着力创新引领我国工科高校的物理实验课程,大学物理实验（工科）

时间：2024-10-20 理论教育版权反馈

【摘要】：中心教学理念先进，着力创新引领我国工科高校的物理实验教学模式，实验教学改革成果丰富，实验教学模式辐射面广，在全国同类工科院校中产生了突出的辐射作用。东南大学理工科物理实验教学体系内涵续表全校理工科物理实验教学总体情况1.预备实验对理工科新生课外开放16学时，文科学生必修。在每两年举行一次的江苏省大学生物理

大学物理实验（工科）

我校物理实验课程获2005年国家精品课程，物理实验中心获2006年国家教学示范中心。如此突出的成绩背后凝结着实验中心几代老师们的集体智慧和校系领导长期对物理实验中心的指导、关怀和支持，老师们对基础教学的执著热爱和不刻意追求回报的默默奉献，以及从不松懈的教学改革和创新。

总结与回顾近十年物理实验中心走过的改革与建设历程，可以看出每一阶段的教学改革和建设工作的轨迹:

1995年，物理实验中心的前身普通物理实验室确立了物理实验课程的教改主线:突破传统的以力、热、电、光、近代物理知识为顺序且各自成独立系统的课程结构框架，在国内率先启动，建设按学生能力培养、素质训练的要求分层次的由预备实验、基础实验、课题实验和近代专题实验构成的课程体系。

1999年，实验中心以优异的成绩通过了江苏省教育厅主持的基础课教学实验室合格评估，评估专家一致认为中心的实验教学理念与改革思路引领江苏高校物理实验教学改革，并在江苏基础课教学实验室合格评估经验交流会上报告和推广；教育部世界银行贷款“高等教育发展”项目建设启动，物理实验中心被确定为建设子项目，教育部投资350万；预备实验经过几年教学试点后向一年级新生课外全面开放。

在国内首创“计算机TA”教学模式，自主研制开发了与物理实验教学内容相适应的网络多媒体课件，开发了实验选课、双向教学评估、计算机网络管理软件，在预备实验和基础实验两个大规模教学中，建设了15个“多媒体教学课件实时指导＋真实物理实验”的大型网络物理实验室（合计1 200m²），实现了实验室管理的现代化。

2001年，实验中心主持教育部新世纪教改工程项目“工科物理理论与实验课的整体优化”的研究。

2003年，该项目通过了教育部鉴定:“此项目以物理学的学科特点和研究方法为基础，以培养学生的主动性、探索性学习精神为目标，以实验和问题为切入点，建构了理论教学与实验教学整合的课程体系，该体系以演示实验作为整合的衔接口，在实验课程中铺就多层次整合的实验平台，引入了案例教学，设计了一条整合的优化的教学途径。在实施创新教育实践中进行了有价值的探索，教学改革成果有明显的特色和创新，可操作性强，具有应用推广价值。”（摘自项目鉴定的专家意见）

2004年，实验中心利用“985”工程一期建设经费，启动争创国家实验教学示范中心的建设。

2005年，学校启动了“985”二期建设项目“物理实验公共基础与教学创新平台建设”，结合九龙湖新实验楼的搬迁与建设，物理实验中心又实现了新一轮的教改和建设高峰。

现在物理实验中心的教学规模、教学效益、教学内容、课程体系结构、实验室软硬件管理水平等较十年前有了巨大变化。中心每年承担了全校理、工、文、管、医等57个专业的本科生（时间跨度四个年级，空间跨度课堂、实验室、网络、课外、图书馆等）30万人时数的实验教学。中心教学理念先进，着力创新引领我国工科高校的物理实验教学模式，实验教学改革成果丰富，实验教学模式辐射面广，在全国同类工科院校中产生了突出的辐射作用。

一、构建物理实验课程创新教学体系，拓展大学生自主研学空间

经过多年的改革与建设，一个有利于促进学生知识、能力和素质协调发展，激励学生探索、研学和创新，凸显物理理论与实验自然和谐的由课堂教学、课内外实验、网络系统和课外创新等诸多空间构成的创新教学体系已经构成。该课程体系由预备实验、基础实验、课题实验、现代物理专题（现代工程应用）实验、开放研究性演示实验和课外科研创新训练等六个模块构成。

东南大学理工科物理实验教学体系内涵

续　表

全校理工科物理实验教学总体情况

1.预备实验对理工科新生课外开放16学时，文科学生必修。

预备实验以其网络开放管理模式和宽松的课外自主学习的环境，吸引了众多刚刚跨入大学门槛的新生，自愿选做的人数已从1999年1 300人发展到2006年2700人左右，约占理工科学生总数的95%。

现在，预备实验的教学功能已经从十年前单纯为部分中学实验条件较差的同学提供补课机会发展为:

引导新生的学习模式从中学到大学的转变；

引导学生进行基于问题的探索式学习过程，再带动后续大学物理和实验两门课程的学习；

同时仍保留补课功能，全面提高后续物理实验必修课的教学起点。

2.基础实验是我校64学时物理实验必修课程中的主要部分，实验的内容涵盖物理力、热、电、光、近代物理基础知识，还包含适量的综合设计性和工程应用性内容。基础实验的教学定位是要保证大面积教学中对学生基本原理、基本方法和基本技能的训练，培养良好的科学实验习惯。为适应因材施教和个性化教学的需要，基础实验是按基本内容、选做内容和小课题分层次进行编排，有效地激励优秀学生脱颖而出。

3.课题实验教学对象是二年级和三年级上的部分理工科学生，部分课题实验项目归入了二年级的必修课中，另外可选修32～48学时。

课题实验以若干个融综合性、设计性、应用性为一体的开放课题为基础，加之学生自由申请立题的项目构成。课题实验教学侧重为学生提供自主经历科学实验的机会，激发学生的创新欲望，课题实验真正实现了时间、空间、内容深层次的全面开放的教学。

4.现代工程应用专题实验由十多个近代物理的实验组成，面向物理系学生必修，有关院系的学生选修。专题实验选题方向侧重物理学史上具有里程碑意义、同时对现代工程应用学科具有理论与技术基础支撑作用的实验项目，如分子光谱及应用技术、磁共振及应用、光信息技术等。

5.研究性演示实验是实验中心主持的教育部教改项目的成果之一。我们在国内率先进行了工科物理实验课与理论课优化整合，开发了演示实验在学生探究性学习过程中的深层次的教学功能，将研究性演示实验作为优化整合的衔接口，为低年级学生开辟了又一个课外自主研究性学习的空间。

6.课外科研创新训练的主要形式有两个。

形式之一是开展系列物理实验竞赛。

每年，在物理实验必修课程的教学中，组织低年级学生撰写实验课程研究论文，两学期约600人参加。成绩优良的课程研究论文在课程总成绩评定时给予加分。以此为基础，每年组织校级物理实验研究论文竞赛，在竞赛中获奖的同学取得相应的课外研学学分。

在每两年举行一次的江苏省大学生物理科技创新竞赛活动中，东南大学的大学生已连续三届（第一届2001年，第二届2003年，第三届2005年）一等奖总数位于全省高校之首。

形式之二是近年来物理实验中心依托物理系和其他应用学科的科研实验室对优秀本科生开放的课外创新实践基地。

二、物理实验课程实现了时间、内容和空间的全方位、深层次开放，网络信息平台有效支撑着全方位的开放教学系统

物理实验中心在进行教学内容现代化建设的同时，大力加强了教学手段及教学管理的现代化建设。经过多年的建设，建立了信息丰富的物理实验中心教学网站，自主开发了一系列物理实验辅助系统，如多媒体课件、学生选课系统、实验预习系统、数据检测系统、学生成绩管理系统、网上评教系统、仪器设备管理系统等。创建了实验学习师生交互系统与学生评教系统，为学生的自主学习提供了良好的平台，见图1。

物理实验中心在国内率先全面实施网络教学和管理。在预备实验和基础实验教学中，创新地引入了计算机TA，全面实现了“多媒体教学课件实时指导＋真实物理实验”这一全新高效的实验课网络教学模式，并实现了学生实验数据实时网络测评、实验成绩自动登录等。此教学管理最大限度地削减了指导教师的重复性劳动，增加了教师与学生深层次的交流，强化了教师对学生能力培养的个性化指导，有利于培养学生自主学习的能力，显著提高了教学效益，从实验室建设、人员素质的提高等方面有力地促进了实验中心的可持续发展。自2000年以来，预备实验和基础实验全部引入计算机TA，见图2。

为更好地满足开放教学管理和学生自主学习的需要，新实验楼还建立了远程网络实时答疑系统和安防监控系统，各开放实验室的现场教学视频信号汇集到中心的控制室，主持、主讲教授可以与开放实验室的同学和助教进行远程互动交流答疑。

同时，新研制开发的基于以太网的“开放实验的预约、派位、电源管理集成系统”已经在新实验楼的部分实验室安装和试用，正待进一步完善和推广，以促使物理实验中心信息化开放教学管理水平更上一层楼。

图1　东南大学物理实验网络教学与管理平台框图

图2　网络物理实验室功能示意及实景图

三、教学改革与实验室建设的突出特色

1.构建了由六大模块组成，由实验室内外、网络和课外创新等诸多空间构成的立体化、多层次的理论教学与实验教学的优化整合的物理实验创新教学体系。

该体系突出特点表现在以下两个方面:

（1）分层次因材施教的教学理念通过三条途径贯穿整个实验课程始终。

①实验教学体系由预备实验、基础实验、课题实验、现代工程应用实验、课外研究性演示实验和科研创新训练等6个模块构成，实现对不同年级的学生分层次教学。

②基础实验教学中，实验内容按基本内容、选做内容和小课题分层次编排，实现同一班级的学生可以根据各自的情况完成相应的实验内容，激励优秀学生脱颖而出。

③针对工科专业大类特点，组织具有工程特色的模块化教学（如材料类、机电类、信息类、光学类等），灵活物理实验教学体系的工科专业适应性。

（2）建立了可操作性强的、激励低年级众多学生进行研究性学习的引导机制。

引导的六条途径是:

①预备实验的自主学习；

②基础实验中的小课题；

③课题实验的全开放自主研学；

④课外研究性演示实验；

⑤课外科研创新训练；

⑥物理实验课程研究论文竞赛。

2.首创的新生预备性实验精品教学范例，受到国内大学物理教学界的高度评价。

十年前，我们最初把预备实验定位在为中学实验条件薄弱的少数同学提供补课机会。当时这样做是为了配合我们的教学内容现代化的建设，为提高一年级下学期开始的大面积必修课的教学起点做好准备。随着入学新生的物理实验基础的提高，我们逐步更新部分教学内容，并在实验室全面实现了网络化教学和管理，预备实验向全校理工科新生课外开放。

现在预备实验是集补课、自主、开放、网络化于一体，吸引着众多大学新生。八年间开放选做预备实验的人数已从最初1 300人发展到现在的2 700多人，约占理工科学生总数的95%。

我们的预备实验深受广大新生欢迎的原因包括三个方面:①大学实验室的学习氛围，正好迎合了大学新生急于了解大学研究性自主学习的强烈求知欲，同时在预备实验项目设计中充分考虑对大学新生的学习兴趣的吸引度；②现代网络教学环境，拓宽了学生学习的空间，给学生自主学习提供了充分的自由度；③为中学实验条件薄弱的学生提供实践的场所，增强他们在后续实验课程学习中的自信心，同时可以全面提供物理实验必修科的教学起点，促进广大新生的学习模式从中学的应试学习向大学的自主学习转变。

3.在国内首创实验课的计算机TA教学模式，网络实验教学和管理平台系统在全国有很好的辐射作用。

在国内首创在大面积的预备实验和基础实验课中引入计算机TA的教学新模式，实现“多媒体教学课件实时指导＋真实物理实验”这一全新高效的实验课网络教学指导模式。有利于主讲教师与学生深层次的交流，创造宽松的学生实验环境。

自主研发了一整套的全方位网络实验教学课件和管理平台系统。

几年来，已有十几所兄弟院校定制和推广了我校的网络实验教学和管理平台系统，并推广了计算机TA教学模式。

四、近几年物理实验中心教改项目和成果

1.教改项目

（1）工科物理理论课与实验课的整体优化，教育部新世纪教改项目，2000—2003，主持。

（2）工科大学物理（含实验）教学内容、课程体系、教学方法和教学手段的整体改革和研究，江苏省面向21世纪教学改革进一步重点项目，1997—2001，主持实验。

（3）基础物理教学实验中心建设，教育部世行贷款高教发展项目，1998—2003，主持。

（4）大学物理网络课程，教育部新世纪网络课程建设工程，2000—2002，参加。

（5）物理系列课程教学内容与课程体系改革的研究与实践，教育部面向21世纪教学改革项目，1997—2002，参加。

（6）物理实验，江苏省高校应用多媒体技术开发建设课程，2001—2003，主持。