大學(xué)物理實驗中開放實驗室構(gòu)建的意義

摘要： 本文闡述了開放實驗室的概念與內(nèi)涵，分析了高校物理實驗室開放實驗室的現(xiàn)狀，討論了開放實驗室構(gòu)建的意義：創(chuàng)新實驗開發(fā)的需要、翻轉(zhuǎn)課堂的需要、以及科研的需要等等。開放實驗室將計算機(jī)引入教學(xué)，豐富了教學(xué)手段，使物理實驗教學(xué)變得更信息化。本文提出了開放實驗室構(gòu)建的目標(biāo)，對大學(xué)物理實驗開放實驗室的意義給了總結(jié)。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理實驗 開放實驗室 翻轉(zhuǎn)課堂 創(chuàng)新 科研

中圖分類號： G482 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

隨著社會和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高等教學(xué)的任務(wù)也由原先的注重理論知識的傳播轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣叽髮W(xué)生綜合素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。高校大學(xué)物理實驗的任務(wù)是學(xué)習(xí)物理實驗的知識和方法，從而初步了解科學(xué)實驗的主要過程和基本方法，為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定良好的基礎(chǔ)。為了與高等教育改革發(fā)展相適應(yīng)，大學(xué)物理實驗室建設(shè)應(yīng)積極轉(zhuǎn)變思想、 更新觀念，以實驗室體制改革、實驗教學(xué)改革為方向構(gòu)建大學(xué)物理實驗室開放實驗室。

1 開放實驗室的內(nèi)涵

高校實驗室是進(jìn)行實驗教學(xué)、科學(xué)研究的重要基地，是辦好高校的基本條件之一。目前，開放實驗室建設(shè)已成為實驗室工作的熱點，開放實驗室是適應(yīng)我國高等教育改革的需要，也是高校實驗教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。開放實驗室早期指的是實驗室空間開放、時間開放、即將實驗室全天開放，學(xué)生根據(jù)自己的情況選擇時間去做不同的實驗。其中包括課程計劃以外的實驗，學(xué)生自己設(shè)計的實驗或科技制作。實驗室免費提供儀器設(shè)備和元器件并提供實驗指導(dǎo)，這種開放主要是指學(xué)習(xí)型的開放。目前，開放實驗室的內(nèi)涵已經(jīng)延伸為在原有實驗形式基礎(chǔ)上采取實驗室開放、實驗項目開放?！伴_放”兩字更強(qiáng)調(diào)實驗教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段上的開放，這種開放是指教學(xué)觀念意識上的開放。開放實驗室通過靈活的教學(xué)形式，激勵學(xué)生合理安排和利用自己的時間到實驗室動手做實驗。具有新內(nèi)涵的開放實驗室的構(gòu)建有利于學(xué)生的綜合性、創(chuàng)造性和研究性等方面能力的訓(xùn)練。高校大學(xué)物理開放實驗室是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的延伸，實驗教學(xué)從封閉型走向開放型，促使實驗室更好地服務(wù)于教學(xué)和科研工作。是新形勢下實驗教學(xué)改革的嘗試和探索，也是高校培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效途徑。

2 物理實驗室開放實驗室的現(xiàn)狀

2.1有些實驗室利用率較低、耗能、老化現(xiàn)象嚴(yán)重

高等教育物理實驗開放室不僅是進(jìn)行實驗教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要基地，而且也是開發(fā)學(xué)生智慧，啟迪思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力，培養(yǎng)發(fā)明創(chuàng)造意識專業(yè)技能及科學(xué)作風(fēng)的重要基地。

目前部分高校在開放實驗室學(xué)習(xí)的學(xué)生，主要是那些物理實驗沒有做好或者沒有完成實驗的學(xué)生，他們利用課余時間在開放實驗室補(bǔ)做或者重做實驗。而補(bǔ)做的實驗項目是本學(xué)期物理實驗開出的幾十個實驗項目中的任意幾個。除此之外大多數(shù)的實驗儀器都使用不上。放在那里學(xué)生既不了解也不使用，實驗儀器的價值沒有得到體現(xiàn)，更無法談及學(xué)生利用開放實驗室的設(shè)備進(jìn)行科研、或者科技制作。由于實驗室利用率低，學(xué)校在開放實驗室建設(shè)中的投入也不斷減少，實驗場地不斷壓縮，設(shè)備更新?lián)Q代步伐緩慢，跟不上時代要求。過于陳舊的實驗儀器滿足不了學(xué)生對知識的探求，無法吸引學(xué)生進(jìn)入開放實驗室進(jìn)行實驗和研究。 二十一世紀(jì)必定是以創(chuàng)新為推動力的新時代。因此，傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ揭呀?jīng)不能滿足當(dāng)今社會對于創(chuàng)新型人才的需求，我們只有完全摒棄傳統(tǒng)實驗的禁錮，探尋創(chuàng)新型試驗的新思路，才能培養(yǎng)出創(chuàng)新思維的能力和實踐能力。

2.2實驗室人才隊伍建設(shè)落后

人才管理是實驗室管理的核心內(nèi)容。然而開放實驗室多半沒有專職實驗教師、教授管理，基本上都是實驗教師與實驗員進(jìn)行實驗室管理工作。實驗室教師課時多，也無力顧及開放實驗室的管理。更沒有時間對學(xué)生做出專業(yè)指導(dǎo)；專職實驗員的學(xué)歷和專業(yè)不能與實驗室的工作相匹配是開放實驗室管理中的一大詬病。在國外，高校實驗室開放實驗室配有專職教授、教授助手（研究生）、訓(xùn)練有素的實驗員對高精實驗設(shè)備的管理工作的管理和維護(hù)。因此，積極引進(jìn)具有高學(xué)歷、高職稱的實驗師資人才提高高校實驗室隊伍素質(zhì)是將來的必然趨勢。

2.3開出的實驗項目中，綜合性和設(shè)計性以及研究型實驗偏少

目前開放實驗室的實驗項目可涉及力、熱、電、光。但基本上都是驗證性實驗，設(shè)計性、和綜合性研究性實驗所占比重不大，實驗對學(xué)生缺乏挑戰(zhàn)性和吸引力。工科學(xué)校物理實驗項目的設(shè)計應(yīng)該注重因材施教，突出綜合設(shè)計能力。通過設(shè)計性實驗和綜合性及研究性實驗的訓(xùn)練提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，縝密的思維能力和解決問題的能力。

3 開放實驗室構(gòu)建的意義

3.1創(chuàng)新實驗開發(fā)的需要

高校開放實驗室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力最好的實踐基地，與傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)不同，高校開放實驗室給學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的良好平臺。結(jié)合當(dāng)前社會發(fā)展對人才能力的實際需求，有必要從教學(xué)方法改革入手，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新動機(jī)，達(dá)到教革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)統(tǒng)一的目的。例如，學(xué)生在原有實驗的基礎(chǔ)上，通過修改實驗參數(shù)，實驗條件重新開展實驗并且觀察實驗結(jié)果。或者對現(xiàn)有在儀器設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)其更多的潛力，例如，廣西大學(xué)自主研發(fā)的“雙光柵衍射成像儀”，通過對原有實驗儀器的重新設(shè)計、改造，開發(fā)出了新的實驗項目——“雙光柵衍射成像及關(guān)系參數(shù)測定”。這種創(chuàng)新不僅豐富了原有實驗內(nèi)容，提升了實驗層次，更加深了學(xué)生對全息術(shù)理論和光柵衍射的理解。

3.2翻轉(zhuǎn)課堂的需要

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom 或 InvertedClassroom）首先由教師創(chuàng)建教學(xué)視頻（微課），學(xué)生在家或課外觀看視頻講解，然后再回到課堂中進(jìn)行師生、學(xué)生和學(xué)生間面對面的分享、交流學(xué)習(xí)成果與心得，以實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)為目的的一種教學(xué)形態(tài)。翻轉(zhuǎn)課堂使學(xué)生所學(xué)到的知識在課堂上得到內(nèi)化，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。大學(xué)物理實驗采取這樣的教學(xué)模式使物理實驗教學(xué)更加具科學(xué)性、先進(jìn)性、趣味性和啟發(fā)性。

開放實驗室改變了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)為開放式教學(xué)。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在開放實驗室中進(jìn)行物理實驗時，學(xué)生首先提出問題，分析問題、確定問題，然后自己在網(wǎng)絡(luò)上收集相關(guān)資料。自己設(shè)計實驗方案、實驗裝置，最后在教師的指導(dǎo)下完成實驗（如圖1-1實驗流程圖）。這種方式以學(xué)生的強(qiáng)烈好奇心和求知欲望為契機(jī)，因勢利導(dǎo)。不僅能有效消除大學(xué)生消極的心理、激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣更符合當(dāng)前社會發(fā)展對人才能力的實際需求。

圖1-1實驗流程圖

3.3科研的需要

科教結(jié)合協(xié)同育人行動計劃是由教育部和中國科學(xué)院聯(lián)合推出的一項協(xié)同育人計劃，于2012年8月9日正式啟動。教學(xué)與科研的關(guān)系是基礎(chǔ)與提高的關(guān)系，注重教學(xué)與科研結(jié)合。

充分利用好開放實驗室儀器和設(shè)備，提高設(shè)備利用率服務(wù)于教學(xué)和科研工作是勢在必行的趨勢。國外大學(xué)實行導(dǎo)師制，在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，學(xué)生在開放實驗室開展科研工作，并且在導(dǎo)師的指導(dǎo)下選擇研究課題， 設(shè)計研究方案， 制定研究計劃，或者協(xié)助導(dǎo)師一起完成科研任務(wù)。

3.4豐富了教學(xué)手段，使物理實驗教學(xué)變得更信息化

伴隨計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及多媒體技術(shù)的成熟。各個高校加快了信息化進(jìn)程。物理實驗開放實驗室教學(xué)和管理模式也進(jìn)入了數(shù)字化的時代。開放實驗室引入計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了其在實驗教學(xué)中的教學(xué)輔助功能。計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在開放實驗室主要有以下幾個作用：

（1） 學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)預(yù)約實驗項目、實驗指導(dǎo)教師、時間及實驗設(shè)備（實驗配件也可以預(yù)約）。

（2） 將某些實驗引入計算機(jī)，可以直接在計算機(jī)觀看實驗效果。部分實驗內(nèi)容與Matlab計算機(jī)仿真，C語言和Fortran語言編程等結(jié)合起來，突出實驗的高時效、低成本和圖形化等特點

（3） 將每個實驗項目的簡單介紹，實驗儀器圖片、視頻、動畫等通過電腦向?qū)W生進(jìn)行展示。

4 開放實驗室構(gòu)建的目標(biāo)

大學(xué)物理實驗開放實驗室在工科學(xué)校有著重要在地位，國內(nèi)許多大學(xué)都有自己的開放實驗室，如復(fù)旦大學(xué)應(yīng)用表面物理國家重點實驗室、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院流體力學(xué)實驗室、南開大學(xué)中心實驗室等。在構(gòu)建開放性的物理實驗室中，還有很多地方值得我們思考。其中，要灌輸“以人為本”的教育理念，做到以學(xué)生為主體。大學(xué)物理開放實驗室的目標(biāo)是要實現(xiàn)管理概念和模式的更新；充分地利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)，增加教學(xué)手段；實現(xiàn)儀器共享，建設(shè)成一個具有一定規(guī)模高等級、高水平、起到輻射示范作用多功能的開放型科研實驗室。除此之外加強(qiáng)與社會的聯(lián)系，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，從而推動實驗室的建設(shè)和發(fā)展，使高校物理實驗室得到持久的良性的發(fā)展。

5結(jié)論

建設(shè)一個有一定規(guī)模、多功能的開放實驗室對培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展需要的人才有著重要的意義。而高校大學(xué)物理開放實驗室開放實驗室是高校經(jīng)過不斷探索、改革和實踐， 是實驗教學(xué)如何培養(yǎng)創(chuàng)新性、復(fù)合型、高素質(zhì)人才方面形成的基本共識的核心載體。大學(xué)物理實驗開放實驗室的構(gòu)建也培養(yǎng)了老師的能力，為學(xué)科建設(shè)準(zhǔn)備了后備力量。

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