自制仪器对应用型本科院校大学物理实验教学的影响

摘 要：主要针对目前在应用型本科院校大学物理实验教学中，实验基础设施不够完善、实验课不单独开设、不受非物理专业学生重视，实验仪器无法满足教学发展需求，导致实验教学环境较差，实验教学效果一般，实验教学内容无特色，教师教学能力有限等问题，提出应用型本科院校可以采用自制仪器的方法来解决此类问题。自制仪器具有制作方法简单易行，取材方便，贴近教学的特点，既能改善大学物理实验教学环境，促进教学效果的提高，又能够提高教师对大学物理实验教学能力，为培养一流的应用型实践创新人才打好坚实的实验基础。

关键词：自制仪器；应用型本科院校；大学物理实验教学

一、前言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》第七章第22和第十一章31条非常明确地指出，要引导高校尤其是应用型本科院校办出特色，优化学科专业结构，紧密结合地方经济社会发展需求，树立多样化人才观，系统化人才观，大力培养应用型、复合型、技能型、创新型人才等。这是方向性指引，为应用型本科院校的发展开阔了视野，指明了方向，要以培养应用型实践创新人才为目标，明确自身优势，走高校本身特色的发展道路，道路上的发展必须离不开大学物理实验。

大学物理实验既是学生理论知识运用的检验工具，又是学生掌握物理知识和物理思维方式的关键环节，旨在锻炼学生的实验设计和操作能力，提高学生独立思考、解决问题的能力。在实验操作过程中，学生需要积极沟通、合作配合，培养团队精神和创新能力，同时也能锻炼处理实验数据的能力。而许多应用型本科院校在大学物理实验教学中，仍存在着类似的三大问题：第一，实验教学环境较差。实验仪器的更新速度慢，导致一些老旧设备无法跟上时代脚步，也不能信息共享，满足不了新的教学科研需求；实验教学经费投入少，导致部分实验仪器精度不够、教与学的仪器不配套。第二，实验教学效果一般。实验仪器是现成且枯燥的，无需动手组装也与日常生活联系较少，激发不起学生的兴趣，导致实验教学效果不佳；现有实验仪器与特色专业相关程度较低，要采购到完全适合本校特色专业的教学仪器是比较困难，导致得不到非物理专业学生的重视，影响实验教学效果。第三，教师实验教学水平能力有限。没有开设物理专业，物理实验课只是公共基础课，教师对实验这块重视度不够，花的心思少；实验课的课时少，数量少，而且只能在基础实验中挑选，导致教师接触的实验有限，能力得不到提升。这些问题都困扰着应用型本科院校教师，在这样的实验教学环境中进行教学，使其无法专注于大学物理实验教学水平的提高，影响着高校大学物理实验教学的效果。解决这个问题的一个有效途径就是自主研制和开发适合自己教学需要的实验仪器，寻找适合应用型本科院校特色的自制仪器。

所谓自制仪器，是指市场无定型产品或虽有定型产品但质量功能不能满足使用要求或制作价格较高的仪器。大学物理实验课程教学的改革、创新和发展，与它密切相关。师生就地取材进行教具的自制，可以辅助物理概念的教学，实验教学不再局限于实验室的仪器和学生实验的课程安排，为物理实验教学提供了更多自主探究的机会。

随着时代的发展、科学技术的不断进步，人类社会对应用型实践创新人才的需求越来越高。应用型本科院校大学物理实验教学也迫切需要寻找一条能够提高教学效果，体现高校本身特色的发展道路。这就是鼓励高校采用以培养应用型实践创新人才为目标进行大学物理实验自制仪器的特色研发之路。

二、自制仪器对大学物理实验教学的影响

（一）自制仪器能改善大学物理实验教学环境

1、加快仪器更新速度、实现信息共享，改善实验教学环境

关于实验仪器的发展趋势，国家一直强调，“科技创新”“科技强国”“大国重器”“仪器共享”，这就足以看到国家对仪器的发展的重视性。科学技术的进步不断对仪器提出更高更新的要求，以便于提高教学效率。

而目前各应用型本科院校的大学物理实验教学环境中存在仪器更新慢、普遍老旧问题，甚至部分实验还在采用2010年生产的仪器甚至更久远，这就为实验教学中新信息的接收产生了很大的障碍。我们肯定，老旧的仪器在过去的实验教学里发挥着不可替代的作用，但是随着科学时代的发展，对学生的教育要与时俱进，大步往前走。例如在讲授《万用表的使用》这一实验时，可以介绍指针式万用表的原理、使用方法，但使用的仪器得是数字万用表，让学生学会使用数字万用表来测电学值，比如二极管的正反向电阻、正向导通电压值，人体头发和手臂的电阻值等。

针对此问题，我们必须从根源入手，采用自制仪器方式来解决仪器更新慢的问题，将老旧型号的实验仪器进行改造或者自行研发新仪器，顺应时代的发展。与此同时，通过自制仪器，利用网络有线连接或者无线连接，使实验教学仪器能够实现最基本的数据采集、视频信号传输的功能，实现实验信息的共享。能让多台实验仪器的数据联通起来，甚至还能远程多台实验仪器，方便实验教师进行教学。例如在《方波的合成》实验中，学生在各自示波器上进行操作，由于每个组学生基础水平不同，进展不同，遇到的有各有各样的问题，由于老师不能实时观察到每个组的情况，就得不到反馈，不能及時解决遇到的问题，从而影响到教学效果。采用自制信息共享仪器，就可以让老师随时观察，指出每个组的问题，引领学生更好更快地完成实验，提高实验教学效率，营造良好的实验教学环境。

2、获得合适仪器精度、让教与学配套，改善实验教学环境

绝大部分的应用型本科院校要进行大学物理实验教学，就要购买该物理实验的仪器，会在仪器生产厂家间进行招标，购置标准仪器。由于这些标准仪器的设计者并不是使用者，没有深入到物理实验课堂中，不清楚物理实验教学要求，就造成不能够完全站在使用者的角度上进行设计，这些仪器很好，但与要求的实验数据精度不同，与所教授的实验教学内容不能完全配套，这会导致营造的实验教学环境是实验教学测量精度不够，所教的与学生所使用的仪器并不配套。

我们可以通过自制仪器来解决，自制的实验仪器是高校根据自身需求、特色，可以说是量身定做，因此教师在自主研发实验仪器时，在仪器精度方面，为避免出现精度不够、数据结果有误的情况，可根据自身实验教学需求，通过理论论证、实践操作仪器的精度和需要测量的实验数据，通过反复论证和实践总结出来，就会得到最佳仪器精度和数据结果。在不配套方面，为满足自身实验教学需求，在自主研发仪器时，将教学设计融入进去，让仪器本土化，为实验教学服务。可以把实验原理图解加入仪器中，让复杂的原理简单化，简单的问题明了化，也可以让仪器更加有整体教学演示性，更具有直观性，学生可以掌握实验原理、直观观察实验现象，快速操作得到正确的实验数据，以彻底解决教与用不配套的问题，创造更好的实验教学环境。

（二）自制仪器能促进实验教学效果的提高

1、激发学生好奇心和求知欲，提高实验教学效果

兴趣是学生学习物理实验的内在积极因素，只要激发起他们做实验的兴趣，就会以满腔热情，积极主动投身到实验学习中来，实验教学的氛围就会一改往日的沉闷、死板，变得活跃、开放起来，实验教学效果自然会好。

由于自制仪器所用的材料多来自学生的身边，取材容易，制作简单，生动有趣，能自然地引起学生浓厚的兴趣，激发他们的探索欲望。而且实验一旦有所收获，有所创新，有所前进，就能使趣味性更加稳定，激励学生热爱科学、不断探索，继续登攀。例如，在讲授《情境演示实验》这一教学内容时，其中有个仪器实验原理为系统向能量低的方向演变，具体说就是朝着重心降低的方向運动。在重力场中，重心较低的物体较稳定，因此，该原理在生活中有很多应用。比如：一般情况下体操运动员身高都比较矮，走钢丝的杂技演员手持一铁棒，以降低重心保持稳定等。为让学生掌握该原理，让学生小组合作自己动手制作一个仪器以实现小球从低往高处走，提供的实验器材很简单，取材容易，有两根筷子、快递盒（学生自己准备）、小球和双面胶。这比直接让学生看实验室已有的《椎体上滚》仪器，更能激发起学生的好奇心和求知欲，因为这需要小组合作讨论该如何实现这一看似反常现象。学生马上就开始动手操作，组员讨论得很是激烈，经过大家努力和教师的指点，最终大部分小组都做出了属于自己的《球体上滚》作品，五花八门体现了大家的创意，教师总结失败的原因以及改进的思路作为这个实验的结尾，学生在掌握实验实验原理的同时还培养了创新思维，对实验留下了深刻印象，实验教学效果极好。

2、自制适合本校特色专业的仪器，提高实验教学效果

不是每一条河流都可以注入海洋，除非找到了适宜的道路；不是每一只鸟儿都能够飞上天，除非它有一双适合自己的翅膀；实验仪器也是如此，适合自己的才是最好的。为保证学生实践和创新能力培养的需要，为培养应用型实践创新专业人才，必须结合专业实验教学体系的特点，自行研制实验教学仪器，并不断改进、完善、提高自制仪器的功能，以服务于物理实验教学中，提高实验教学效果。

例如，针对电子信息科学与技术专业的学生，在《方波的合成》实验中自主研发仪器，有助于该专业学生将掌握的傅里叶级数理论知识用到合成方波实验中，让理论与实践相结合。

（三）自制仪器能提高教师的物理实验教学能力

1、重视物理实验，提高实验教学能力

物理实验教育事业的快速发展对教师的实验数学能力和使用教学水平提出了更高的要求。提高教师的教学能力不仅需要教师不断学习和掌握新知识和新技术，还需要教师具备一定的教学经验和教育教学研究能力。但由于目前应用型本科院校还没开设物理专业，物理实验课只是非物理专业学生的公共基础课，相比专业课，受到的重视不高，投入的精力不够，是造成教师实验教学能力弱的一个外在原因。

自制仪器客观上促使教师必须给与足够的重视，为了设计出更加合理的大学物理实验仪器，深入地了解大学物理实验原理；为了获得更高的仪器稳定性能，必须去学习仪器的相关知识。例如，为了设计的《方波的使用》实验仪器结构合理，让波形不会异常晃动，就需要教师去学习各种软件和示波器的原理；为了体现人性化理念，就要深入到学生群体去，时刻关注到学生的需求，课后多与学生交流实验操作心得，获得仪器的不足之处，以对其有针对性的改进。

2、开展劳动教育课，提高实验教学能力

大学物理实验数量是很多的，这些实验涵盖了力学、热学、光学、电磁学、原子物理等多个物理学科，取得的成果和所带来的贡献，不仅是今天的物理研究领域所需要的，更是未来应用型实践创新人才所必须了解和掌握的。但目前应用型本科院校在物理实验数量上的形势很不乐观，表现在由之前的单独开设物理实验课程，转变为在理论课程中插入实验课，而且还在不断压缩实验课时，实验个数太少，涵盖面不全，基础实验尚且涵盖不到，更何况讲授探究性实验，教师接触到的实验少，是造成实验教学能力差的又一原因。

短时间改变这一现状是很困难的，但我们可以通过开展劳动教育课这种曲线救国的方式让学生尽可能多接触到物理实验，开展此门课程会使用到大量的自制仪器，这就需要教师必须要多接触物理实验，从中选择适合该门课程的实验内容供学生动手操作。例如，为让学生掌握液体压强这一知识点，可让学生制作虹吸和阴阳壶，教师提前要选好制作工具，经过操作看实验能否成功，虹吸看液体能否从低处往高处走，阴阳壶看堵住不同的孔，是否流出不同的液体，不堵孔，两种液体是否都流出。

三、结语

综上所述，自制适合本校特色专业的仪器，既能改善大学物理实验教学环境，还能促进实验教学效果的提高，提高教师的物理实验教学能力，为应用型本科院校培养应用型实践创新人才，走出一条属于自己的特色发展之路。因此，提倡和鼓励教师自主研发仪器对应用型本科院校的大学物理实验教学有着深远影响。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s6052/moe_838/201008/t20100802_93704.html，2010-7-29.

[2] 李斌，谭鹏，陈国杰，谢嘉宁.自制物理实验仪器的探索与实践[J]. 实验技术与管理，2013，30（06）46-49.

[3] 王周斌.自制信息共享实验仪器对大学物理实验教学的影响[J]. 公安海警学院学报，2018，17（03）：28-32.

[4] 王璠. 应用型本科院校自制大学物理演示实验自制仪器的研究与实践[J]. 客联，2021，22（10）：109.

[5] 王璠. 以应用型为导向的民办院校大学物理实验教材的建设与实践[J]. 物理通报，2023（05）：9-12.

作者简介：王璠（1992-），女，山西长治人，硕士，讲师，研究方向：物理实验教学改革。

基金项目：2022年度南昌工学院人文社科课题项目“自制仪器对应用型本科院校大学物理实验教学影响的实践研究—以南昌工学院为例”（编号：NGRW-22-12）。