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摘要：雖然開放實驗已經(jīng)提出很多年，但是在具體開放實驗的實施上依舊存在一定問題。文章以某普通本科高校為例，針對普通本科高校學生基礎(chǔ)知識差異大、學習自覺性欠佳的特點，提出階梯式大學物理開放實驗模式，并對每種模式進行闡述和舉例，旨在為普通本科高校大學物理開放實驗提供參考。

關(guān)鍵詞：普通本科高校；大學物理；開放實驗

1研究背景

堅持“教書育人”理念，把本科教育放在人才培養(yǎng)的核心地位，物理實驗教學是本科教學之中的基礎(chǔ)，它連接各學科專業(yè)，是本科生最早接受的實踐教學之一；同時，“以學生發(fā)展為中心”的一流本科課程建設(shè)和教學是高等學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，物理實驗課教學對象是大一、大二學生。在普通本科高校，因地區(qū)和學校實驗設(shè)施存在差異，學生具有基礎(chǔ)知識能力差異大、學習自覺性不高的特點，造成學生對大學物理實驗原理、操作和應(yīng)用等掌握差異較大。開放實驗歷來可以作為基礎(chǔ)實驗的補充和擴展，培養(yǎng)學生的實際動手能力和技術(shù)創(chuàng)新能力等[2]。基于此，某普通本科高校在開設(shè)必修大學物理實驗的基礎(chǔ)上，開設(shè)大學物理開放實驗，這樣不僅可以最大限度地利用實驗資源，更能夠為培養(yǎng)國家需要的人才打下基礎(chǔ)。

2某普通本科高校大學物理開放實驗的實施模式

某普通本科高校將大學物理開放實驗設(shè)置為階梯式，可描述為再操作實驗、拓展實驗和創(chuàng)新實驗，且依次加大難度，應(yīng)用性、創(chuàng)新性和綜合性逐步提高。再操作實驗適合于未當堂理解所學知識的學生，他們可以通過課后實驗再操作的方式，充分掌握課堂內(nèi)容；拓展實驗針對大多數(shù)學生，有利于學生對實驗的全方面掌握；創(chuàng)新實驗鼓勵學生進行創(chuàng)新，滿足學有余力學生的個性發(fā)展需求，且能夠使其從實驗中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使實驗科學與應(yīng)用科學、創(chuàng)新科學相接軌。下面對此進行詳細闡述。

2.1再操作實驗

對于需要進行“再操作實驗”的學生，可通過虛擬仿真平臺進行預(yù)約、再操作，這樣可避免開放實驗人員擁堵及與課內(nèi)實驗沖突。學生通過觀看平臺上的授課視頻等，在實驗室進行同樣儀器的操作，達到對課堂內(nèi)容的熟知熟會。在這里，教師扮演的角色是管理者，學生扮演的角色是實驗者、操作者[3]。

2.2拓展實驗

拓展實驗也可通過虛擬仿真平臺預(yù)約。在普通本科高校，由于學生自主性和自制力的差異，完全依賴學生去實施開放實驗操作具有很大的局限性。因此，為了督促學生，將開放實驗以一定的權(quán)重加入實驗總評中很有必要。例如，某普通本科高校采用“課內(nèi)實驗分（80%）+開放實驗分（20%）”的方式進行總評計算。在該監(jiān)督制度下，保證了受益群體的最大化和效果化。下面以太陽能電池實驗、巨磁阻效應(yīng)實驗為例對拓展實驗具體模式進行說明。（1）太陽能電池實驗。在電池行業(yè)中，太陽能電池因最沒有污染且空間最大，越來越受到世界各國的重視。課堂上太陽能電池實驗的主要實驗?zāi)康氖菧y量太陽能電池的暗伏安特性和輸出特性等，進而了解不同太陽能電池（單晶硅、多晶硅和非晶硅）的填充因子和轉(zhuǎn)換效率等。太陽能電池實驗如圖1所示，其拓展實驗除必要的測量（如輸出特性）以外，更多側(cè)重于太陽能電池的應(yīng)用。如太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工程應(yīng)用、失配即遮擋對輸出的影響及儲能方式等。其目的是讓學生將所學知識與實際聯(lián)系起來，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)實驗。巨磁阻效應(yīng)（Giantmagnetoresistance,GMR）的發(fā)現(xiàn)將硬盤的容量提高到102～103G，其發(fā)現(xiàn)者也由此于2007年獲得諾貝爾物理學獎。課堂中的GMR實驗主要使學生掌握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的拓展實驗更加注重直觀應(yīng)用性。如測量齒輪的角位移，了解磁讀寫等。這有利于學生對所學知識的活學活用，增強學生的綜合能力。

2.3創(chuàng)新實驗

對于創(chuàng)新實驗，采取“附加分”和“鼓勵參賽”制度。針對“附加分”，實現(xiàn)實驗形式的多樣化，如在實驗數(shù)據(jù)完整的基礎(chǔ)上，還有相應(yīng)的實驗視頻、圖片等，可給予一定的附加分值。“鼓勵參賽”制度，即采取教師和學生雙向選擇的方式進行參賽。教師扮演指導者、管理者和探討者的角色[4]。在時間上更加自由，它不再局限于教師的上班時間，非上班時間也可以進行。鼓勵學生參與創(chuàng)新實驗，這樣可以促進有強競爭力、綜合能力學生的培養(yǎng)。下面以該校參加全國大學生物理實驗競賽（創(chuàng)新）為例進行說明。（1）實驗講課比賽。就講課而言，雖然教師講解的重難點更加清楚，但這種講課方式在一定程度上缺乏學生的青春活力氣息，或現(xiàn)代大學生所關(guān)注的社會點、新聞點等。通過讓學生全程參與講課比賽，不但有利于學生自主學習性、語言表達能力的培養(yǎng)，也有利于學生對該實驗內(nèi)容全面、系統(tǒng)地掌握。例如，該校學生在競賽中對三線擺測定物體的轉(zhuǎn)動慣量進行講解，取得了全國一等獎的好成績。該講解主要體現(xiàn)在學會用三線擺法測定轉(zhuǎn)動慣量和平行軸定理的驗證。其中還涵蓋了許多小的知識點，例如在實驗開始前采用“誤差均分原理”選擇合適的實驗儀器，轉(zhuǎn)動慣量的疊加問題，剛體轉(zhuǎn)動慣量與軸的位置有關(guān)（平行軸原理），轉(zhuǎn)動慣量與三線擺擺動周期間的關(guān)系。除此之外，學生還要熟知實驗原理、實驗設(shè)計、實驗內(nèi)容、實驗儀器操作等，也要提出實驗問題和解決方法，并設(shè)計出實驗報告。（2）實驗創(chuàng)新比賽。重力加速度的測定是一個常見的實驗，然而在家精確地測定重力加速度并非易事。課堂上，學生通過教師對Phyphox軟件的簡單講解，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現(xiàn)對不同物理量的測量。基于此，學生想到可以利用該軟件的磁力傳感器和光傳感器實現(xiàn)較精確的重力加速度測量，便于達到自制實驗、隨手實驗、在家做實驗的目的。在實驗設(shè)計上，學生在鐵架臺頂端掛上彈簧，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，采用手機傳感器的Phyphox-light軟件（或Phyphox-magnetometer軟件）采集光強（或磁場強度）的實時數(shù)據(jù)和圖像；隨后，采用Matlab軟件對數(shù)據(jù)進行處理，可計算彈簧勁度系數(shù)與重力加速度，并進行誤差分析，如圖2所示。該實驗充分利用智能手機中的傳感器，進行簡單、有趣且有創(chuàng)新性的實驗，激發(fā)了學生的自主學習能力、創(chuàng)新能力及實踐應(yīng)用能力。

3結(jié)束語

文章就某普通本科高校實施的“階梯式”大學物理開放實驗方式進行總結(jié)和舉例分析，按照權(quán)重評分和鼓勵學生參賽，可有效解決學生基礎(chǔ)知識差異大、學習自覺性欠佳的問題，激發(fā)學生實驗興趣。另外，將信息化與大學物理開放實驗相結(jié)合，師生除利用虛擬仿真實驗等資源外，還需針對該校學生特點，充分開發(fā)該校自有平臺和實驗項目，促進實驗教學改革。

參考文獻：

[1]宋蓓.大學物理實驗課程專業(yè)模塊化教學探索[J].造紙裝備及材料,2021,50(1):135-136+157.

[2]尤玉,魏夢麗,呂凱,等.基于鋰硫電池科研平臺的開放實驗設(shè)計與研究[J].佳木斯大學學報(自然科學版),2021,39(1):149-152+170.

[3]劉瀟,孔慧君.新建應(yīng)用型本科大學物理實驗教學探討[J].河南機電高等專科學校學報,2019,27(5):71-73.

[4]張鳳琴,林曉瓏,王逍.創(chuàng)新人才培養(yǎng)下的大學物理實驗教學改革研究[J].大學物理,2017,36(3):36-39.

作者：田孟琪 成鵬飛 李連碧 單位：西安工程大學理學院