共建協(xié)同育人平臺破局高校物理演示實(shí)驗(yàn)室困境

周曉紅 陳杰 陳偉 胡永金

摘? 要 物理演示實(shí)驗(yàn)具有直觀、形象反映物理原理和現(xiàn)象的特點(diǎn)，受到物理教育工作者的追捧，但是物理演示實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)運(yùn)營一直面臨“中學(xué)建不起，大學(xué)運(yùn)營不暢”的困境。在分析物理演示實(shí)驗(yàn)室困境形成原因的基礎(chǔ)上，提出通過在校內(nèi)開設(shè)物理演示實(shí)驗(yàn)必修課、組建志愿者團(tuán)隊(duì)等方式，提高大學(xué)生對物理演示實(shí)驗(yàn)室的參與度;同時(shí)采取“迎進(jìn)來，送出去”的方式與區(qū)域內(nèi)的企事業(yè)單位、學(xué)校等共建物理科學(xué)普及協(xié)同育人平臺，破解演示實(shí)驗(yàn)室“高成本，低效率”的運(yùn)營困境。經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，取得良好的效果，在鄂西北地區(qū)樹立了良好的口碑。

關(guān)鍵詞 物理演示實(shí)驗(yàn);演示實(shí)驗(yàn)室;演示儀器;科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G482? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）14-0131-03

Building a Collaborative Education Platform to Break Dilemma of University Physics Demonstration Laboratory//ZHOU Xiao-hong， CHEN Jie， CHEN Wei， HU Yongjin

Abstract Physical demonstration experiments have the characteris-tics of intuitive and vivid reflection of physical principles and pheno-mena， which are welcomed by physics educators. However， the construction and operation of physical demonstration laboratories are always faced with the dilemma of “middle schools cannot afford to be built and universities cannot operate smoothly”. Based on the analysis of the causes of the dilemma in the physics demonstration laboratory， this paper proposes to improve the participation of college students in the physics demonstration laboratory by setting up compulsory courses for physics demonstration experiments and establishing volunteer teams. At the same time， take the way of “face to come in， send out” and the area of the enterprises and institutions， schools， etc to build physical science popularization collaborative education platform， crack demonstration laboratory “high cost， low

efficiency of operating difficulties， after nearly two years of practice，

good results have been achieved， in the northwest region of establi-shing a good reputation.

Key words physical demonstration experiment; demonstration labo-

ratory; demonstration instrument; scientific literacy

1 前言

新高考背景下，作為選考科目之一的物理是高校理、工、醫(yī)等眾多學(xué)科的基礎(chǔ)，由于不是必考科目，導(dǎo)致進(jìn)入大學(xué)后學(xué)生的物理素養(yǎng)呈現(xiàn)參差不齊的現(xiàn)象[1]。為了改善這一現(xiàn)象，諸多高校提出將物理演示實(shí)驗(yàn)作為高中物理與大學(xué)物理之間的過渡，用于訓(xùn)練提高學(xué)生的基礎(chǔ)物理素養(yǎng)和科學(xué)能力，因?yàn)槲锢硌菔緦?shí)驗(yàn)具有直觀性、啟發(fā)性的特點(diǎn)，能夠以淺顯的現(xiàn)象展示深奧、不可見的物理現(xiàn)象和原理。但是，多年來演示實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、運(yùn)營一直處于“中學(xué)建不起，大學(xué)運(yùn)營不暢”的兩難境地。本文在分析演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、運(yùn)營困境形成原因的基礎(chǔ)上，提出破解難題的策略，經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，取得較好的成果。

2 物理演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)運(yùn)營困境及形成原因

建設(shè)困境? 物理演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵豐富，涵蓋面廣，儀器名目眾多，在采購時(shí)又基本以單臺套為主，造成演示儀器造價(jià)偏高，故要想建設(shè)一個(gè)門類齊全的規(guī)模型演示實(shí)驗(yàn)室，首先需要有較大的場地，其次需要有充裕的資金支持。中小學(xué)受到場地、資金限制，很難籌建一個(gè)規(guī)模型物理演示實(shí)驗(yàn)室，這對學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)是一大缺失（這里所說的學(xué)科素養(yǎng)是引用2015年3月30日教育部在《教育部關(guān)于全面深化課程改革 落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》中提出的“核心素養(yǎng)體系”概念[2]）。

運(yùn)營困境? 高校在場地、資金充裕的情況下會積極籌建物理演示實(shí)驗(yàn)室，用于解決學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)參差不齊的現(xiàn)狀，不過很多高校花上百萬建立的演示實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常出現(xiàn)門可羅雀的現(xiàn)象，原因在于物理演示儀器設(shè)備與物理教學(xué)儀器有較大區(qū)分。教學(xué)儀器在設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)會將多個(gè)知識點(diǎn)或?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目整合，對學(xué)生來說具有可開發(fā)性，愿意付出更多的精力和時(shí)間進(jìn)行深入研究。而演示儀器在設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)為了力求直觀形象地展示某一個(gè)物理現(xiàn)象或知識點(diǎn)，只是針對一個(gè)特定知識點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，一套儀器大多只能完成一個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué)。以大學(xué)生的認(rèn)知能力水平來說，演示儀器可開發(fā)性較差，缺乏進(jìn)行深入研究的吸引力，導(dǎo)致學(xué)生再次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)操作的欲望不強(qiáng)，故造成運(yùn)營不暢、資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

演示實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、運(yùn)營進(jìn)退維谷，大學(xué)生來訪的次數(shù)有限，造成資源浪費(fèi)，而中學(xué)沒有充裕的資金和場地籌建演示實(shí)驗(yàn)室。如何破解演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、運(yùn)營過程中的難題？湖北汽車工業(yè)學(xué)院大學(xué)物理演示與探索實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了近兩年的探索實(shí)踐，取得一定的成效。

3 校內(nèi)提高大學(xué)生參與度

組建物理演示實(shí)驗(yàn)室志愿者團(tuán)隊(duì)，提高學(xué)生參與度? 為了擴(kuò)大物理演示實(shí)驗(yàn)室在學(xué)生中的影響，提高學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的熱情，讓更多的學(xué)生熟悉演示實(shí)驗(yàn)室、愿意走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，物理教師團(tuán)隊(duì)從在校生中擇優(yōu)挑選業(yè)務(wù)素質(zhì)高、能力強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任物理演示實(shí)驗(yàn)室志愿者，由專任教師負(fù)責(zé)知識培訓(xùn)和禮儀培訓(xùn)。為了減輕教師的工作負(fù)荷，對新加入的志愿者采取“傳幫帶”的方式來進(jìn)行儀器性能和對外接待禮儀培訓(xùn)。志愿者的工作主要有下面兩項(xiàng)。

一是負(fù)責(zé)日常實(shí)驗(yàn)室的接待任務(wù)，比如新生開學(xué)期間的入學(xué)教育。外語學(xué)院、人文學(xué)院等學(xué)院沒有開設(shè)物理類課程，這些學(xué)院的學(xué)生如果有來參觀學(xué)習(xí)的需求，可提前預(yù)約，由志愿者團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)接待講解并維持秩序。

二是通過舉辦各類活動擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室的影響，提高學(xué)生的參與度。如在校內(nèi)舉辦科技周等活動，以儀器展演的方式在教學(xué)樓進(jìn)行物理科學(xué)普及，啟發(fā)參觀者的興趣，鼓勵學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)地參觀;在志愿者所在班級舉辦物理科學(xué)知識搶答等活動，提高學(xué)生的科學(xué)興趣，進(jìn)而提高其參與度。

開設(shè)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)必修課，提高學(xué)生的參與度? 湖北汽車工業(yè)學(xué)院物理演示實(shí)驗(yàn)室面積有700余平方米，儀器臺套數(shù)近200臺，在地方院校中有此規(guī)模的尚屬首例。為了提高實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行效率，著力加強(qiáng)學(xué)生基本知識體系的構(gòu)建、基本規(guī)范的養(yǎng)成和基礎(chǔ)能力的訓(xùn)練，參考北京交通大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心的做法，將演示實(shí)驗(yàn)納入實(shí)驗(yàn)必修課程考核，這在鄂西北高校中開創(chuàng)了先例。

演示實(shí)驗(yàn)必修課采取“學(xué)生為主，教師為輔”的方式授課，達(dá)到提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基本目標(biāo)。每次實(shí)驗(yàn)課四學(xué)時(shí)，可以容納20人次，教師從200個(gè)演示項(xiàng)目中隨機(jī)選取20個(gè)項(xiàng)目作為教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生先以小組討論的方式熟悉本組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后逐一講解所負(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并回答其他學(xué)生的提問，最后由教師進(jìn)行補(bǔ)充點(diǎn)評。授課學(xué)時(shí)分配如表1所示。學(xué)生通過“自學(xué)—發(fā)疑—提問—釋疑”的過程掌握儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，有助于科學(xué)素養(yǎng)的全面提高，對創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也起到潛移默化的影響。此種授課方式頗受學(xué)生青睞，每次四學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生還會在實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)參觀學(xué)習(xí)，討論儀器的改進(jìn)或設(shè)計(jì)。

鼓勵學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開展科技創(chuàng)新活動，提高學(xué)生參與度? 構(gòu)建“指導(dǎo)教師—高年級本科生—低年級本科生”三級聯(lián)動的梯隊(duì)式研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以立項(xiàng)的方式開展科技創(chuàng)新和儀器研發(fā)活動，通過不同形式反映創(chuàng)新成果，如申報(bào)專利、發(fā)表文章、制作科技小作品等，有效調(diào)動教師、學(xué)生的積極性和主動性。通過此模式，多點(diǎn)開花，成果豐碩，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生共同成長進(jìn)步。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近三年，實(shí)驗(yàn)中心教師立項(xiàng)省級、校級項(xiàng)目20余項(xiàng)，其中學(xué)生為主持人的項(xiàng)目有八項(xiàng);學(xué)生設(shè)計(jì)并制作多件與物理專業(yè)相關(guān)的演示儀器作品，如便攜式超聲波電子尺、太陽熱發(fā)動機(jī)、超聲波清洗機(jī)等。學(xué)生帶著這些作品參加不同級別的學(xué)科競賽，獲國家級、省部級獎勵四項(xiàng)，如全國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽、湖北省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等。申報(bào)獲批專利近30項(xiàng)，依托學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，聯(lián)合安徽合肥方舟、武漢蜀漢量子等教學(xué)儀器企業(yè)，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)計(jì)研發(fā)活動與工程實(shí)踐和社會應(yīng)用實(shí)踐的密切聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)能力，為教師和學(xué)生提供實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化的平臺。截至2019年11月，已有10余項(xiàng)專利成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)儀器服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)或?qū)W生競賽，兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)儀器專利正在與廠家洽談量化生產(chǎn)。

4 主動對接區(qū)域內(nèi)學(xué)校、團(tuán)體等，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

為有效履行高校服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)、教育發(fā)展的職能，充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)室資源服務(wù)區(qū)域教育的作用，學(xué)校以“迎進(jìn)來，送出去”的方式開展科學(xué)普及活動，加大科學(xué)普及力度，提高區(qū)域內(nèi)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

通過“迎進(jìn)來”，承接參觀交流? 對路程近、方便到學(xué)校的中小學(xué)或社會團(tuán)體，如東風(fēng)20小學(xué)、十堰市四中、東風(fēng)七中、十堰市小記者團(tuán)等，以實(shí)地參觀的方式“迎進(jìn)來”。學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室后反響強(qiáng)烈，大大激發(fā)了好奇心和科學(xué)興趣，紛紛表示想再來一次，科普效果比較明顯。實(shí)地參觀圖片選摘如圖1、圖2所示。

通過“送出去”，開展科普教育進(jìn)校園? 對路程遠(yuǎn)、時(shí)間不充裕的中小學(xué)或社會團(tuán)體，開展實(shí)驗(yàn)資源“送出去”活動，選派教師、志愿者到中小學(xué)校園舉辦科普講座和組織科技宣講活動。此外，積極參加十堰市科技局舉行的科技展示活動、科技周等活動，如圖3所示。截至2019年11月，累計(jì)開展科普推廣活動60余場次，對提高區(qū)域內(nèi)受眾的科學(xué)素養(yǎng)作出積極貢獻(xiàn)。

5 總結(jié)

湖北汽車工業(yè)學(xué)院通過在校內(nèi)組建演示實(shí)驗(yàn)志愿者團(tuán)隊(duì)、開設(shè)演示實(shí)驗(yàn)必修課程以及建立演示實(shí)驗(yàn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等方式，提高在校生對演示實(shí)驗(yàn)室的參與度;采取“迎進(jìn)來，送出去”的方式將實(shí)驗(yàn)資源向社會開放，有效發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)室的人力資源優(yōu)勢和儀器資源優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)教育資源向社會開放與服務(wù)的功能。經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，多措并舉，有效破解了演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、運(yùn)營困境，取得可喜的成績。■

參考文獻(xiàn)

[1]韓清.新高考背景下水利類專業(yè)學(xué)生對物理類課程適應(yīng)調(diào)查及銜接教育探討：以浙江水利水電學(xué)院水利學(xué)院為例[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（3）：87-90.

[2]張新華.教學(xué)設(shè)計(jì)視角：關(guān)注學(xué)生的物理核心素養(yǎng)[J].物理教學(xué)，2016（5）：7-10，15.

[3]程琳，李小云，吳小平，王順利，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困局與破：“演示派”與“窮折騰”[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，

2019（4）：124-127.

[4]沈曉芳，周戰(zhàn)榮，高旸，等.大學(xué)物理理論教學(xué)和隨堂演示實(shí)驗(yàn)有機(jī)融合的教學(xué)模式探索[J].物理與工程，2019（S1）：

118.

[5]錢錚，施盛威，李成金，等.實(shí)驗(yàn)助教制應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式初步探索：以普通物理演示實(shí)驗(yàn)為例[J].物理教師，

2019（7）：95-97.

[6]劉志海，孟霆，武立華，等.“一核雙翼三階”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019（6）：25-28，46.

[7]顧抗.產(chǎn)教融合深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同育人機(jī)制研究[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2019（10）：103-104.

[8]袁吉仁，胡萍，韓道福，等.地方綜合性高校國家級物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心示范輻射方式的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2019（3）：132-134.

[9]石洪玥，徐海龍，白東清.國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心示范輻射作用的探索[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐，2018（14）：

6-8.

[10]馮列峰.物理實(shí)驗(yàn)中心資源在人才培養(yǎng)和社會服務(wù)方面的示范和輻射作用[J].物理與工程，2017（S1）：200-203.

[11]李玉道，張曉輝，李法德，等.發(fā)揮國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心輻射作用的對策[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015（6）：175-177，181.

[12]魏懷鵬，張志東，安莉，等.創(chuàng)建國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及其輻射示范作用的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008（11）：109-113.