時間：2022-09-17 11:04:15
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大學物理是一門以實驗為基礎的學科，大學物理實驗和大學物理理論占有同等重要地位，它們既有著深刻的內在聯系，又有著各自的任務和作用。大學物理實驗在培養學生分析問題和解決問題的能力及激發學生科學創新意識方面有著其它學科不可替代的作用。大學物理實驗不但把物理理論知識用到實驗上，而且更好地解釋生活中的物理現象并加以科學驗證。通過大學物理實驗能培養學生達到以下幾點科學實驗能力及實驗目的：
1.通過對實驗現象的觀察分析和物理量的測量，能夠更好的加深對理論知識的學習，對定義、定律更深刻的理解；
2.通過對實驗儀器的調試和使用，能夠更好地培養學生動手動腦的能力及臨時處理突發事件的能力；
3.通過對實驗數據的處理及圖像的繪制，能夠更好地培養學生對數據的保留與取舍及結果的正確判斷與分析；
4.通過實驗能使學生以獨立或合作的方式設計一些基礎性實驗，從而培養他們獨立思考問題，合作完成工作的意識。
二、做好我國大學物理實驗前的準備工作
實驗課又不同于理論課程，有它自身的獨特性，因此，在實驗前必須做好以下幾點工作。
（一）實驗理論知識的學習。實驗前對實驗理論知識的學習是做好實驗的前提條件。實驗理論知識的學習主要是指在實驗前要對實驗目的、實驗原理的熟練掌握，清楚地知道實驗的要達到的任務及其所采用的方法，在實驗時才能游刃有余地解決實驗中所遇到的問題，才能保障實驗的順利完成。
（二）實驗設備的準備及調試。在懂得了實驗目的及原理的基礎上，才知道實驗所需要哪些實驗設備，及其儀器參數的要求。不但要對所做實驗設備準備齊全，而且儀器的擺放也要符合實驗要求，并且要對實驗儀器按照實驗要求進行調試。若中間任何一個環節出現錯誤都可能影響實驗效果，甚至導致實驗失敗，所以，實驗前設備的準備及儀器的調試是做好實驗的基本條件。
三、做好我國大學物理實驗中的具體工作
（一）實驗儀器的規范使用。不同的儀器設備有不同的使用方法及其操作步驟，一定要按照儀器說明書來正確操作使用。要輕拿輕放，要確保儀器設備在安全有效的參數范圍內使用。不然，給實驗結果會造成較大誤差，甚至導致實驗的失敗。
（二）實驗步驟的合理安排。根據實驗原理及實驗內容來合理安排實驗步驟是高效完成實驗的關鍵。對于實驗步驟要熟悉掌握，給夠給出一個合理的分工安排體系。大學物理實驗一般都是小組實驗，先測哪些量，測幾組數據，誰來測等的分工安排一定要合理明確，才能在規定的時間內順利完成。
（三）實驗中突發事件的處理。實驗課不同于理論課，大學物理實驗中的很多力學、電磁學、近代物理等實驗都會用到高壓電，電壓可達到380伏甚至會更高，一定要保證學生和實驗師的人身安全；也要保障實驗室的財產安全。實驗中要做好一切安全應急措施，確保萬無一失，是做好實驗的基本保障。
四、做好我國大學物理試驗后的工作
當試驗完成后并非一切都結束了，實驗后的收尾工作也顯得十分重要，這樣更有利于下次實驗及儀器設備壽命的延長使用。
（一）試驗后的檢查。試驗后的檢查主要是指數據是否記漏、設備是否完好、配件是否丟失、開關是否關閉、電源是否切斷等事項的檢查，以確保下組人員能夠繼續做實驗。
（二）試驗后的儀器保養及衛生。由于實驗室所使用的是精度較高的儀器設備，不同于其它上教室課時使用的桌椅，對實驗室儀器的保養及實驗室內的衛生也有著很高的要求。實驗完畢后注意儀器的保養：該擦洗的要擦洗，該涂油的涂；地面該掃的掃，該拖的拖。有些儀器怕強光照射，窗簾該拉的要拉上，好的保養及衛生更有利于延長儀器的使用壽命。
大學物理實驗目前按教學類型分有公共必修實驗，仿真實驗，開放實驗，遠程網絡實驗等。公共必修的實驗按教學內容分針對不同類別也有所不同。一般像我校類的綜合性大學，專業較多，學生來自全國各地，物理基礎不太相同，各專業對物理的要求也不一樣。普遍實行物理實驗開課分類進行。各專業針對不同的需求選擇不同類別。我校的物理實驗課共兩個類別，分別稱為A,B類。A類48學時，B類30學時。B類相應對物理要求較低的專業，比如農業養殖類一般選擇B類，其他理工科類選擇A類。A類B類教學分層次也不同，A類分為三個教學改革視域下大學物理實驗管理現狀初探張鑫,李金玉（浙江海洋學院，浙江舟山316000）層次：基礎、提高、設計。B類分為兩個層次：基礎、提高。這樣的分類既避免了一刀切的問題，也符合了學生課業的需求。A,B類基礎層實驗相同以達到基本實驗能力的鍛煉，提高層，設計層實驗要求逐步提高,B類涉及的實驗相應減少和沒有。對于每個層次我們也有明確的要求和目標。基礎層要求規范實驗操作、撰寫合格實驗報告、定性分析實驗誤差，提交合格實驗報告。提高層目標設定為培養獨立實驗操作能力，能簡單分析和處理實驗中出現的問題，并能完整地定性和定量的分析實驗誤差，撰寫合格實驗報告。設計層要求自主選做，在自己查資料基礎上以論文形式提交科學報告或者實物和專利。教學分類和各層次目標明確，既有利于學生的能力的培養和積極性又有利于實驗的考核。避免了以往統一標準不重視學生創新性培養的狀況。
2.實驗預習內容和方式
每位同學進入實驗室前，必須做好實驗內容的預習，這一點毋庸質疑。有別于其他學科帶上書本就可以去學習的模式，實驗課是不同的。預習作為實驗前的準備是對實驗的必要的了解。只有做好預習才能保證實驗的順利進行。我們學校實驗前要對預習檢查，預習內容必須寫在實驗報告冊上。預習不要求重復累贅的抄寫書本上的內容，重點解決3個問題：做什么；根據什么去做；怎么做。基本內容包括：目的、原理、步驟、表格設計。也就是簡要的反映實驗前的準備。我校的預習報告可以參考書本和掛在網上的預習提綱。目前國內有些學校提出無紙化實驗，比如浙江師范大學和浙江大學，學生直接登陸到網絡服務器下載相關的實驗預習即可。預習形式雖然不同但實踐結果表明做好預習才能確保實驗的效果。相比于傳統的顯得過于呆板預習方式，通過網絡下載預習結合了現代計算機和網絡技術，是不是確實更加有效率，值得我們探討。
3.實驗過程程序和要求
進行實驗是大學實驗課的中心環節。實驗操作規范、獨立完成是我們的目標也是實驗的考核指標。經過一系列的變革我校實驗室以逐漸更新了實驗項目及提高了實驗條件以適應社會的需要和利于的人才培養。目前我校大學物理實驗室能保證每位學生單獨操作一臺儀器并對要求學生實驗按如下程序進行：一是進入實驗室后按編組找到對應的實驗儀器。二是實驗預習報告放在實驗桌上，待老師抽查并認真熟悉、檢查測量儀器、裝置是否完好，記下主要測量儀器的型號和主要參數包括測量范圍和精度，填寫實驗儀器使用登記本。三是根據儀器使用說明，正確安裝和調試儀器，按實驗步驟進行實驗，記錄數據，如有疑問可以及時向教師提出。四是實驗完畢后要及時整理數據，如有問題，應該重測和補測。原始數據必須記錄到實驗報告上，老師簽字后方可離開實驗室。教師在原始數據上簽字和以上其他程序要求一方面確保了學生抄襲篡改實驗數據另一方面創造了良好的實驗氛圍。因為通過這樣的方式進行實驗可以讓學生明白要獲得合理的數據必須通過自己正確的操作才有的。目前有許多高校采取網上報告的形式，他們的實驗數據由系統集中采集。這個方式可以通過系統自動處理并顯示結果。實驗操作還是由學生獨立完成，仍然強調的是學生的動手創新能力和科學實驗素養的培養。電腦化只是便于教師批閱實驗報告，提高了批閱的效率和準確度推進了實驗教學的信息化管理。基于層次不同老師的教學也是不同的，對于基礎層老師要進行講解和做簡單的演示；而提高層的同學們有了一定的實驗基礎，教師作出簡要的說明后重在學生自己實驗。設計層只需要實驗教師給出幾個可選擇的實驗而沒有具體資料，學生自行選擇實驗內容，實驗時間也不作嚴格規定，可以在兩周的時間完成實驗室工作。實驗重在培養學生的科學實驗能力，強調提高學生的自主能動性及利于學生的創新能力發展。
4.實驗報告的撰寫和形式
這是對實驗全過程的總結和深入理解的一個環節，應獨立完成，嚴禁抄襲實驗報告及修改原始數據。我校要求實驗結束后一周必須上交詳細的實驗報告。一般實驗報告采用統一冊子，報告包括要點有六項：實驗數據記錄；合理的表格設計；實驗數據填寫完整；有完整的實驗數據計算過程，有單位（包括作圖等）；實驗結果科學、正確的表達；有實驗結果的討論與誤差分析，提高層要有定量的誤差分析。其中實驗結果討論與誤差分析要求結合觀察到的現象進行結果分析，分析盡可能具體，定量或半定量，切忌空談。內容可包括影響誤差因素討論，系統誤差修正，結果的可靠性討論和同公認值比較分析等等。我國各大高校的大學物理實驗報告應時代的要求經過多方面的探索，不再是單一標準單一的形式，而是呈現多元化的特點。針對不同對象和階段，報告形式和內容有所不同。比如我校基礎層和提高層報告要求基本相識以報告形式提交，只是提高層要求做定量誤差分析。設計層實驗要求學生以科技小論文的形式報告實驗結果，也可以以PPT形式展示成果。這種多元報告形式也與目前我國許多高校一致，具體的要求可能有所差異但在報告方面的改革趨勢一致。
5.考核方式和標準
1.學生的學習興趣較弱，主觀能動性較差。提高性實驗階段增強學生的學習興趣，令其學習自覺性和主動性明顯提升。2.開放實驗室難以吸引學生，實驗室設備使用率低。拓展性實驗階段采用半開放形式，所開放實驗項目達幾十項，學生按興趣和專業在網上自選實驗，無教師授課情況下，解決實驗過程中出現的實際問題，并完成實驗；實驗設備使用率大幅度提高，實驗室基本無空置設備。
二、教學模式
三段式半開放實驗教學體系在“基礎、提高、拓展”教學階段采用不同的教學方式，循序漸進，使得學生由被動學習轉為主動學習，教師由自主授課轉為輔助咨詢，整個過程實現了學習以學生為主，教師為輔的狀態。基礎性實驗階段，采用固定教師，小班化啟發教學模式。授課時，教師結合板書、課件，面面俱到，講清楚每個實驗的關鍵和細節；實驗時，關注每個學生的操作狀況，指導到人，使得每個學生都感受到教師對其關注，保證每個學生能掌握基本工具和方法的運用，務求避免有個別學生只看不動手的狀況，啟發學生自己動腦，逐步培養學生的信心。經過第一階段后，學生對實驗將不再有膽怯心理，信心和自覺性得到明顯增強。提高性實驗階段，采用固定教師，小班化教學模式。授課時，教師點到即止，逐步減少實驗細節的講解；實驗時，視學生狀況不同，給予適當的引導和提示，使得學生理解理論跟實踐的差異，碰到問題能獨立思考，解決實際問題，能在以自己為主的狀況下，順利完成實驗。經過第二階段后，學生對實驗表現出較大主動性，實驗的預習和質量明顯提高。拓展性實驗階段，采用無教師授課，學生自由選擇實驗的半開放模式。整個第三階段開放實驗達25-30項，由所有教師分塊管理，指導教師的角色轉換為實驗管理員。網上公布所有第三階段實驗項目及課件，學生根據自己的興趣和專業，自由選擇，在規定時間內到實驗室，按黑板上書寫的提示，獨立完成實驗，所得數據由管理教師審閱、簽字確認。整個過程只有當學生碰到無法解決的狀況時，才會找管理教師咨詢和幫助。該階段所開放實驗項目和實驗設備均遠超前兩個階段。
三、創新特點
近年來，隨著國家對教育的日益重視，各高校實驗室都增大了投入，特別是硬件方面；而《大學物理實驗課程》作為一個常規的基礎公共課程，一般采用“大鍋飯”教學模式，即固定10-15個實驗項目，按順序授課。因此，一個矛盾日益突出———實驗設備越來越多，而使用率卻越來越低。針對這種情況，三段式半開放實驗教學體系具有以下三個突出特點：1.將原來的“大鍋飯”教學模式，分成“三段”，使得教學模塊化、層次化，循序漸進的教學模式更利于提高學生的實驗信心和學習興趣。2.“半開放”的第三階段，使得學生的知識面大為拓寬。第三階段的“半開放”使得整個課程所開放的實驗項目達35項以上，包括許多曾獲諾貝爾物理學獎的經典實驗，引發學生的巨大興趣，使得部分優秀的學生敢于參與到科學研究中來。3.基于半開放的模式，使得實驗室設備的使用率大大提高。自從采用三段式半開放實驗教學體系后，浙江大學城市學院大學物理實驗室歷年的實驗設備使用率均接近90%。
四、效果評價
(一)教學方式單一。教學方法是實現教育目的、完成教學任務的基本手段，它對于教學的成敗，學生智力的發展都起著重大的作用。由于物理實驗室數量有限、教師數量不足，每學期要承擔的大學實驗物理課程的任務繁重，因此在安排實驗物理課程的先后順序時，無法遵從實驗內容由易到難、由簡單到復雜的要求，也無法按照理論授課的先后順序科學安排實驗，并且由于條件限制，所有的實驗不分難易程度均為三個學時。這樣對于復雜的實驗而言，學生不可能在較短的時間內充分理解實驗原理、熟悉實驗儀器的操作使用并完成實驗。導致教師在實驗教學中講授的內容過多過細，對實驗原理、實驗步驟、儀器操作方法等都面面俱到。教師講授灌輸的成分較多，對學生啟發、引導的內容較少。學生基本是按照教師的講授或實驗講義要求進行操作、觀察現象、記錄數據。學生遇到問題不認真思考就找人代勞，甚至不好好預習也能將實驗完成，應付實驗的學生不在少數。這種教學方法陳舊、呆板，實驗操作過程簡單化和程式化，把有趣且生動的實驗物理變成了枯燥的技術訓練，不利于學生對創新能力的培養。
(二)實驗內容陳舊。隨著科技的不斷進步，物理科學的發展日新月異。新的實驗方法、新的實驗設備、以及新的科學分支都在不斷涌現，物理學時刻都在推陳出新。但是，大多數大學實驗物理教材內容更新緩慢、實驗教學與當今高新科技聯系很少，不能反映現代科技的發展，并且仍以驗證性實驗為主，而設計性和綜合性的實驗很少，每一個實驗項目的目的、原理、實驗步驟和實驗數據表格以及數據處理方法都寫的十分清楚，學生課前只須按照書本將上述內容羅列在實驗報告上，預習即可完成，實驗數據處理可以按照公式計算完成，輕松地就可以完成一個實驗項目。完成實驗報告也是處于機械被動的消極狀態，嚴重束縛了學生的創造性思維。
(三)成績考核標準偏低。大多數理工科大學實驗物理課程成績的評定方法是以平時的實驗報告作為學生成績評定依據，根據學生的預習、實驗操作過程、數據處理等綜合評定一個實驗項目，一學期所有實驗項目的綜合評定即為該學生的實驗成績。這種考核方式弊端很大，學生只要寫好實驗報告或考好試卷，就能得到很好的成績。成績測評是教學手段，目的在于正確反映學生掌握知識的程度和實際水平。由于學生的實驗報告單抄襲現象嚴重，報告雷同，學生實際情況難以如實反映。學生把更多的心思放在實驗報告和書本上，而忽視了動手能力的培養，這會導致學生產生懈怠心理，難以激發學生的創造性思維。
二、解決大學物理實驗教學法存在問題的對策
鑒于以上對大學物理實驗教學法現狀及存在問題的分析，為了提高大學實驗物理的教學質量，培養學生各方面的能力，我們對大學物理實驗教學法提出一些思路和解決方法。
(一)教學方法改革。隨著社會對人才的需求變化，各地高校在實驗物理教學方面進行了一系列有益的探索。例如啟發式教學、討論式教學和開放式教學等，這些改革有助于全面提高學生實驗素質和創造能力，在教學實踐中收到很好的效果。“興趣是最好的老師”，改革大學實驗物理的教學方法還需要激發學生的興趣。大學實驗物理是一門實驗學科，只有通過激發學生對大學實驗物理學習的濃厚興趣，才能創造條件提升對大學實驗物理的興趣。大學實驗物理競賽無疑是一種最有效的方法和手段，大學實驗物理學科競賽是在接受課堂教學的前提下，掌握基本理論知識和一定的實驗方法、技能的基礎上，以大學實驗物理學科競賽的方式，激發學生理論聯系實際和獨立的、協作的溝通能力，通過實踐來發現問題、分析問題和解決問題，增強學生學習和工作自信心的系列化活動。大學實驗物理學科競賽涉及對已有知識的綜合和擴展，強調思維的邏輯性、靈活性、創造性及創新性。大學實驗物理學科競賽是聯系課程教學與實踐創新的重要紐帶，是工科院校大學生創新能力提升的重要途徑及有效方法。同時大學實驗物理學科競賽也是工科院校教學過程中實現素質教育、創新人才培養目標的重要環節之一。
(二)教學內容改革。要從實驗項目上進行基本改革，不能按照以往的基本、驗證、綜合、設計性實驗進行簡單的劃分，要真正做到按照“增加層次、更新內容、開放實驗、因材施教”的思路進行實驗內容體系改革。1．預備性實驗。面向獨立學院理工科各專業的基礎實驗課，它主要包括測量誤差、有效數字和數據處理，物理學各分支學科的一些基本理論，物理實驗中的基本測量方法和測量技術，常用儀器的物理原理等，使學生基本掌握實驗物理中的基本方法，并能夠進行常用物理量的一般測量，掌握常用實驗儀器的調整和基本操作技術，為以后的實驗打下基礎。2．驗證性實驗。主要是一些典型的和近代相關驗證性實驗項目，而那些太過陳舊的，沒多大現實意義的項目要舍棄，這樣有利于培養學生多方面的實驗知識與技能、鍛煉動手能力和數據處理能力，培養塌實嚴謹、實事求是的科學態度。3．創新設計實驗。建立基礎的實驗平臺，不設具體實驗項目，主要讓學生自己動手組建相關的實驗項目。教師在授課過程中只教授基本原理這塊內容，項目的選擇及內容完全由學生自己選取，真正做到發揮學生的主動性和積極性，便于鍛煉學生的動手操作能力。4．研究性實驗。讓學生自己動手去設計相關的實驗項目，教師只負責提供儀器和檢驗實驗項目的可行性。有了前三個層次實驗的基本知識，學生在實驗設計和思路方面有了一定的基礎，在此基礎上可以加大實驗難度，讓學生自行查資料并設計相關的實驗內容，它主要培養學生運用各方面的理論知識與實驗知識解決實際問題、進行大膽設計與創新的能力，使學生成為創新性人才。
(三)考核方式改革。大學物理實驗教學法效果的好壞將直接影響到相關專業實踐課的開展。合理地評定實驗成績既可以提高學生對實驗課的興趣和重視程度，也可以提高實驗教學的質量，所以建立一套科學合理的實驗考核辦法是至關重要的。健全的實驗考核方法是提高實驗物理教學質量的重要手段。實驗考核，一方面可以檢查學生對本門課程實驗內容掌握的程度，鞏固學生學習成果，另一方面也是對教師教學效果的檢查，為進一步改進教學內容和方法提供有效依據。對學生實驗成績的考核，從考核方式上應包括實驗態度、操作技能的熟練程度及探索創新精神等，可以通過理論考核、實驗操作、實驗論文、交流心得體會，也可以幾種方式組合進行等，每次評定成績時都應該制定詳盡的方案和評定細則，還應該結合平時成績以及在成績考核中加入一些加分環節。對每一節實驗課的考查，都要從預習－課堂－課后等幾方面有一套的考核方法，使學生能夠腳踏實地地學習。還可以把提出創新思想和作品的學生納入期末加分對象，課外自主科研活動的產出也可申請加分，如此一來，學生就更有動力去參與課外自主科研活動了，更是一種激勵措施。
三、結語
物理實驗不同于一般的科研，尤其是大學的物理實驗需要學生自己進行實驗的操作，得出數據，進行數據的處理，寫出實驗報告。學生進行物理實驗鍛煉的是操作實踐能力，如果完全利用計算機進行操作無疑會降低學生的動手能力，所以計算機應該作為輔助手段，或者是發揮其在物理實驗中的特殊作用。
2多媒體技術在大學物理實驗中的應用
物理實驗的計算機應用其一就是利用多媒體技術進行物理實驗的教學。隨著科學技術的高速發展，傳統物理實驗的教學已經無法適應現代社會的發展，勢必要求改變物理實驗的教學方法，而計算機尤其是多媒體技術的應用滿足了現在物理實驗的要求。
2.1利用多媒體技術進行教學
大學物理學承擔著培養新型人才的重任。物理實驗涉及面比較廣，但是實驗課時間有限，所以傳統的物理實驗往往無法讓學生充分的學習和操作，老師的講解也是“填鴨式”，完全按照課本的操作步驟讓學習進修操作，得到的數據往往也是根據課本上的公式得出的。而對媒體技術的引入，能夠讓教師獲得最先進、最前沿的物理實驗知識，讓學生的視野開闊，動手意愿更強，培養學生的創新意識和創新思維。能夠豐富實驗教材，方便學生進行學習，客服傳統物理實驗教學的弊端。利用多媒體技術制作物理實驗教學的課件，能夠大大提高教學效果。物理實驗的操作過程往往不具體，有些抽象描述如果利用傳統的教學模式無法直觀的表達給學生，而多媒體技術能夠利用計算機的模擬技術，將一些抽象的描述具體化為圖像、表格等，讓學生能夠直觀了解物理實驗的信息。比如大學物理實驗當中的“霍爾效應”中平衡態的建立過程，就需要利用多媒體技術，將實驗中本來瞬間完成的動作放慢，讓學生仔細的進行觀察和理解。多媒體技術能夠使用計算機技術當中的PowerPoint，Flash等制作物理實驗課件，先讓學生近距離、科學的接觸物理實驗，能夠掌握模擬實驗的基本步驟，這樣在進行具體的物理實驗過程當中就會得心應手，更好的鞏固已經學習的理論知識。教師還可以利用網絡將已經制作好的課件上傳到網上，方便學生自行學習。
2.2利用多媒體技術進行教學管理
物理實驗過程中，由于實驗室的設備有限，所以一般上物理實驗課都需要老師進行學生的登記，進行學生成績的考察和記錄。這些工作通常比較繁瑣，浪費時間和精力。而多媒體技術的應用能夠方便老師利用計算機技術進行學生登記。學生還可以利用計算機技術在網上提前進行選課。多媒體技術在教學管理上的應用應該側重對管理系統軟件的開發，按照物理實驗的特殊教學管理模式開發相適應的系統軟件。
3計算機仿真實驗在物理實驗中的應用
隨著仿真技術的快速發展，計算機仿真實驗也隨之出現了。所謂的計算機仿真實驗就是虛擬實驗環境，能夠節約實驗室資源的利用和消耗，是利用現代科技的典型。
3.1計算機仿真技術在物理實驗中的作用
目前計算機仿真技術應用于物理實驗當中，大多數高校學生都稱仿真物理實驗儀器具有較高的仿真度、圖像和文字一起能夠增強學習的樂趣。其中，調節仿真儀器可以模擬真實的操作儀器，從而減少對真實儀器的損害，而且學生出現錯誤時候，能夠智能的提供幫助。再次，仿真實驗系統是利用計算機技術進行的，所以能夠在網絡上進行傳播，實現資源的共享。
3.2仿真實驗在物理實驗中應用的現狀
3.2.1仿真實驗在我國的產生和優勢
我國對物理實驗中的仿真實驗起步比西方發達國家晚，但是后來者居上，我國也開發了一些非常好的仿真軟件，主要集中于一些技術較先進的單位，比如中國科技大學物理實驗中的仿真實驗，為物理實驗的教學模式提供了新的借鑒，該仿真實驗主要是充分發揮了計算機的功效，將教學內容和學習者的操作融為一體，方便了一些沒有接觸過實驗的學生進行仿真模擬，對操作儀器和操作過程有了更加直觀的認識。仿真實驗在大學物理實驗中有很多優勢，第一，仿真儀器可以進行拆卸，從而更好地對儀器進行觀察，讓學生和老師對儀器有更進一步的了解和認識。第二，可以隨意產生實驗中待定的物理量，從而適應不同的學習階段要求，滿足不同學生的學習需求。第三，能夠模擬實驗的誤差，從而對實驗的質量進行綜合的評價。第四，將學生所做的物理實驗得出的數據進行存儲，方便學生進行查閱，方便分析資料。
3.2.2仿真實驗的具體案例
某大學的物理實驗面臨著資源不充足和設備不先進的局限，為了滿足更多學生的需求，為了方便教師對物理實驗的學生報告進行更準確的核實，該校利用計算機仿真技術開發了新的物理實驗網絡教學管理系統，這個系統的基礎就是利用互聯網而產生的。整個系統的設置采用了教學大綱的實驗模式，包括實驗儀器、實驗原理等很多模塊，主要分為基本模塊和附加模塊。
4總結
①演示實驗和以往的科研類型的實驗和教學類型的實驗都不相同，演示實驗試將前者進行了創新結合，學習和研究兼顧，使得學生自主獲得知識的能力得到了培養。傳統的科研還有教學實驗項目不在演示實驗的承擔范圍中，只是擔負別具一格的教學任務，即擔負設計、調配、判斷還有改進和評論以及總結等。合理利用演示實驗室的儀器，建立開放實驗項目要求根據實驗儀器進行合理安排實驗，因地制宜進行教學。
②演示實驗儀器最適合做開放性實驗項目。儀器種類多，相較于其他的實驗室，它在管理方上比較靈活，同學可以利用課余時間等等來使用這些儀器。再者，這樣的實驗教學方式十分機動，教學形式較其它方式自由，學生可依照自己的選擇來挑選儀器，激發了學生的學習興趣。
③對創造能力的發揮有推動作用。通過這樣的方式有利于學生將其知識向能力轉變，學生的實踐活動的范圍經由他們對儀器的組裝而擴大。學生可以發揮自己的穿鑿能力，也為其科研能力的培養奠定了基礎。
④發達水平較低的地區更適用于使用這種教學方式。還可用于對文科大學物理的實踐性教學。這種辦學思想見效快，且對儀器的投資較少，適合在發展水平不高的地區進行推廣。
⑤設計性實驗用于學生選做實驗階段，主要以對學生綜合素質和綜合能力的培養為主，答辯式、研究式的教學法被這樣的試驗方式所采用。在該階段，經由教師提供實驗的項目，學生依據自身的興趣愛好，進行選擇，通過對資料的查閱以及調研，對理論進行推理驗證，以確定實驗的方法，從而自行對實驗的裝備進行選擇，并獨立地完成實驗。并且在結束試驗之后進行相關經驗的總結和進行論文的撰寫。綜合設計性實驗項目在教育模式方面的主體是教育者，學生的主題活動形式更加具有了實踐和創造性，教育的內容充分考慮到學生和受教育者的需求，學生和教師從課程教學計劃的實施者向設計者轉變，以前的制度化的課程（經由事先確定）也向學生在一定的框架之下進行自主選擇的持續變化的活動內容發生轉化，學生的個體需求在這樣動態化的課堂當中得到了饜足，學生作為主體的活動也得到了積極調動，很多方面都相對于之前的實驗室有了很大的不同。以自我為主體在活動中得到了充分展現。學生對活動的積極參與也將自身的能動作用進行了積極調動，學生實現了自主學習，實現了創造的機會，充分展示了他們的獨特之處，他們獨立發現和思考并解決遇到的問題的能力在暢游于儀器的“海洋”中得到了體現，對課堂教學要創新這一要求在“從任務到觀察到行動到問題到反思到解決”的模式中得到了彰顯。所以，這樣的演示實驗室可以滿足創新教育的需求。對這樣的實驗室的合理科學的利用來建設設計性和綜合性的實驗項目有利于特色化創新教育的進展，這也為以后的實驗室建設發展提供了優良的空間。
2演示實驗室分層次開放的思路與方法
利用現有的儀器設備，分層次對不同專業學生分層次實施不同的實驗項目，加以輔助材料設計一些物理實驗。分為4個層次的實驗專區。
①物理基礎演示實驗，主要針對文科專業學生進行開放。旨在培養文科大學生的自然科學素養。實驗從物理基礎知識為出發點，其內容簡單，應用廣泛。主要以定性研究為主。這類實驗有：能量穿梭機———主要利用機械能守恒，動能與勢能之間的相互轉化，有蒸汽機的模型，還有有趣的光學趣味實驗等。
②對大學理科專業的學生開設的一些與大學物理相關定性實驗，如：李薩如圖像變換、海市蜃樓的模擬原理、電磁加速器的現象及原理等。
③綜合性及自主設計性的實驗，主要針對物理專業大三、大四的學生，在對物理實驗基礎上開設一些綜合性的實驗。例如：激光調腔實驗的研究、多普勒效應的演示、激光竊聽等。根據學生的理論及實驗基礎的特點，由學生自行設計，在實驗老師的協助指導下完成課題的研究。
④培養師資教學技能。利用一些常用儀器演示實驗，如：靜電屏蔽與高壓尖端放電實驗研究，進而研發多種演示小實驗：靜電噴水現象“、電風”吹滅蠟燭等實驗。為以后開展基礎實驗教學示范基地，培養欠發達地區師資力量做好硬件資源的儲備工作。還可以開設一些與中學物理和大學物理實驗均有關聯的實驗，構建實驗預備區，為中學物理與大學物理知識銜接做好準備工作。
3理論價值與應用前景
物理設計性實驗室的開設要建立在學院的實驗能力的基礎之上，需要學員在解決或者實際測量的問題當中將物理的知識還有實驗的技能加以運用。以后的專業課程和科學的訓練還有學術研究的進行要經由學員通過分析和解決問題將自己的理論知識轉變為自己對實際的問題的解決來進行訓練。考驗學員的物理實驗基本功的把握程度的有效途徑就是設計性實驗室。設計性實驗室同時也是可以使學生發現和解決問題的個人能力得到提高的有效方法。在這個過程當中，學員的學習樂趣將會通過自己對材料的查閱和對方案的比較，自己設計切合原理的實驗操作步驟得以充分體會。該實驗室的開始有利于學員結合自身的相關知識，達到學習和發展能力的有機統一，實驗教師也由此更加便于了解其情況，并為其找到適合的教學方向和制定合適的教學方法。演示實驗室的開放對不同層次的學習者有著深遠的影響，及早地開展物理演示實驗室分層次開放實驗并及時實施有著重要的實踐價值及深遠的意義。
①可以激發實驗人員的創新能力，提高技術能力，促進他們之間的技術交流；
②可以節省或暫時緩解資金問題，進一步提高了該校設備的可利用價值和利用率。
③可建立教師與同學進行互動的平臺，提高物理專業學生動手動腦的能力、有利于開展文科大學生對物理學科的科學素養的培養，同時提高教師教學和科研能力。
我校大學物理實驗室2008年獲評自治區級物理實驗示范中心，2009年以來，學校先后投入300萬余元，實驗項目總數由最初的16個增加到目前的40個，同時投入近50萬元對已淘汰的實驗儀器進行改造。實驗室每學期承擔著學校約4000名本科生的教學任務。每名學生需修完16個實驗項目(春學期8個+秋學期8個)。針對這樣龐大的教學工作量，如何為學生合理地安排實驗項目?為避免與學生其他課程上課時間沖突，一直以來都采取傳統的手工排課方式。每學期第一周，教師為每名學生手工安排一學期每個實驗的上課時間和地點，并制作成績記錄卡片。近年來，隨著學生數量的增長和可開設實驗項目的增加，手工排課的弊病也不斷暴露:(1)很難針對學生專業背景的不同以及學生的個人興趣安排實驗項目;(2)部分學生周一至周五沒有合適的上課時間，只能將實驗時間延長到周六或周日;(3)教師排課任務繁重;(4)學期末手工計算實驗成績工作量大，且容易出錯。隨著網絡技術的發展，實驗教學的開放式管理已是必然趨勢。2012年開始著手建設物理實驗網絡化教學與管理平臺。經過近二年的努力，大學物理實驗選課和成績管理系統的平臺已基本搭建成功。然而，在運行期間也暴露出了一系列亟待解決的問題:(1)由于學生實現了實驗項目的自主選擇，上課時間的自由選擇，每次上課的學生專業背景互不相同，知識層次參差不齊。由于同班級的學生不在同一時間和同一實驗室上課，不能相互提醒，經常出現遲到、記錯實驗時間和實驗項目的現象。(2)出現扎堆兒選課現象，例如，臨近節假日和期末考試的時間選課的學生較少;少部分選課晚的學生由于可選擇的上課時間較少且與其他課程沖突，不能成功選課，上述種種現象造成實驗室資源的不合理利用。(3)實驗報告單的管理比較混亂，由于部分實驗學生不能在課堂上完成數據處理，課后學生不能及時將紙質報告提交到任課教師處，造成學生實驗成績不及格等現象。(4)學生替做實驗的現象增加。我們對上述問題進行了理性的分析和思考。實驗教學的開放式管理是新型的教學管理模式，豐富了大學物理實驗課的教學內容，實現了多元化教學方式;充分利用網絡資源，擴大學生的知識面，避免了傳統實驗教學的單一性;實現了大學物理實驗課程的開放，為分專業、模塊化教學改革的實施奠定了基礎。但任何客觀事物都應具有兩面性，物理實驗教學的完全開放并不適應我校的校情。因為:(1)我校學生多數畢業于縣級、盟市級高中，且大多來自農村，區內外生源比例接近1∶1，整體生源質量處中等偏下水平。2013年的招錄分數情況顯示，內蒙古本科一批次第一志愿平均錄取分數:488.6;內蒙古本科二批次第一志愿平均錄取分數:442.3。學生的整體層次較一、二線城市的985、211院校低很多，在進入大學后的學習缺乏自主性。(2)由于實驗條件限制，大部分學生對高中物理實驗常用儀器的基本操作僅停留在“看”的階段，且沒有形成好的實驗習慣。(3)盡管現在可開設的實驗項目已逾40個，但由于實驗室擺放儀器面積的限制，每學期可擺放的儀器種類受到一定限制。因此，我校學生并不能適應實驗教學的全開放式管理。鑒于上述考慮，我們提出適合我校校情的大學物理實驗開放教學對策。
2大學物理實驗開放教學對策
2.1合理地選排課
合理的選排課環節是學生能否順利完成實驗項目的前提，我們提出將手工排課和選課系統自主選課結合的辦法去克服目前出現的問題。學期初，教師首先將不同專業的學生分組，盡量保證同一班級的學生在同一時間段上課。接著，要求學生按照分組情況進入網絡選課系統自主選擇實驗項目。這樣的選課方法既統籌安排了實驗的教學過程，又體現了開放教學的自主性，其優點有:(1)學生上課時，可相互提醒，避免了因記錯上課時間而延誤實驗;(2)可指派班長或學習委員核查學生身份信息，有效遏制了學生替做實驗現象;(3)實現了學生根據自己的專業特色和學習興趣自主選擇實驗項目的教學目標;(4)選課系統已包括了成績管理的功能，學期末可直接導出學生的實驗平均成績，克服了手工計算實驗成績的冗繁過程。
2.2物理仿真實驗與考試系統
我校地處國家中西部，盡管隨著地區經濟和學校的發展，實驗條件已有很大改善、實驗項目亦在陸續增加，但與清華、北京大學等一流院校相比較，可供學生操作的實驗項目畢竟有限。仿真實驗是擴展課堂教學內容、拓展學生學習興趣、培養學生創新能力的有效教學手段。我校已于去年購買了中科大奧銳科技有限公司的大學物理仿真實驗系統和考試系統，該系統具有界面友好、實驗指導信息豐富，靈活選擇實驗儀器，實驗針對性強等優點。目前包含30個實驗項目:用單擺法測量重力加速度、交流諧振電路及介電常數的測量、熱敏電阻溫度特性研究實驗、用凱特擺測重力加速度、不良導體熱導率的測量、半導體溫度計的設計、雙臂電橋測低電阻實驗、動態磁滯回線的測量、溫度傳感器溫度特性測試與研究、示波器實驗、分光計實驗、設計萬用表實驗、聲速的測量、三線擺法測剛體的轉動慣量、測量銻化銦片的磁阻特性、偏振光的觀察與研究、干涉法測微小量(牛頓環和尖劈)、橢偏儀測折射率和薄膜厚度、邁克耳孫干涉儀、檢流計的特性研究、塞曼效應實驗、密立根油滴實驗、直流電橋測量電阻(自組式和箱式)、拉曼光譜實驗、光電效應和普朗克常量的測定、交流電橋、太陽能電池的特性測量、拉伸法測金屬絲的楊氏模量、霍爾效應實驗、光強調制法測光速。考核是實驗教學中的重要環節，也是教學過程和教學方法的重要組成部分。為此，我們購買了物理實驗考試評判系統。該系統包含了上述仿真實驗項目和試題庫，命題教師也可根據自己的教學情況自主命題。具體教學過程中，我們鼓勵學有余力的學生在修完必做實驗項目后，有選擇地完成仿真實驗。學期末，將根據仿真實驗的完成情況和考試成績，給予加分鼓勵。針對重修的學生，可要求其完成仿真實驗并進入考試系統進行測試。仿真實驗和考試系統的引入極大地豐富了大學物理實驗的教學內容教學的靈活性。
2.3實驗報告的評閱
我校大學物理實驗室對所有的學生實驗報告仍采取手工評閱方式。這種評閱方式造成報告評閱后不能及時、甚至無法返回到學生手中，以便學生查證自己實驗過程中存在的問題;同時也耗費了教師大量的精力。我們正在嘗試學生的部分實驗報告采用網絡自動評閱的方式進行，學生既可以及時查看自己的實驗成績，也可以發現自己實驗過程和結果中存在的問題。目前，已購買了中科大奧銳科技有限公司的實驗報告自動評閱系統，但實驗項目與我們開設的項目并不完全吻合，需進一步合作完善。
2.4開設實驗選修課和創新性實驗
為進一步實現大學物理實驗教學的開放，可以在每學期開設大學物理實驗選修課和創新性實驗。實驗選修課的儀器臺套數可以少一些，但實驗項目數要盡量多，有助于開拓有興趣學學物理實驗學生的學術視野、加強動手能力、形成良好的科研素養。創新性實驗主要基于現有廢舊儀器，鼓勵學生去改造發掘新功能，充分調動學生學習物理實驗的主觀能動性、培養學生的創新能力。
3結束語
全開放實驗教學模式對教學時間、教學空間、及教學內容上有很高的要求，應注意以下幾點要求：(1)從教學時間上看，教學時間的開放是指教師應給學生充足的實驗時間，根據教學內容、教學條件的整體情況，合理利用實驗系統，合理安排實驗開放時間，交由學生自主選擇，合理分配必做實驗和選做實驗時間，以全面掌握知識點為目標。(2)從教學空間上看，教學空間的開放是指教師應打破實驗室操作的局限性，不斷拓寬實驗地點，可充分利用遠程物理實驗平臺、物理實驗教學網站及虛擬仿真實驗等多種方式，讓學生可通過現代化網絡信息技術直接了解實驗項目的內容，從而充分利用實驗室外的資源。(3)從教學內容上看，教學內容的開放是指盡量提供較多選做實驗項目的基礎上，鼓勵學生結合生活實際，充分利用實驗器械和設備，自主完成實驗項目。在選擇實驗儀器的過程中，應盡量少選擇成熟的模塊儀器，避免學生通過枯燥的結果來驗證結果的現象，反而簡化了試驗中的動手操作。教師應選擇開放式的實驗器械，為學生提供相應的組件，加強學生自主設計實驗的能力。
（二）實驗項目設置
現階段，我國部分院校管理人沒有清晰認識到全開放實驗教學模式的真正意義，在實踐中，存在一定的局限性。已有的實驗項目都是經由試驗教學人員長期研究來編制的，具有覆蓋面廣、要求高的特點，部分學生在學習中有一定的困難，不利于學生試驗素質的提高。針對這一現狀，應根據教學實際情況，具有針對性的設置試驗項目。(1)教師應保證學生在試驗基本技能得到提升的基礎上，選擇試驗項目，教育工作者應結合教學條件和教學內容來合理挑選試驗項目，使其更加符合物理實驗教學的要求；(2)教師應精心挑選出具有代表性的試驗項目來培養學生的試驗基本技能，從而在有限時間內增強學生汲取知識的能力；(3)教師應在保證實驗室開放的基礎上，要求學生及時完成必做試驗，培養學生獨立研究的能力，讓學生自主學習。在這一過程中，為了杜絕因各班級人數差異造成的試驗器械不足或限制情況的發生，教育工作者應建立健全試驗預約體系，實現物理試驗有序化進行。
（三）試驗項目安排
實驗項目的安排也應根據課程進度進行合理調整，大部分儀器集成化程度較高，導致需要學生自主動手的情況較少。根據這類試驗的特征，可安排開放試驗或演示實驗，更加有效地鍛煉學生的動手能力。
（四）試驗教學評價
教育工作者在采用全開放試驗教學模式中，應對學生平時的試驗表現作出評價，其結果直接用來評價學生的技能水平，從而大大降低了期末考試的比重。完善學生評價體系，結合學生自主設計試驗中的表現給出綜合性評價。
（五）全開放試驗教學模式對教師的要求
在實施全開放試驗教學模式過程中，無論是試驗項目安排、設置、組織、管理及設計都是建立在一直高要求的教師隊伍之上的，這就對當代教師提出了很高的要求。教育工作者應積極建設網上教學資源，完善信息管理平臺，通過不斷的探索，總結不足和缺陷，使全開放試驗教學模式得以順利實施，從而提高學生的綜合能力及物理教學的整體水平。
（六）結束語
物理實驗被部分師生看著是專業理論課的附屬，學好學壞一個樣，重理論、輕實驗的現象依然比較普遍。在這種錯誤的思想認識下，物理實驗課在很多高校得不到應有的重視，導致出現了很多教學問題，如教師不認真備課、隨意刪減教學內容，學生課前不認真預習、實驗過程馬虎大意、編造數據等等。因此，從思想上提高師生對物理實驗課程的認識是首要解決的問題。應該認識到實驗教學和理論教學是相輔相成、互為補充的，只有處理好二者之間的關系，才能培養出全面的、適應社會發展的高素質人才。為此，實驗中心特別安排了一節緒論課來著重和同學們介紹物理實驗的地位和作用、實驗前的預習準備、實驗中的觀測與記錄、數據處理與誤差分析等相關知識。為了激發同學們的學習興趣，還會講一些實驗物理學家的趣事，例如奧托•馮•格里克的馬德保半球實驗，伽利略的比薩斜塔實驗，以及泊松光斑發現的過程中理論和實驗的完美結合等等。除此之外，就業是當今大學生非常關注的問題之一，從一些畢業生的反饋來說明物理實驗對工作態度和實踐能力的所起的促進作用，使學生充分認識到本課程的作用和重要性。從近年來的教學情況來看，課程開始階段正確有趣地引導學生重視物理實驗課程對后期的實驗教學順利開展有良好的促進作用。
2改進實驗教學內容
物理學是在實驗與理論緊密相互作用的基礎上發展起來的，期間成就了豐富的實驗內容，實驗方法和技術以及精妙的儀器設備。如何選取相關知識作為實驗教學內容是值得我們深思和探討的。為此，本實驗中心結合現代大學生的特點，做了如下幾個方面的改進:
(1)精選優化實驗教學內容
在保證基礎物理實驗對學生基本實驗素養培養的前提的下，一方面淘汰了或更新了一些存在重復和過時的內容，如電橋法和電位差計，其基本原理類似，只需保留其中一個就可以了。另一方面，對一些傳統的物理實驗內容在也做了一些改進和調整，如加入一些實驗背景的介紹，讓同學們了解科學發現的過程，這既能提高學生的學習興趣，又能潛移默化的提高了學生發現問題，解決問題的能力。此外，還集中制作了相關的電子課件，以動畫的形式激發學生的更多的學習興趣。
(2)注重實驗儀器的選取
現代的物理實驗儀器具有簡單，便于操作的優點，但同時由于高度集成化，很多功能就匯集成一個按鈕，這不便于學生真正理解現象背后的原理，也不利于學生動手能力的培養。因此，實驗中心刻意保留了很多傳統的實驗儀器，像電橋法，萬用表等都需要學生一根導線一根導線的去接，扭擺法需要自己動手用天平，游標卡尺等去測量重量和長度等。在購置新儀器的時候，都綜合考慮操作難易程度的平衡性，讓學生能真正從實驗過程中得到應有的知識和能力的提升。
(3)加大綜合和設計性實驗的比例
為了進一步培養學生的自主創新和動手能力，選擇的基礎實驗與綜合實驗和設計實驗的比例約為2:3。像電橋、楊氏模擬的測定、扭擺法等基礎實驗能很好地鍛煉了學生的實驗基本功，而像全息照相、赫茲共振以及自主設計簡單充電器等綜合和設計性實驗的內容與前沿科技和實際應用緊密聯系，這些實驗能在開拓學生視野、激發探索科學興趣的同時，也很好的培養了學生的自主創新能力。
(4)多樣化的實驗形式相互補充
實驗中心始終重視學生創新能力的培養，然而在必修的實驗中學生可以自由發揮的空間不多，因此在保證學生完成必修的實驗內容之外，我們整合資源，建立了一批開發性實驗室和演示實驗室。開放性實驗是以學生自主預習和操作為主，老師指導為輔形式完成一些學生感興趣的內容，如組裝收音機，利用廢舊材料(如易拉罐，塑料瓶等)演示像虹吸原理、共振現象和潛水艇的工作原理等。演示性實驗，如哈哈鏡、無根之水和彎曲的光線等集趣味性與科學性與一體，目的是讓更多的學生走進實驗室、走進科學，從而能在激發學生興趣的同時傳授一些內在的物理知識，取得了非常好的教學效果。
3建立科學的實驗教學評價體系
據了解，有很多學校的學生實驗成績的評定基本上是依據實驗報告或者是最后的筆試。這種評價方式過于片面，可能會導致某些學生不重視平時的實驗操作和打擊學生實驗的積極性，認為只要做好題、考好試就行了，這就背離了物理實驗的初衷。因此，實驗中心采取了如下改進措施:
(1)將課前預習納入評定體系
正如物理實驗課的緒論部分介紹的，粗大誤差必須要避免，這就要求學生課前要充分預習，了解實驗目的、原理和基本操作。雖然很多高校都要求學生預習，但是流于形式，執行的不是很好。為此，中心要求學生課前必須寫好預習報告，同時要求教師課前抽查提問，根據學生回答問題準確性和預習報告完成的情況，按等級對課前預習加以區分，并按比例將其計入該實驗的最后成績。在這個模式下，學生預習報告寫的非常認真，回答問題也很踴躍，達到了很好的預習效果。
(2)將課堂實驗操作為重點，納入考核體系。
培養學生的實踐動手能力是物理實驗最重要的目標。因此，盡量少些教科書式的灌輸講解，多留點時間給學生們自己動手操作。在實驗過程中，老師實時檢查每位同學的操作情況，對不正確的地方給予糾正和指導。為了激勵學生，同時對操作情況按照優、良、中、差進行評定，并納入最后的實驗成績。
(3)綜合評定實驗成績
實驗中心采用“2+4+4”模式評定單個實驗的成績，即預習報告(包括課堂提問)、課堂操作、實驗報告分別占成績的20%、40%、40%。這種評價模式突出了前期的預習和實踐動手能力的重要性，在這種導向下，學生會更加重視實驗操作過程，而不是僅僅完成一份實驗報告。同時，這樣評定的方式，從預習、操作和數據處理三個方面較為全面客觀的反映了學生對實驗的掌握和能力的提升情況。物理實驗的期末考核方式有多種，常見的有筆試、小論文和考核已做過的實驗等，這些方式各有優缺點。中心采取的方式是，將學期末的最后一個實驗作為考核實驗，要求授課老師簡單的介紹一下基本步驟和注意事項，其余由學生自己參照課本獨立完成，在這過程中，老師根據學生的操作情況，對每一步的完成情況評分，同時要求當堂完成實驗報告并上交，并將其考核成績按照30%的比例計入最后的總成績。
4結論
