摘要：虽然开放实验已经提出很多年，但是在具体开放实验的实施上依旧存在一定问题。文章以某普通本科高校为例，针对普通本科高校学生基础知识差异大、学习自觉性欠佳的特点，提出阶梯式大学物理开放实验模式，并对每种模式进行阐述和举例，旨在为普通本科高校大学物理开放实验提供参考。
关键词：普通本科高校；大学物理；开放实验
1研究背景
坚持“教书育人”理念，把本科教育放在人才培养的核心地位，物理实验教学是本科教学之中的基础，它连接各学科专业，是本科生最早接受的实践教学之一；同时，“以学生发展为中心”的一流本科课程建设和教学是高等学校一流本科人才培养的核心要素，必须给予足够重视[1]。通常，物理实验课教学对象是大一、大二学生。在普通本科高校，因地区和学校实验设施存在差异，学生具有基础知识能力差异大、学习自觉性不高的特点，造成学生对大学物理实验原理、操作和应用等掌握差异较大。开放实验历来可以作为基础实验的补充和扩展，培养学生的实际动手能力和技术创新能力等[2]。基于此，某普通本科高校在开设必修大学物理实验的基础上，开设大学物理开放实验，这样不仅可以最大限度地利用实验资源，更能够为培养国家需要的人才打下基础。
2某普通本科高校大学物理开放实验的实施模式
某普通本科高校将大学物理开放实验设置为阶梯式，可描述为再操作实验、拓展实验和创新实验，且依次加大难度，应用性、创新性和综合性逐步提高。再操作实验适合于未当堂理解所学知识的学生，他们可以通过课后实验再操作的方式，充分掌握课堂内容；拓展实验针对大多数学生，有利于学生对实验的全方面掌握；创新实验鼓励学生进行创新，满足学有余力学生的个性发展需求，且能够使其从实验中发现问题、解决问题，使实验科学与应用科学、创新科学相接轨。下面对此进行详细阐述。
2.1再操作实验
对于需要进行“再操作实验”的学生，可通过虚拟仿真平台进行预约、再操作，这样可避免开放实验人员拥堵及与课内实验冲突。学生通过观看平台上的授课视频等，在实验室进行同样仪器的操作，达到对课堂内容的熟知熟会。在这里，教师扮演的角色是管理者，学生扮演的角色是实验者、操作者[3]。
2.2拓展实验
拓展实验也可通过虚拟仿真平台预约。在普通本科高校，由于学生自主性和自制力的差异，完全依赖学生去实施开放实验操作具有很大的局限性。因此，为了督促学生，将开放实验以一定的权重加入实验总评中很有必要。例如，某普通本科高校采用“课内实验分（80%）+开放实验分（20%）”的方式进行总评计算。在该监督制度下，保证了受益群体的最大化和效果化。下面以太阳能电池实验、巨磁阻效应实验为例对拓展实验具体模式进行说明。（1）太阳能电池实验。在电池行业中，太阳能电池因最没有污染且空间最大，越来越受到世界各国的重视。课堂上太阳能电池实验的主要实验目的是测量太阳能电池的暗伏安特性和输出特性等，进而了解不同太阳能电池（单晶硅、多晶硅和非晶硅）的填充因子和转换效率等。太阳能电池实验如图1所示，其拓展实验除必要的测量（如输出特性）以外，更多侧重于太阳能电池的应用。如太阳能发电系统的工程应用、失配即遮挡对输出的影响及储能方式等。其目的是让学生将所学知识与实际联系起来，激发兴趣、加深理解，为以后再深造、就业等提供铺垫。（2）巨磁阻效应实验。巨磁阻效应（Giantmagnetoresistance,GMR）的发现将硬盘的容量提高到102～103G，其发现者也由此于2007年获得诺贝尔物理学奖。课堂中的GMR实验主要使学生掌握GMR的磁阻特性和磁电转换特性（包括模拟传感器和数字传感器）。GMR的拓展实验更加注重直观应用性。如测量齿轮的角位移，了解磁读写等。这有利于学生对所学知识的活学活用，增强学生的综合能力。
2.3创新实验
对于创新实验，采取“附加分”和“鼓励参赛”制度。针对“附加分”，实现实验形式的多样化，如在实验数据完整的基础上，还有相应的实验视频、图片等，可给予一定的附加分值。“鼓励参赛”制度，即采取教师和学生双向选择的方式进行参赛。教师扮演指导者、管理者和探讨者的角色[4]。在时间上更加自由，它不再局限于教师的上班时间，非上班时间也可以进行。鼓励学生参与创新实验，这样可以促进有强竞争力、综合能力学生的培养。下面以该校参加全国大学生物理实验竞赛（创新）为例进行说明。（1）实验讲课比赛。就讲课而言，虽然教师讲解的重难点更加清楚，但这种讲课方式在一定程度上缺乏学生的青春活力气息，或现代大学生所关注的社会点、新闻点等。通过让学生全程参与讲课比赛，不但有利于学生自主学习性、语言表达能力的培养，也有利于学生对该实验内容全面、系统地掌握。例如，该校学生在竞赛中对三线摆测定物体的转动惯量进行讲解，取得了全国一等奖的好成绩。该讲解主要体现在学会用三线摆法测定转动惯量和平行轴定理的验证。其中还涵盖了许多小的知识点，例如在实验开始前采用“误差均分原理”选择合适的实验仪器，转动惯量的叠加问题，刚体转动惯量与轴的位置有关（平行轴原理），转动惯量与三线摆摆动周期间的关系。除此之外，学生还要熟知实验原理、实验设计、实验内容、实验仪器操作等，也要提出实验问题和解决方法，并设计出实验报告。（2）实验创新比赛。重力加速度的测定是一个常见的实验，然而在家精确地测定重力加速度并非易事。课堂上，学生通过教师对Phyphox软件的简单讲解，了解到这款软件内置诸多传感器，如加速度、磁力和光传感器等，利用这些传感器可以实现对不同物理量的测量。基于此，学生想到可以利用该软件的磁力传感器和光传感器实现较精确的重力加速度测量，便于达到自制实验、随手实验、在家做实验的目的。在实验设计上，学生在铁架台顶端挂上弹簧，并在其下方挂上钩码，钩码的下方安装自制光源（或轻小弱磁铁），在弹簧的正下方放置智能手机，采用手机传感器的Phyphox-light软件（或Phyphox-magnetometer软件）采集光强（或磁场强度）的实时数据和图像；随后，采用Matlab软件对数据进行处理，可计算弹簧劲度系数与重力加速度，并进行误差分析，如图2所示。该实验充分利用智能手机中的传感器，进行简单、有趣且有创新性的实验，激发了学生的自主学习能力、创新能力及实践应用能力。
3结束语
文章就某普通本科高校实施的“阶梯式”大学物理开放实验方式进行总结和举例分析，按照权重评分和鼓励学生参赛，可有效解决学生基础知识差异大、学习自觉性欠佳的问题，激发学生实验兴趣。另外，将信息化与大学物理开放实验相结合，师生除利用虚拟仿真实验等资源外，还需针对该校学生特点，充分开发该校自有平台和实验项目，促进实验教学改革。
参考文献：
[1]宋蓓.大学物理实验课程专业模块化教学探索[J].造纸装备及材料,2021,50(1):135-136+157.
[2]尤玉,魏梦丽,吕凯,等.基于锂硫电池科研平台的开放实验设计与研究[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2021,39(1):149-152+170.
[3]刘潇,孔慧君.新建应用型本科大学物理实验教学探讨[J].河南机电高等专科学校学报,2019,27(5):71-73.
[4]张凤琴,林晓珑,王逍.创新人才培养下的大学物理实验教学改革研究[J].大学物理,2017,36(3):36-39.
作者：田孟琪 成鹏飞 李连碧 单位：西安工程大学理学院