基础物理实验教学平台建设研究

摘 要 通过对培养目标分析，构建由必修类实验、拓展类实验和创新实践活动组成的基础物理实验教学平台，以此推动学员实践能力培养。

关键词 实验教学 实践能力 教学平台

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.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 实验中心成立及建设

2007年总部专门制定下发了《军队院校基础实验室建设标准》（试行版），要求全军学历教育院校的基础实验室实施标准化建设。①2009年我校以教学评价为契机，统筹整合实验教学人员和设备，成立实验中心。实现了大学物理实验成为独立开设的必修课，改变了实验教学的从属地位。实验中心成立后，在充分论证的基础上，改革更新实验内容，添置和更新了大量的教学实验仪器设备，重新规划实验室开设项目，布置实验楼内环境，建设实验资料网站、演示实验室和实验预约系统，通过军队“2110工程”改造基础实验室和建设虚拟仿真实验室。为了满足军校学员培养需要、全面落实素质教育和创新能力培养，并同时面对实验课时削减的压力，经过几年的发展，逐渐形成了由实物实验、演示实验、虚拟实验和创新实验构成的“四位一体”的新实验教学体系，并构建了基础物理实验教学平台。实验教学平台的建设在满足《课程标准》所规定的教学任务基础上充分考虑学员的个体差异。平台的建设强调军队院校学历教育的基础性、综合性和军事性，更加突出学员解决实际问题能力的培养和综合素质的全面提高。在实验项目的多样类别设置上既充分体现实验训练作为大多数科学实验基础的共性，又要体现对学员专业的支撑性，既要考虑训练学员的动手能力、数据分析能力，又要考虑有利于学员创新能力的培养。②因此，通过实验教学平台建设，整合、建设与其匹配的实验设施和制度措施，形成“基础、提高、研究、创新”多层贯通的、模块化的实验课程体系。

2 实验教学平台建设依据

物理实验教学平台的建设建设依据《飞行人才培养方案》、《军队院校大学物理实验教学基本要求》等文件及空军航空大学教学改革方向，确立了实验教学培养学员的三级能力目标，即实验基本技能、科学探究能力和创新能力。

实验基本技能是指学员能够了解并重视实验跟飞行专业及培养目标的联系，了解物理实验发展脉络及进展，掌握实验原理及多种实验方法，能正确使用仪器及辅助设备，独立完成实验。能够通过自学和独立思考明确每个实验“做什么”、“怎样做”、“为什么”，逐步达到自主实验，能够对实验结果进行分析、判断、归纳与综合，形成反馈提出实验过程或方法的改进意见。

科学探究能力是指在具有一定的实验基本技能基础上，在解决问题或作决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法。经历基本的科学探究过程，具有初步的科学探究能力，在实践中有依靠自己的科学素养解决实际问题、提高工作质量和效率的意识。

创新能力是指发现问题、分析问题并找出解决问题的理论和方法的能力， 包括观察、想象、思维、分析、实践、记忆和表达等能力。通过多种手段激发和引导，能够注意观察、发现新现象和新问题，并能突破传统思维定式，大胆想象，寻求变异，积极探索新的实验方案和进一步研究的方向，具有对未知领域主动探索精神和开拓创新意识。

3 实验教学平台构建

依据学员的三级能力培养目标，物理实验教学平台整体构建划分为三个层次：（1）必修类实验;（2）拓展类实验;（3）创新实践活动。

3.1 必修类实验

3.1.1 内容及层次

必修类实验是指大学物理实验课程要完成的实验项目，共50学时，包括1次的数据处理方法（4学时）和23个实验项目（每个实验2学时）。实验课程设置没有按照传统的力热光电进行分类，而是分为基础性实验、综合性实验、设计性实验三个层次。实验中心分析学情、制定课堂教学方改革方案进一步改造、丰富传统项目，依据科技新发展更新实验内容、添加具有新技术和手段的项目、并分层次进行教学方法的开发。形成从低到高、从基础到前沿、从传授知识到培养综合能力，逐级提高的物理实验课程体系，并把教学内涵与方法上的“设计性”贯穿所有“三个层次”的始终。其中，综合性、设计性实验课时在总课时中高于40%。

3.1.2 学习及管理方式

为培养学员自我管理能力，充分体现自主学习，物理实验实行开放教学模式。实验中心利用自主研发的软件“实验开放预约管理系统”，以网络硬件为依托，以信息软件为平台，对实验教学资源进行全面整合，构建网络实验教学平台和网络教学体系，实现实验项目网上预约、学员身份识别考勤、成绩网上公布及统计。开课前一周，学员依据自己课表和安排登录预约系统预约实验，课上教员利用网络对学员出席进行签到;教员将批改完的实验报告和考试成绩录入系统，由系统计算统计最终实验成绩。此外，实验中心依托大学网络教学平台，建立了实验网络课程，为开设的实验课录制有声课件和演示操作视频，这极大地方便学员进行实验预习和复习。

3.2 拓展类实验

3.2.1 内容组成

拓展类实验是必修类实验一个有力的补充，一方面拓展实验融入了一些军事及飞行专业技术特色，另一方面通过拓展实验学习有利于学员知识系统化。拓展类实验包括军事特色实验、演示实验、虚拟实验三部分。

军事特色实验项目是指与实战结合、与飞行应用技术密切相关、操作性可视性较强的实验。军事特色实验项目包括陀螺实验、空速管实验、高度表实验、地平仪实验、位置传感器实验、温度传感器实验、速度传感器实验等。通过特色实验，学员结合已掌握理论知识、实验方法设计步骤完成实验，达到培养探究能力、激发专业热情、增强飞行事业心的目的。

演示实验是实物实验重要组成部分。把原理深刻、构思巧妙、技术先进、效果突出的演示实验呈现到学员面前，力求起到使学员开阔眼界、启迪思维、培养兴趣、开发智力的作用。

虚拟实验作为实物实验一个有力的补充，学员可以做一些实物实验中没有的实验。学员可在虚拟环境中自行设计实验方案、拟定实验参数、操作仪器，模拟真实的实验过程，达到培养动手能力、学习实验技能、深化理解物理知识的目的。

3.2.2 软硬件建设

实验中心自主研发与飞行特色实验项目匹配的实验仪器，并建立特色项目实验室。整理相关资料，将飞行特色实验项目填加进修编《大学物理实验》教材，增强教材飞行专业性。

演示实验室建成面积为240余平方米，能演示120余个项目的大学物理演示实验室，同起步较早的高校一样可实现课堂实物演示、开放实验室等多种功能。③演示项目包括风洞试验、直升机角动量演示实验、全球定位系统、雷达定位系统演示等军事类项目，已列入了飞行学员选修课中，计划学时为20学时，并自编配套教材。

虚拟仿真实验室按20个实验位建设，面积为90平方米。硬件配置有服务器、实验平台、计算机、传感器、数据采集接口和半实物仿真实验仪器若干。开发大学物理实验虚拟仿真软件并编写配套教材，虚拟软件能实现84个实验项目的虚拟仿真。

3.3 创新实践活动

创新实践活动以多种形式展开，主要为热爱科研、具有探索创新精神的学员提供一个展现、实现自我和深造的平台。

3.3.1 创新实践活动主要有三种形式

一是以竞赛为牵引参与国家、省军级学科大赛的学员创新实践活动体系。如大学创新竞赛、“八一杯”军队院校大学生物理科技创新竞赛等活动。由实验中心遴选学有余力、喜爱科研的学员。由学员自行组队申请进入实验室后，围绕实战应用或解决实验实际问题进行选题，并在教员指导下，以科研小组为单位自主设计、自主调试、独立完成设计和任务书撰写，通过评审系统参加比赛。

二是学员参加教员科研课题的部分工作。有科研项目的教员公布课题题目、研究目的及研究进展，招募有科研能力的学员参与科研团队，依据学员特长进行分工，明确研究方向。课题负责人牵头，科研团队定期开组会，汇报研究进展、解决研究中遇到的问题及下一阶段研究计划。由课题负责人掌控课题研究进度，确保按时结题。

三是有创新想法的学员可自选研究题目自发组成团队，向实验中心申请实物和技术支持。实验中心可为团队提供实验场地、常规测试仪器，派科研经验丰富的教员给予指导，并推荐其成果参加各级评比等。

3.3.2 奖励形式

在大学、国家、省军级科技竞赛中获得奖励者，依据获奖级别和完成任务不同，颁发证书、给予相应的学分或实验期终考试免试等奖励。

4 结语

实验教学平台建设是实验教学改革的核心。我校实验中心为深化实验教学改革，构建基行学员培养三级能力目标的实验教学平台，并开展与之适应的教学模式、方法改革和软硬件建设。实验教学平台面向全体学员，使学员接受到系统实验方法和实验技能的训练，对学有余力、具有创新精神的学员提供了良好的深入学习平台，在学员创新能力培养方面发挥重要作用。

注释

① 总参谋部军训和兵种部.军队院校基础实验室建设标准（试行）[Z]，2007.

② 孙宝光，唐海燕，王全武.浅谈大学物理实验教学平台的建设[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2012.7：185-186.

③ 赵在忠，杨莉敏，沈元华.复旦大学的物理演示实验在创新中前进[J].物理实验，2001.21（3）：26-27.