谈专用于开放的物理实验室的建设与管理

[摘要] 将物理实验室开放，为学生提供良好的实验环境，提高设备利用率已成为高等院校的普遍做法，也是高校物理实验教学改革的主要方向。但如何提高开放效率是目前各校物理实验室关心的主要问题。本文谈谈我校在这方面的一些尝试。

[关键词]实验室开放专用开放实验室设备共享 综合能力

目前，一般大学物理实验室的开放是在正常教学之外的空余时间，实验室既作教学用，也兼作开放用，这种形式的开放确实提高了实验室设备的利用率，也提高了学生的动手能力和创新能力。但也存在以下问题；

1、 由于首先要满足教学的需要，所以时间上不能完全开放，只有在教学任务完成以后的空余时间才能对学生开放，不能满足所有学生的需要。

2、 设备共享率不高，一般实验室在同一时间只能放置一套设备，做单一的实验，很难在不同实验中实现一机多用式的共享。

3、 由于综合性、设计性实验往往需要多种设备的组合使用，实现多种功能，在普通实验室设备单一，无法实现。

4、 管理困难。由于设备单一，开放单个实验室不能满足所有学生的要求，一般都要放开放几个或十几个不同的实验室，在管理人员和指导教师不足的情况下对学生以及设备的管理将带来困难。

为了克服以上不足，我们作了如下的尝试：将每个实验室的两套备用设备整合在一个实验室，组成一个由多种不同设备组成的综合实验室，将此实验室从教学中脱离出来专用于对学生开放。这些设备中包括力学、电学、热学、光学等多种设备。同时，我们为了让学生能更好地做设计性实验，我们还整合了两套用于做物理仿真实验的计算机，安装了物理仿真软件、多媒设计软件以及DEA电子设计软件。结果，很大程度上解决了以上的问题。于是，我们提出了构建一个专用于做开放物理实验的实验室的初步设想，以供同行们参考。

一、专用于开放的物理实验室的构建

1、硬件

基础物理实验设备 基础物理实验室的设备包括力学、电学、热学、光学等多种设备，由于这是专用于开放，不用于上课，所以每种设备不必太多，一般以两套为宜。按每学期开15个实验计算，专用实验室需放置30套的各类设备，正好组成一个实验室。学生在做实验时有许多设备可共享，所以还可少配一些，象直流电源，只要电压范围符合要求一般可通用。

设计性物理实验设备 主要是用于运行物理仿真软件、EDA电子设计软件、flash多媒体设计的计算机以及电学部分用到的示波器、信号发生器、稳压电源、九孔板、面包板、万用表等。如果经济条件许可，可配两套数模电实验箱，供能力较强的学生使用。当然要配备许多零配件，象测试线、焊锡、电铬铁、线夹、元器件等。

2、 软件

物理仿真软件 这主要是在做基础物理实验前在计算机上通过软件进行演示，以提前掌握操作过程中所出现的各种情况，避免真正做实验时走弯路，或者对一些在实验操作中不易完成的实验，象高压电实验、不易观察的快速运动实验，象弹性碰撞过程以及宏观的万有引力实验和微观的电磁场实验等进行仿真模拟。我们使用的仿真软件包括Pro-E、VC 、Matlab、UG以及王晓蒲、霍建青设计的《大学物理仿真实验》2.0版。

EDA软件 这是电子设计自动化软件。用于培养学生运用现代化EDA工具完成各种电子电路及系统设计。加强应用新技术、新方法、新器件的训练，强化工程能力和创新能力的培养。

多媒体软件 为了鼓励师生积极参与设计性实验，我们在计算机上安装了多种多媒体设计软件，让师生能在做实物前进行多媒体软件的设计实验，提高实物设计的成功率。达到少走弯路，节省成本的目的。

3、设备的来源：

全新购置 如果经济条许可，此种方法较好，一次性购置全新设备，让参与开放的师生有一种设备精良的感觉，同时也突出学校对开放实验的重视。从而提高师生参与的积极性，必竟会有多一分投入多一分产出。

闲置设备利用 专用开放的物理实验室成本不高，一般学校的物理实验室在配置设务备时，都会考虑多配两套以备用。象我们学校一般每班学生人数为30人，最多32人，按2人一组计算，配16套设备已够用，但一般会配置18或20套，以备损坏时备用，那两套设备平时闲置着，可先“供出”。一般不会影响正常教学，如有急需，临时可搬回。

旧设备可利用 在设备报费时，一般不会每组设备都不能使用，整套设备有一半不能使用时已不能用于正常教学，只要有足够年限就申请报费了，另外一半正常设备也随着进入了储藏室。这些正常设备完全可再回实验室与其它正常设备一起放在专用的开放实验室里发挥“余热”。

二、专用开放物理实验室的管理

从其构建的内容看，专用于开放的物理实验室与普通的物理实验室不同，设备的种类由原来的单一设备变成了热、力、电、光等各类设备样样齐全。再加上仿真设备以及各种设计软件，使得实验室的管理难度大大增加，为确保实验室开放工作的顺利进行，必须有相应的配套措施。

1、完善管理制度，实验室要根据具体情况制定相应的管理制度，确保实验室从时间上、管理人员的数量上以及设备的完好率上都能达到正常开放要求。因为专用开放实验室不担负教学任务，可以全天候开放，要求上午、下午、晚上甚至周末都要安排人员值班。这样，实验室管理人员的上班时间延长了，会给他们的生活带来不便，需要有相应的制度来保障正常休息，不然会影响实验室的管理效率，一般可采用轮班制来解决。另外，由于设备种类多，学生可能通过多种设备的组合来完成一个综合性或设计性的实验，在不同设备的相互连接方面很容易出现问题，设备的损坏率会增加，这需要制定出一个完善的设备维修制度来确保各种设备都能正常使用。

2、提高管理人员及指导导教师的综合素质，一般实验室的开放是每个实验室仅开放单套设备，管理相对容易，但现在情况不同了，管理员要在一个实验室内管理好几种或十几种设备，甚至还要悉计算机的操作及多种软件的应用，有时学生提出的是各种各样的问题，特别是设计性实验，都是一些平时没有接触到的新问题。对管理人员和指导教师来说都是一个极大的战。管理人员和指导教师需要参加各种培训或请其他学科教师帮带才能适应此类工作。

三、注意事项

1、增加维护力量和经费，专用开放实验室确实给学生带来了方便，因为全天候开放，设备种类又多，学生可根据需要自由选择时间、自由组合设备进行做多种实验，且许多设备可共享，也提高了设备的利用率。但这会带来一个问题，学生对设备的频繁搬动和连接，难免会不同程度地造成设备的损坏，增加设备的维护费用和工作量，学校需研究对策加以解决。

2、加强指导力，在专用实验室内学生同时参与多种实验，涉及到的内容广，对指导教师也提出了更高的要求。普通实验室开放，内容单一，相对较容易指导。但现在多种设备集中在起，不同的学生会提出不同的问题，而且内容多变。要帮他们解决这些问题，远比讲解、辅导一、二门课的工作量要大得多，这就要求指导教师的知识面广，知识更新更快，既要有扎实的理论基础，又要有丰富的实验经验。原来仅指导一、二门课的实验教师或刚参加工作的缺乏经验的教师难以胜任此类开放实验的要求。另外，实验时间的延长也显的指导力不足，这也是必需解决的问题。

四、效果比较

对比原先一个实验室开放一套设备的做法，专用于开放的实验室有明显的优点，首先设备的利用率明显搞高了。我院物实验室课的开设对象是理工类专业的班级，并非全院的所有专业，所以在课外对学生开放时，参加开放实验的学生人数相对有限，而且不同的学生要会要求使用不同的实验室。在这样情况下，实验室管理人员不得不把所有的实验室都同时开放，这样，学生较分散。对于每个实验室来说，参加开放实验的学生总数占设备总数的比率较低；现在不同专业、不同爱好、不同程度的学生可集中在一个专用实验室使用设备，学生人数占本实验设备的比率大大提高了。另外，由于方便多种设备组合使用，程度高的学生可以开展一些综合性、设计性实验，可根据自已的设计要求综合运用多种设备，完成特定的设计要求，真正达到一机多用的目的。这样的实验室不只是简单的把多种设备放在一起而已，它可达到1+1＞2目的。其次，专用开放实验室没有正常教学任务，可实行全天开放，对于不同专业、不同班级的学生来说都没有时间限限制，只要有空余时间就可参与开放实验，并仔细研究，有效消化。第三，管理效率大大提高了，原来有多少个实验就需开多少个实验室，现在只要开放专用实验室就可以了，不仅节省了人力，而且管理效果得到改善。因为管理人员能直接监控本实验室的情况，也可现场指导学生如何使用设备，减少了设备的损坏率。第四，管理人员的水平得到了提高，由解决问题的需要，管理人员必需通过多种途径来提高自已的综合水平。

结束语

以上组建的专用实验室好处是明显的。整体设备来看，它包含了力学、电学、热学、光学等各种设备，这种一体化的性质决定了实验的可拓展性，原来只可做单一实验的设备，现在经过多种设备的不同组合就能实现不同的功能，实验的范围大大拓展了，从而能进行的实验数量也增加了，这是最直接的经济效益。另外，从软件设计，实验过程的演示，到真正进行实物实验是一条龙进行，学生所学到的知识会更全面，由于软件演示可重复进行，学生可反复观察现象，加深理解，掌握的知识更牢固。这样，对设备的不同组合增加了实验的综合性，对课堂上的单一实验进行深化各创新；从软件到硬件整个过程的延长，增加了实验的步骤，使学生的动手能力得到了充分的段炼，这正是目前各高等院校所追求的目标。

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