开设创新物理实验课程的实践与探索

周永军，孙丽媛，杨 智，杨 迪

（沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳 110034）

沈阳航空航天大学物理实验中心是2007年辽宁省首批物理实验教学示范中心，在2008年该中心“物理实验”课被评为省级精品课。2010年，被评为辽宁省实验教学先进集体。物理实验中心承担全校公共基础课“物理实验”必修课和“预备物理实验”及“创新物理实验”两门选修课。其中自2006年开设的创新物理实验，结合了我们中心目前的实验装置和当前的师资队伍和学生专业特点，5年来共开设创新物理实验项目近80项，获得国家实用新型专利2项，辽宁省“挑战杯”大赛铜奖两项，论文多篇。

1 开设创新物理实验的目的及意义

首先，创新是一个民族的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林[1]。高等学校就是要培养高素质创新人才。同时，“培养学生的创新思维和创新能力”是大学物理实验教学改革的核心[2]。开设创新物理实验，是学生得到创新能力和科学研究素质培养，受到创新思维启迪的一种好的方式[3]。在创新实验中，学生要完成实验，必然要进行资料的查阅、实验方案的设计，以及动手实施实验方案，并写出论文式的实验报告。

其次，长期以来，物理实验教学模式单一、教学内容陈旧、教学方法过死；实验内容基本上是测量性、验证性的，缺乏由学生自己设计的、带研究性的内容。学生只要读懂教材上写明的原理、按教材上写明的步骤去做，就可以成功地测到数据、完成实验。这种千篇一律的教学方式不利于创新人才的培养。

最后，高等学校基础课实验教学示范中心建设标准：要求提高、创新研究型实验在全部实验项目中须占一定的比例（一般不低于30%），以利于创新能力的培养。

2 创新物理实验项目的来源与开发

首先从教学中来[4]，例如在当前实验中心的电子检流计数量有限，而且易损坏，开设电子检流计的设计与制作，本实验为研究并制作一种物理实验中心使用的电子检流计，学生可以通过本实验巩固所学的理论知识，并将所学知识应用到实践中，从而锻炼其动脑设计、动手组装连接的能力，为学生以后的学习工作打下一个好的基础。将输入电流经I／V转换并进行放大，并将最后结果通过机械检流计表头或者LED显示，便于观察和记录。主要采用芯片是高精度集成运放OP－07。可检测电流10－6A。学生通过设计制作将实验成果作为实验室的器材应用到以后的实验项目中去。还有，针对目前实验中心的霍尔效应测磁场实验中实验仪器搭配不是很合理。实验所用的两台万用表，精度比较高，价格相对昂贵。但是在实验中，并没有将其功能完全利用，而且通过滑动变阻器来调节工作电流非常有限，很难调节到实验所要求的精度；因此开设了霍尔效应实验电源的设计与制作，设计一台能够产生10毫安可调电流和1安培可调电流，并且能够测量电压。考虑到为了将来实验调节电流精确而且方便，我们设计的仪器使用数字电路压控电流来实现电流的调整，并且用旋转编码开关来调节。将其命名为“霍尔效应测磁场实验仪”。

其次，从科研中来，如碟状飞行器的研制，秉着先仿制再改型的基本研制思路，开展碟状飞行器的仿制工作，并进行了局部改进创新，对整流罩加以改进，在原有的稳流段前后增加收缩段和扩张段，增升效果明显。先后实现了系留飞行和全配置遥控试验飞行，并且都取得了较好效果。在仿制过程中，对原有资料进行系统的消化和整理，编写电子软件，在激光切割机上实现加工自动化。制作三台实验样机，并且进行了大量验证性实验，取得了有价值的实验数据。

3 创新物理实验的教学与实践

我们在2006年，物理实验中心就开展了导师制工作，即：优秀学生（物理实验成绩在90分以上，必须通过英语四级等要求，）自愿报名参加创新物理实验课程。具体做法是：

（1）创新实验项目时间为16周，学生自愿组建创新小组，小组成员3到4名；物理实验中心提供一定数量的“创新物理实验参考项目”，可供参考；每组只能参加一个项目，也可自行拟定实验题目；

（2）撰写创新物理实验项目计划书（时间2周）。项目计划书包含以下内容：题目、研究目的和意义、研究内容（包括方法、手段、进程、创新点）、课题最终结题形式和项目需要经费情况（包括所购置仪器设备、耗材等），每个项目计划书必须经过物理实验中心评审会评审以后，确定实验项目。

（3）实验中心为保证创新物理实验课程效果，每位教师实验课题项目只立项一个，可以指导一组同学。每位教师可以联系其他相关院系教师参与实验项目。

（4）指导教师每周与学生至少见面两次，每个教师应有课题进展记录本，详细记录每次与学生见面沟通时间，内容，经费使用情况及课题进展情况。

（5）每四周时间，每个项目要向实验中心汇报课题进展情况及存在的问题，由实验中心全体教师共同讨论，予以解决。

（6）实验中心尽量保证每个项目提出的课题经费需要，并且检查监督经费使用情况；创新实验结束后，要填写项目结题报告。

（7）在学期末实验中心组织评审小组对每个项目进行评审，为获奖者颁发证书，表彰、鼓励其创新性的工作。选择有发展前途的项目继续给予支持，争取形成专利、产品、发表学生论文等。

4 开设创新物理实验课程的效果

首先，这种创新精神、创新意识是构成物理实验中心不断前进的不竭的动力。创新物理实验不断产生有价值的项目，形成专利、产品、发表学生论文、推荐参加全国大学生创新竞赛等，成为物理实验中心的项目生长点，支撑“产、学、研”的发展。经过不断的发展完善，形成一个具有培养学生创新能力新的实验教学体系，同时，科学、规范的管理制度是创新物理实验课程可持续发展保障。其次，学生可以开阔自己的视野、提升自己的学术素养；激发了学习兴趣，培养了创新意识。在创新实验教学中，从实验方案的设计到整个实验的完成，都由学生自己独立完成，并处理实验中出现的各种问题，品尝科学研究中的“酸、甜、苦、辣”[5]。创新实验的内容可与专业内容交叉渗透，学生可以通过创新实验，将所学的物理知识与专业内容结合起来，对自己所选学的专业有更新的认识，达到个性化发展。还成立“创新实验活动基地”，招收活动会员，让创新实验活动日常化，使得学生的创新激情得以延续，创新能力继续放大。同时，教师的学术能力得到发挥和进一步培养。教学相长，师生共同提高，逐步培养出具有一定核心研发能力的科研团队。

通过创新物理实验教学实践，我们将不断改进实验教学平台，在学校的大力支持下，不断充实创新实验内容，提高实验教学水平。

[1]刘虎，王振彪.物理创新实验竞赛中丰富创新教育内涵 [J].实验室研究与探索，2009，28（10）：108－110.

[2]邓晓冉.浅谈大学物理实验教学改革[J].大学物理实验，2009（1）：114－116.

[3]王长春，宛明高.注重实验教学改革培养学生创新能力[J].大学物理实验，2010（3）.

[4]李松岭，李明雪.物理创新性实验的六大设计原理[J].高校实验室工作研究，2007，94（4）：55－57.

[5]张增明，孙腊珍，霍剑青等.创新研究型物理实验教学平台的建设与实践[J].物理实验，2009，29（7）：14－17.

[6]刘俊东.大学物理实验教学创新实践平台的构建[J].大学物理实验，2010（6）.

[7]贺梅英，章国荣，金丹青等.设计型物理实验的研究开发与思考[J].实验室科学，2009，7（4）：81－82.