探索新校区示范中心下基础物理实验室建设

罗志高，刘树郁

（中山大学东校区 实验中心，广东 广州 510006）

2004年中山大学在广州大学城设立新校区——东校区，并成立校级东校区教学实验中心（简称实验中心），人员编制不属于学院，是个独立单位，所有实验技术人员都是通过招聘而来。实验中心按照实验室的任务和功能设立了10个教学平台，负责东校区所有实验教学任务，基础物理实验室是其中实验室之一。实验中心一切从零开始，经过8年多的建设，2007年被评为广东省省级示范中心。2012年将信息技术方面的实验室整合成为国家级信息技术实验教学示范中心，全校几个校区的物理实验室也经过整合成为国家级物理实验教学示范中心。8年来东校区基础物理实验室始终以提高学生创新能力和实践能力为工作重点［1］。

1 重视基础物理实验教学

东校区基础物理实验室主要给非物理专业（物理专业在南校区）的学生开设大学物理实验，涉及我校东校区文理医工科的管理学院“2＋2”旅游管理，信息科学与技术学院（简称信息学院）的电子信息科学与技术、通信工程、自动化、智能科学与技术专业，环境科学与工程学院的大气科学、应用气象学、环境科学、环境工程等专业，工学院所有专业、药学院、中山医学院、软件学院等学院药学、生物医学工程、软件工程等近20个专业，每年有2 000多名本科学生参加大学物理实验。

根据不同专业对基础物理实验课程的要求不同，打破原有力学、热学、电磁学、光学的分类方法，将所有实验项目按内容特点划分为基础实验、综合性实验和创新性实验3个教学层次［2］。

（1）基础实验：主要目的是让学生通过观察和分析力学、热学、电磁学和光学的基本现象和规律，较系统地训练其基本物理实验方法和技能，重点在于各种基本物理量的测量方法、常用实验仪器的使用、不确定度分析和数据处理等方面。

（2）综合性实验：指那些所使用的测量技术或研究的物理现象在力学、热学、电磁学和光学各个分支存在相互作用的实验题目。主要目的是让学生了解、学习物理学科各个分支之间相互作用，并认识物理现象的复杂性与共存性，通过扩展和加深实验内容，提高实验技术难度，加强实验内容和技术的综合性，培养学生发现问题和独立解决问题的能力，以及处理复杂、综合问题的能力。

（3）创新性实验：主要是结合物理学科或其他学科有代表性的科研成果，取材于一些在研究方法或实验技术方面很有学习价值或应用前景的实验研究工作，对其所采用的研究技术、测量方法进行简化，使之适合基础物理实验教学。通过这些科学实践性实验，培养学生提出问题和独立解决问题的能力，使学生得到初步的科研训练和具有科学创新精神，为高年级学生进入导师实验室参加科研工作打下扎实的基础［3］。

另外实验报告的撰写也很重要，如何写好实验报告？为此我校物理科学与工程技术学院（简称理工学院）制定了物理实验的评分标准及预习报告和实验报告的格式，要求学生实验前写预习报告。预习报告要求做思考题，记录实验时的室温和湿度、实验目的和仪器用具，并且注明仪器的型号、精度和范围，安全注意事项，实验的内容和步骤；初步了解实验原理，没有预习报告不得进行实验。实验前实验指导教师给学生讲解实验要点及注意事项，并给学生预习报告打分；实验中认真作好记录，完成实验后让教师确认，并给出成绩和签名确认后才可以离开实验室；实验后认真写实验报告，实验报告要准确概述实验原理，对实验中的数据做详细处理分析（包括误差分析），写出计算过程，尽可能画出仪器布局示意图，画出电路图和数据处理分析曲线图等，对实验现象分析讨论，查阅资料，有自己独到的分析见解才能得高分，下次实验时交此次报告。通常认真完成的报告需要：预习2个小时，实验3～4个小时，再写出实验报告3～4个小时，总共需要8～10个小时，整个过程就等同于写一篇科学论文。通过撰写实验报告培养了学生独立思考和独立写作能力，科学思考和科研写作的能力也得到了锻炼和提高。不合格的实验报告要求重写，在每学期都有10多位学生没有通过该课程而申请重修。通过1～2个学期的训练，学生在以后的实验中就会自觉分析实验误差，分析、讨论实验现象，查阅相应的文献资料，对此信息学院的教师给予很高的评价。作为必修课，学生都十分重视，每天都有学生来实验室预习和补做实验。

实验室向所有学生开放，学生可以来实验室预习和补做实验，也可以来实验室利用实验室仪器做自己感兴趣的实验。

曾经某学院有一个专业的学生没有上物理实验课，结果发现该专业学生动手能力明显比做过物理实验的专业学生差，以后就坚持让学生上物理实验课了。

2 开设综合创新研究性实验

不断更新实验内容，根据不同学生采用不同的教学计划，设计不同实验内容，如文科管理学院“2＋2”旅游管理专业则主要是熟练使用仪器的操作，掌握物理原理，培养学生的基本实验技能和实际动手能力，扩大学生的知识面，以基础实验和综合实验为主；而信息学院电子系、自动化系的全部学生，不仅要学会使用仪器操作，掌握物理原理，学习基础实验和综合实验以及创新实验，而且要求部分学生还参加实验仪器的维修、实验辅导以及实验电路的设计。如“2＋2”旅游管理专业RLC稳态实验的电路板就是学生设计的，示波器使用的测试板就是他们中的学生参与设计制作的。为此针对他们开设了综合创新研究性实验。

综合性创新研究性实验不作为学分记入学生成绩，主要是针对实验室学生助理和有兴趣的学生设计的。这类实验含教学综合实验、教师教学研究项目实验、学生研究项目实验、教学辅导实验和实验设计仪器维修等。主要是针对水平较高的学生和实验室学生助理。

（1）教学综合实验：主要是针对现有的大学物理实验进行完善，学生和实验室技术人员一起针对实验教学中出现的现象，找出存在的问题，修改实验讲义。

（2）教师教学研究项目实验：主要指学生参与实验室人员教学研究项目和其他科研项目，学生从中学习研究问题的方法及如何做科研工作。

（3）学生研究项目实验：在实验室教师和技术人员的支持下学生申请的学校“实验室开放基金”和“本科生科研基金”的研究项目实验。要求学生以科研项目的方式申请，仿照科研项目的管理方式管理，期限为1～2年，学生在实验项目完成后需提交实验总结报告、论文和产品等成果［4－8］。

（4）参与教学辅导实验：上实验课时，实验室学生助理在实验指导教师忙的时候参与辅导学生实验的工作，回答学生的问题。学生助理实验成绩要好，对所做实验熟悉，在没有实验课时，学生来实验室预习或补做实验，学生助理也参与辅导实验工作［8－10］。

（5）实验设计和仪器维修：实验室技术人员除了直接参加实验教学外，也进行实验项目的改进、完善及新实验的设计，日常实验仪器的维修过程中要求实验室学生助理一起参与，学生在这个活动中得到了极大的锻炼，提高了“活学活用”知识的能力，学生很感兴趣，许多学生都干到毕业才肯离开。例如前面提到的“示波器使用实验”测试板电路的设计制作，以及针对文科管理学院“2＋2”旅游管理学生的“RLC稳态实验”的电路板设计等都是在实验技术人员和学生参与下完成的。当“示波器使用实验”测试板电路出现问题时，实验技术人员和学生一起分析问题、解决问题。

学生助理经过2～3年物理实验室的锻炼，特别是通过综合创新研究性实验的学习，实验动手能力得到很大提高，也促使他们更加努力地学习专业知识，理论与实践结合。多数学生助理参加了学校、省和国家的大学生物理以及电子设计竞赛，有的还获了奖，90%以上的学生助理是班上的优秀生，每年都有3～5名学生助理成为免试推荐研究生；良好的学习环境，促使很多学生希望申请为物理实验室助理，但名额有限，总数不超过20人，每年不超过6名学生毕业，6名招新。一些学生不是学生助理但不计任何报酬，也参与到实验室的综合创新研究性实验中。

3 进行素质教育，开设通识物理实验

通识物理实验是利用基础物理实验室资源为全校没有修过大学物理实验的文科、理科、工科和医科本科生开设的一门实验选修课程，目的是培养学生的基本实验技能、实际动手能力和创新能力，扩大学生的知识面，开阔视野［11］。涉及的内容有热学、电学、力学、电磁学、光学以及传感器应用知识，一共开设了8个不同内容的实验。很多对物理实验感兴趣的学生踊跃报名，每次都由于场地关系限制人数。例如：在2010年第3学期为我校没有上过大学物理实验的学生开设了全校公共选修课——通识物理实验，选课学生70%是文科生，其他是医科、计算机类和数学类等专业学生，他们是带着兴趣来学习的，通过学生的总结报告得知学生受益很大，收到很好的效果。为此，“通识物理实验教学方法研究”已成为学校教学研究项目。

4 利用废旧仪器进行创新实验和公共选修课的教学

原校区实验室的仪器设备因性能不良或产品更新换代而被淘汰、或因年久失修而被报废，我们利用这些仪器设备开设了创新实验和全校公选课。

利用废旧仪器开设的创新实验有机地结合了教学型实验和科研型实验的特点，不承担传统的教学实验项目和科研项目，而承担独具创新教育特色的教学任务。学生通过对废旧仪器的拆卸、安装、判断、维修、改进、分块、评论、总结等，加深了对所学知识的理解，激发了学生的创造性和独特性，调动了学生的积极性和主动性，有利于学生创造能力的培养和发展，也有利于学生自我意识和主体价值的提升。学生这种主动学习、主动认识、主动获取知识的过程是创新教育的基本过程，是成功教学的基础。学生在完成废旧仪器实验的教学任务中，通过拆卸、安装调动学生的主动性，通过判断、维修、改进激发学生的探索活动，通过分析、评论培养学生的反思习惯，通过总结体现了学生的个体差异性［12］。

我们开设的公共选修课“电子设计制作基础”和“电子设计与维修”是在讲授基本电子技术知识、讲授常用电子仪器原理、常用电子器件分类使用、电路板设计制作后，学生利用实验室的实验测量仪器和废旧仪器进行拆卸、安装、判断、维修、改进、分析、评论、总结等完成教学任务的。每次选课的学生很多，超出计划安排人数，实验效果也很好，学生都能亲自动手制作电子产品，很有成就感，学生用实验室仪器自己动手调试，亲自拆装仪器，受益匪浅，此项教学也得到了教务处处长和实验中心领导的大力支持。

5 制作实验视频录像和开设演示实验激发学生兴趣

实验技术人员自己动手组建实验室服务器，将每个实验过程制作的视频录像放在服务器上供学生下载学习，也将怎样写预习报告和实验报告的要求等放在服务器上供学生下载学习参考。

我校理工学院有部分教师参与了物理实验的教学工作，他们将自己的科研成果改造为演示实验或教学实验，加上实验技术人员制作的演示实验，极大地激发了学生学习物理的兴趣。

6 搞好实验室人员队伍的建设

6.1 实验室人员组成和分工

实验室人员由我校理工学院部分任课教师和实验技术人员组成，分属2个不同的单位管理，实验技术人员归实验中心管理，最初的基础物理实验课程由理工学院制定，物理实验课则由理工学院部分教师和实验技术人员共同完成。理工学院的教师是流动的，主要参与教学；实验室建设发展、日常管理维护、实验室平时的开放等主要工作由实验技术人员完成，包括实验分组安排等。理工学院的教师和实验技术人员互相取长补短，关系融洽，形成了良性互动，促进了实验教学。

6.2 重视实验技术人员队伍建设发挥他们的特长

由于基础物理实验室实验技术人员是通过招聘进来的，来自电子、计算机、物理和材料科学等专业，都接受了研究生课程的学习，实验室成立不久，他们就参加了主讲“基础物理实验”课程。对实验内容十分了解，实验技术人员根据自己的专长，建立了实验室服务器和自己实验室的教学局域网，将实验教学用的实验录像和教学资料放到实验室的服务器上，方便了学生预习，改进了设计不完善的教学仪器，如电子天平等；制作了多个实验器材，如示波器使用实验测试板和RLC稳态实验电路板都是实验技术人员和学生完成的；完善和开设了多个实验，使教学内容更丰富，如热敏电阻测量实验及光学实验的完善和多个传感器实验的开设等；开设了综合创新研究性实验，利用废旧仪器进行创新实验。他们采取每年更新几个实验内容，选购部分仪器，保证了教学内容的更新和设备的升级改造。实验中心领导积极支持大家学习新知识，先后主办多次不同知识的讲座，请我校第一个国家教学名师王金发教授讲授教学方法和技巧，积极支持大家开设选修课，为此我们基础物理实验室实验技术人员发挥各自专长为学校开设了电子设计制作基础、电子设计与维修、通识物理实验、数据库原理与应用、计算机网络等多门公共选修课程，丰富了我校通识教育课程。与此同时实验技术人员为信息学院指导了20多名本科生的毕业论文，以第一完成人出版了教材3本，编写讲义5本，申请学校教学研究项目和实验开发项目6项，指导学生申请学校学生科研项目2项，发表了论文10多篇。发挥实验技术人员各自优势，一专多能，不仅提高了实验室实验教学水平，也极大地促进了实验技术人员能力的提高。

7 结束语

8年多的基础物理实验室建设，得到实验中心领导、理工学院和学校领导的肯定。如许宁生校长曾经带兄弟院校的教师参观我们的实验室，广东电视台也到实验室拍摄科普节目。

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［1］何振辉，蔡志岗，沈韩.中山大学实验教学示范中心建设探索［J］.实验技术与管理，2012，29（5）：1－5.

［2］沈韩，李朝镜，刘小伟.中山大学珠海校区基础物理教学实验室的建设和教学改革［M］.广州：中山大学出版社，2004：49－54.

［3］陈步云.如何提高跨地域办学中的实验室实验效益［M］.广州：中山大学出版社，2006：169－173.

［4］孙敬姝，刘倩，霍俊德.物理基础实验室建设与创新人才培养［J］.实验技术与管理，2003，20（1）：82－84.

［5］王玮，李亚薇，张艺山.完善学生助理制度 促进高校与学生双赢［J］.北京教育，2012（6）：34－36.

［6］程璐，刘树郁.打造学生工作团队突出中心管理特色［J］.实验室研究与探索，2012，31（4）：100－102.

［7］刘树郁.高校实践教育的探索与思考［J］.实验室研究与探索，2012，31（6）：103－105.

［8］罗志高，容国濂.实验室建设发展趋势探讨［J］.实验技术与管理，2000，17（1）：66－68.

［9］程璐，刘树郁.综合性基础教学实验中心的构建与发展［J］.实验室研究与探索，2009，28（6）：99－102.

［10］刘树郁，林明河.实验室管理体制改革的实践和探索［J］.实验室研究与探索，2001，20（2）：6－8.

［11］罗志高，简庚荣，丘海明.高校实验室的建设思路与实践［J］.实验技术与管理，1999，16（2）：54－57.

［12］胡平亚，熊举峰.物理实验选修课的教学方法研究［J］.大学物理实验，2006，19（1）：96－98.