置實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)環(huán)境，建設(shè)實(shí)驗(yàn)資料網(wǎng)站、演示實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)，通過軍隊(duì)“2110工程”改造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。為了滿足軍校學(xué)員培養(yǎng)需要、全面落實(shí)素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，并同時(shí)面對實(shí)驗(yàn)課時(shí)削減的壓力，經(jīng)過幾年的發(fā)展，逐漸形成了由實(shí)物實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)構(gòu)成的“四位一體”的新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并構(gòu)建了基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)在滿足《課程標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的教學(xué)任務(wù)基礎(chǔ)上充分考慮學(xué)員的個(gè)體差異。平臺的建設(shè)強(qiáng)調(diào)軍隊(duì)院校學(xué)歷教育的基礎(chǔ)性、綜合性和軍事性，更加突出學(xué)員解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的全面提高。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的多樣類別設(shè)置上既充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練作為大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的共性，又要體現(xiàn)對學(xué)員專業(yè)的支撐性，既要考慮訓(xùn)練學(xué)員的動手能力、數(shù)據(jù)分析能力，又要考慮有利于學(xué)員創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。②因此，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)，整合、建設(shè)與其匹配的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和制度措施，形成“基礎(chǔ)、提高、研究、創(chuàng)新”多層貫通的、模塊化的實(shí)驗(yàn)課程體系。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)依據(jù)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)建設(shè)依據(jù)《飛行人才培養(yǎng)方案》、《軍隊(duì)院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求》等文件及空軍航空大學(xué)教學(xué)改革方向，確立了實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)員的三級能力目標(biāo)，即實(shí)驗(yàn)基本技能、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)基本技能是指學(xué)員能夠了解并重視實(shí)驗(yàn)跟飛行專業(yè)及培養(yǎng)目標(biāo)的聯(lián)系，了解物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展脈絡(luò)及進(jìn)展，掌握實(shí)驗(yàn)原理及多種實(shí)驗(yàn)方法，能正確使用儀器及輔助設(shè)備，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。能夠通過自學(xué)和獨(dú)立思考明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)“做什么”、“怎樣做”、“為什么”，逐步達(dá)到自主實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷、歸納與綜合，形成反饋提出實(shí)驗(yàn)過程或方法的改進(jìn)意見。

科學(xué)探究能力是指在具有一定的實(shí)驗(yàn)基本技能基礎(chǔ)上，在解決問題或作決定時(shí)能嘗試運(yùn)用科學(xué)原理和科學(xué)研究方法。經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，具有初步的科學(xué)探究能力，在實(shí)踐中有依靠自己的科學(xué)素養(yǎng)解決實(shí)際問題、提高工作質(zhì)量和效率的意識。

創(chuàng)新能力是指發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并找出解決問題的理論和方法的能力， 包括觀察、想象、思維、分析、實(shí)踐、記憶和表達(dá)等能力。通過多種手段激發(fā)和引導(dǎo)，能夠注意觀察、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新問題，并能突破傳統(tǒng)思維定式，大膽想象，尋求變異，積極探索新的實(shí)驗(yàn)方案和進(jìn)一步研究的方向，具有對未知領(lǐng)域主動探索精神和開拓創(chuàng)新意識。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建

依據(jù)學(xué)員的三級能力培養(yǎng)目標(biāo)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺整體構(gòu)建劃分為三個(gè)層次：（1）必修類實(shí)驗(yàn);（2）拓展類實(shí)驗(yàn);（3）創(chuàng)新實(shí)踐活動。

3.1 必修類實(shí)驗(yàn)

3.1.1 內(nèi)容及層次

必修類實(shí)驗(yàn)是指大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程要完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，共50學(xué)時(shí)，包括1次的數(shù)據(jù)處理方法（4學(xué)時(shí)）和23個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（每個(gè)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）。實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置沒有按照傳統(tǒng)的力熱光電進(jìn)行分類，而是分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。實(shí)驗(yàn)中心分析學(xué)情、制定課堂教學(xué)方改革方案進(jìn)一步改造、豐富傳統(tǒng)項(xiàng)目，依據(jù)科技新發(fā)展更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、添加具有新技術(shù)和手段的項(xiàng)目、并分層次進(jìn)行教學(xué)方法的開發(fā)。形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從傳授知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的物理實(shí)驗(yàn)課程體系，并把教學(xué)內(nèi)涵與方法上的“設(shè)計(jì)性”貫穿所有“三個(gè)層次”的始終。其中，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課時(shí)在總課時(shí)中高于40%。

3.1.2 學(xué)習(xí)及管理方式

為培養(yǎng)學(xué)員自我管理能力，充分體現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，物理實(shí)驗(yàn)實(shí)行開放教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)中心利用自主研發(fā)的軟件“實(shí)驗(yàn)開放預(yù)約管理系統(tǒng)”，以網(wǎng)絡(luò)硬件為依托，以信息軟件為平臺，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行全面整合，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目網(wǎng)上預(yù)約、學(xué)員身份識別考勤、成績網(wǎng)上公布及統(tǒng)計(jì)。開課前一周，學(xué)員依據(jù)自己課表和安排登錄預(yù)約系統(tǒng)預(yù)約實(shí)驗(yàn)，課上教員利用網(wǎng)絡(luò)對學(xué)員出席進(jìn)行簽到;教員將批改完的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考試成績錄入系統(tǒng)，由系統(tǒng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)最終實(shí)驗(yàn)成績。此外，實(shí)驗(yàn)中心依托大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建立了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程，為開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課錄制有聲課件和演示操作視頻，這極大地方便學(xué)員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

3.2 拓展類實(shí)驗(yàn)

3.2.1 內(nèi)容組成

拓展類實(shí)驗(yàn)是必修類實(shí)驗(yàn)一個(gè)有力的補(bǔ)充，一方面拓展實(shí)驗(yàn)融入了一些軍事及飛行專業(yè)技術(shù)特色，另一方面通過拓展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)有利于學(xué)員知識系統(tǒng)化。拓展類實(shí)驗(yàn)包括軍事特色實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)三部分。

軍事特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是指與實(shí)戰(zhàn)結(jié)合、與飛行應(yīng)用技術(shù)密切相關(guān)、操作性可視性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。軍事特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括陀螺實(shí)驗(yàn)、空速管實(shí)驗(yàn)、高度表實(shí)驗(yàn)、地平儀實(shí)驗(yàn)、位置傳感器實(shí)驗(yàn)、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)、速度傳感器實(shí)驗(yàn)等。通過特色實(shí)驗(yàn)，學(xué)員結(jié)合已掌握理論知識、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)步驟完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到培養(yǎng)探究能力、激發(fā)專業(yè)熱情、增強(qiáng)飛行事業(yè)心的目的。

演示實(shí)驗(yàn)是實(shí)物實(shí)驗(yàn)重要組成部分。把原理深刻、構(gòu)思巧妙、技術(shù)先進(jìn)、效果突出的演示實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)到學(xué)員面前，力求起到使學(xué)員開闊眼界、啟迪思維、培養(yǎng)興趣、開發(fā)智力的作用。

虛擬實(shí)驗(yàn)作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)一個(gè)有力的補(bǔ)充，學(xué)員可以做一些實(shí)物實(shí)驗(yàn)中沒有的實(shí)驗(yàn)。學(xué)員可在虛擬環(huán)境中自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、擬定實(shí)驗(yàn)參數(shù)、操作儀器，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，達(dá)到培養(yǎng)動手能力、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能、深化理解物理知識的目的。

3.2.2 軟硬件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)中心自主研發(fā)與飛行特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匹配的實(shí)驗(yàn)儀器，并建立特色項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室。整理相關(guān)資料，將飛行特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目填加進(jìn)修編《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》教材，增強(qiáng)教材飛行專業(yè)性。

演示實(shí)驗(yàn)室建成面積為240余平方米，能演示120余個(gè)項(xiàng)目的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室，同起步較早的高校一樣可實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)物演示、開放實(shí)驗(yàn)室等多種功能。③演示項(xiàng)目包括風(fēng)洞試驗(yàn)、直升機(jī)角動量演示實(shí)驗(yàn)、全球定位系統(tǒng)、雷達(dá)定位系統(tǒng)演示等軍事類項(xiàng)目，已列入了飛行學(xué)員選修課中，計(jì)劃學(xué)時(shí)為20學(xué)時(shí)，并自編配套教材。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室按20個(gè)實(shí)驗(yàn)位建設(shè)，面積為90平方米。硬件配置有服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)平臺、計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集接口和半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)儀器若干。開發(fā)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真軟件并編寫配套教材，虛擬軟件能實(shí)現(xiàn)84個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的虛擬仿真。

3.3 創(chuàng)新實(shí)踐活動

創(chuàng)新實(shí)踐活動以多種形式展開，主要為熱愛科研、具有探索創(chuàng)新精神的學(xué)員提供一個(gè)展現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)自我和深造的平臺。

3.3.1 創(chuàng)新實(shí)踐活動主要有三種形式

一是以競賽為牽引參與國家、省軍級學(xué)科大賽的學(xué)員創(chuàng)新實(shí)踐活動體系。如大學(xué)創(chuàng)新競賽、“八一杯”軍隊(duì)院校大學(xué)生物理科技創(chuàng)新競賽等活動。由實(shí)驗(yàn)中心遴選學(xué)有余力、喜愛科研的學(xué)員。由學(xué)員自行組隊(duì)申請進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，圍繞實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用或解決實(shí)驗(yàn)實(shí)際問題進(jìn)行選題，并在教員指導(dǎo)下，以科研小組為單位自主設(shè)計(jì)、自主調(diào)試、獨(dú)立完成設(shè)計(jì)和任務(wù)書撰寫，通過評審系統(tǒng)參加比賽。

二是學(xué)員參加教員科研課題的部分工作。有科研項(xiàng)目的教員公布課題題目、研究目的及研究進(jìn)展，招募有科研能力的學(xué)員參與科研團(tuán)隊(duì)，依據(jù)學(xué)員特長進(jìn)行分工，明確研究方向。課題負(fù)責(zé)人牽頭，科研團(tuán)隊(duì)定期開組會，匯報(bào)研究進(jìn)展、解決研究中遇到的問題及下一階段研究計(jì)劃。由課題負(fù)責(zé)人掌控課題研究進(jìn)度，確保按時(shí)結(jié)題。

三是有創(chuàng)新想法的學(xué)員可自選研究題目自發(fā)組成團(tuán)隊(duì)，向?qū)嶒?yàn)中心申請實(shí)物和技術(shù)支持。實(shí)驗(yàn)中心可為團(tuán)隊(duì)提供實(shí)驗(yàn)場地、常規(guī)測試儀器，派科研經(jīng)驗(yàn)豐富的教員給予指導(dǎo)，并推薦其成果參加各級評比等。

3.3.2 獎(jiǎng)勵(lì)形式

在大學(xué)、國家、省軍級科技競賽中獲得獎(jiǎng)勵(lì)者，依據(jù)獲獎(jiǎng)級別和完成任務(wù)不同，頒發(fā)證書、給予相應(yīng)的學(xué)分或?qū)嶒?yàn)期終考試免試等獎(jiǎng)勵(lì)。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心。我校實(shí)驗(yàn)中心為深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，構(gòu)建基于飛行學(xué)員培養(yǎng)三級能力目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，并開展與之適應(yīng)的教學(xué)模式、方法改革和軟硬件建設(shè)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺面向全體學(xué)員，使學(xué)員接受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，對學(xué)有余力、具有創(chuàng)新精神的學(xué)員提供了良好的深入學(xué)習(xí)平臺，在學(xué)員創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用。

注釋

① 總參謀部軍訓(xùn)和兵種部.軍隊(duì)院?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（試行）[Z]，2007.

② 孫寶光，唐海燕，王全武.淺談大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2012.7：185-186.

③ 趙在忠，楊莉敏，沈元華.復(fù)旦大學(xué)的物理演示實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)新中前進(jìn)[J].物理實(shí)驗(yàn)，2001.21（3）：26-27.