福建师范大学物理学实验教学中心

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一、中心建设与发展历程

福建师范大学是一所百年老校，早在1938年就在学校前身校福建协和大学成立了物理系，我国著名物理学家林兰英院士毕业于该系并于1940—1948年在该系任教，且承担过普通物理实验课的教学，还编写了《光学实验教程》一书。

随着改革开放，特别是近年来教学质量工程的启动，对实验室的投入不断加大，物理实验室得到了蓬勃的发展。2000年学校正式成立物理学实验教学中心，中心由原来的大学物理实验室、近代物理实验室、普通物理实验室和中学物理教学法实验室整合而成。2004年学校启动了新校区（旗山）理工实验室建设项目“物理学实验教学中心”，建设了大学物理、近代物理、创新物理三大实验平台，设备台件数为2013，总投入近1025万元，近五年总经费投入达到882万元。大学城新校区中心实验室的建成及启用，使中心实验室面积达到4500m2，面向18个专业，共开设出123个基础性、综合性、研究性实验，年实验人时数达150636。

福建师范大学物理学实验教学中心隶属学校一级管理，学校任命具有教授职称的教师担任示范中心主任，全面负责中心规划和建设。中心设主任1名，常务副主任1名、副主任1名。中心主任负责中心的实验室建设、实验教学管理与其他日常工作的管理。中心成立物理实验教学指导委员会，负责实验课程教学大纲、实验课程教学内容和实验项目等审定工作，充分发挥其对实验教学的决策和引导作用。

中心拥有一支高水平的、年轻的物理实验教学和科研的队伍。中心的三位正、副主任分别为黄志高教授、赖恒教授和赖发春教授，他们20多年来一直从事物理实验教学工作。中心坚持以科研促教改，以老带新，依托凝聚态物理、光学工程省重点学科、物理学一级硕士点和光学工程一级博士点，全面提升教学科研水平。现有专职人员40人，其中有教授6人，副教授和高级实验师12人；有博士学位的11人，硕士学位16人，平均年龄37.7岁。

十多年来，大学物理实验教学团队以国家级物理实验教学示范中心为平台、以“大学物理实验”国家级精品课程为依托，开展了一系列的实验教学改革的实践与创新，以“规范性、先进性、创新性和应用性”为培养目标，提出并实践“阶段化”的课程体系、“单元化”的教学模式和“现代化”的新型教学模式，创建“一特色，三阶段，五模块，七课程”新课程体系，探索出一个特色鲜明的新教学模式。为实施新的教学模式编辑出版了一套大学物理实验系列新教材。以网络化的物理实验室、大学生物理创新实验室及报告会和实验技能竞赛等为平台，营造创新人才培养的多元化教学环境。提出并实施“以教改带动师资队伍建设、以学科促进实验教学改革”新思路，建设了一支年轻的、居国内先进水平的物理实验的教学团队。从1992年开始，中心就开始了系列的教学改革，历经16年开展物理实验教学实践、改革和创新。现拥有国家级教学名师1名，国家级实验教学示范中心1个，国家级精品课程1门，国家级特色专业1个；还拥有省级教学成果奖2项，省级精品课程1门，省级教学团队1个，省级大学生创新性实验计划项目3项。具体成果为：2001年《面向21世纪高师物理实验新教学模式的实践与研究》获得省优秀教学成果二等奖；2005年《大学物理实验教学改革与实践》获得福建省优秀教学成果一等奖；2006年《波传播实质演示仪》获第六届全国优秀自制教具评选二等奖；2007年“大学物理实验”评为国家级精品课程；2007年物理学实验教学中心评为国家级实验教学示范中心；2007年获得3项省级大学生创新性实验计划项目；2008年黄志高教授获得国家级教学名师奖；2008年《大学物理实验》在高等教育出版社出版；2008年“近代物理实验”评为省级精品课程；2008年物理学专业评为国家级特色专业。

二、实验教学理念与改革思路

1.实验教学定位

1990年，实验室就提出了“加强基础、严格规范、分流培养”的实验教学培养模式，突出“三基”（基本知识、基本技能和基本方法”、实验基本素养（规范）及因材施教的教学思想。1997年以来，确立了“规范性、先进性、创新性和应用性”的培养目标和“阶段化、单元化、现代化”的新教学模式。

福建师范大学的物理实验课程的定位主要体现在：

① 课程体系由三阶段（衔接阶段、规范阶段和提高阶段）和五模块（基础实验、规范实验、提高实验、师范特色实验和科研创新实验）组成。各阶段和各模块培养目标各有侧重，以因材施教为原则，实行分层次教学，为学生提供个性化的教学环境。

② 营造多元化的创新人才培养的教学环境，促进大学生实践能力和创新能力的培养与提高。

③ 以凝聚态物理和光学工程两个省级重点学科，及教育部重点实验室为依托，将科研成果尽可能融入本科教学之中。

2.实验教学改革思路、方案及规划

十多年来，中心始终坚持“规范性、先进性、创新性和应用性”的培养目标，着重培养学生的实践能力和创新能力。主要实验教学改革思路及规划为：

（1）坚持“阶段化、单元化、现代化”的新型教学模式。该模式的核心是：第一，阶段化，即把大学物理实验视为一个整体，有目标地把三年的物理实验分为三个“大阶段”，而把每门课分为三个“小阶段”进行教学和考核。大阶段：与中学物理实验教育的衔接阶段—规范阶段—提高阶段。小阶段：基础实验阶段—选做实验阶段—设计性、研究性实验阶段。第二，课程教学内容和新教材具有单元化特点。这里单元化有两种含义，其一是物理实验教材的编写是以某一物理量或某一实验技术为主线组成一个由易到难、由经典到现代的知识单元；其二是教学过程的单元化。第三，突出“现代化”，实现教学观念、教学方法、教学内容和教学手段的现代化，把新技术、新材料、新方法引入实验教学内容中。

（2）进一步提高“三性”（综合性、研究性与设计性）实验的比例。近年来，通过新校区实验室建设，中心把传感器技术（PASCO系统加上计算机控制、测量和数据处理等）全面引入力学、电磁学、光学和现代物理实验，使实验内容新颖，并通过传感与纳米材料及其器件的研究，大幅度地增加光电效应、磁电阻效应、纳米技术等设计性、研究性实验。今后，还要结合科学研究课题和学科发展的新方向，开设新的研究性实验。

（3）坚持把“物理实验的设计与研究”、“物理实验方法”、“物理实验思想”贯穿于实验教学内容，全面提高学生的物理实验素养。

（4）以网络化的物理实验室、大学生物理创新实验室及报告会和实验技能竞赛等为平台营造创新人才培养的多元化教学环境，通过这些教学方法和手段的变革，培养与提高大学生的实践能力和创新能力。

（5）坚持师范性，服务基础教育。建立了中学物理多媒体课件开发室、中学物理实验室、教具设计和制作实验室。全面提高师范生的实验技能和教学技能。

（6）实行实验室与实验教学管理的信息化管理、提高实验室开放的水平。在进行开放时，要做到四个“结合”：课内实验开放与课外实验开放相结合；开放实验与设计性、综合性、研究性实验相结合；开放性实验与课外科技活动（科技竞赛）相结合；开放性实验要与科研课题、项目相结合。

（7）利用区域和地方优势开放办学，指导新办本科院校开展物理实验课程和实验中心的规划与建设。加强与我国台湾、东南亚地区大学的合作，共同开发物理实验教学资源。计划召开海峡两岸物理实验教学研讨会，推动两岸物理教学与研究的互动。

三、实验教学体系与内容

物理学专业物理实验体系框图，概括说，体现“一特色，三阶段，五模块，七课程”。

这里，“一特色”，即体现师范特色的中学物理实验研究课程，侧重于结合中学物理新课程改革对实验教学内容的要求探究实验教学规律，并培养学生自制教具的能力。

“三阶段”，即把大学物理实验视为一个整体，有目标地把四年的物理实验分为三个“大阶段”，而把每门课分为三个“小阶段”进行教学和考核。大阶段：与中学物理实验教育的衔接阶段—规范阶段—提高阶段。小阶段：基础实验阶段—选做实验阶段—设计性、研究性实验阶段。

“五模块”，即把7门课程分为基础实验、规范实验、提高实验、师范特色实验和科研创新实验五个模块。中心十分重视科研创新实验对学生实践和创新能力的培养，结合研究性实验建立了“大学生物理创新实验室”，开设了纳米线、磁性薄膜、巨磁电阻材料、传感器应用、新材料设计等三十多个国际前沿课题项目。

“七课程”，即衔接阶段的“基础物理实验”课程，“规范阶段”的“力学和热学实验”、“电磁学实验”和“光学实验”课程，提高阶段的“实验物理选题”和“近代物理实验”，以及师范特色的《中学物理实验研究》课程。

在实验教学中，中心还十分突出实验的“现代化”，即注重把传统的教学内容与现代科学技术的新成果相结合，把科研成果融入教学内容，注重把实验教学与工程和社会应用实践结合。借助重点实验室和重点学科的科研项目和人才优势不断更新实验项目。把中心所列出的科研课题和研究论文与中心开设的研究性和设计性实验项目比较，不难发现，中心已经把多年来的教学和科研成果融入教学内容，并特别注意把新技术、新材料、新方法编入新教材。例如，开发传感器技术及应用，自制了波传播实质演示仪、多路温度控制仪、地图测量仪、变温电导特性和磁电阻测量仪。同时还购置了磁控溅射仪、X射线衍射仪、振动样品磁强计、高温超导测试仪、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、表面磁光仪、法拉第效应测试仪等适合做科学研究的较高级的仪器，开设了瞄准前沿研究的创新性、研究性实验。这些项目对于学生创新能力培养和自主训练起了重要的作用。最近，中心结合福建产业发展及海峡西岸经济区建设对人才要求的需要，申请建设中央与地方共建高校特色优势学科实验室——“纳米材料和纳米结构设计”及“高亮度LED光电性能测试平台”两个实验平台。

四、实验教学方法与手段

1.实验技术现代化

新校区实验室及中央与地方共建实验室建设经费的大力支持下，中心新增了大批比较先进的实验仪器设备，大大地提高了开设创新性实验的能力。磁控溅射仪、X射线衍射仪、振动样品磁强计、高温超导测试仪、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、表面磁光仪、紫外可见分光光度计等一批反映现代物理实验技术的大型精密仪器设备在实验教学中的运用，充分体现和保障了实验教学技术的先进性。

在实验教学过程中，通过结合使用VRML和FLASH技术，自行开发和设计模拟实验和网上仿真实验，研制了物理实验的CAI课件和“大学物理实验”的网络课程。与新教改模式相配套，中心研制的CAI课件主要包含6个板块，即预习检测、实验仪器、实验知识、实验内容、模拟实验和数据处理。与其他课件相比，中心的课件同样具有直观而富有动感的物理实验的计算机仿真、形象逼真的实物摄像—计算机处理—三维动画相结合的图像，而“预习检测”和“数据处理”两个板块形成了两大特点，前者用以检测学生的课前的预习情况，要求只有通过预习检测的学生才能进实验室实验；后者用于学生在实验过程中及时处理实验数据，以便发现问题及时修正或补做。这些对学生认识物理概念、物理过程、了解仪器，激发他们的学习兴趣，扩大信息量，提高教学效率起到了很好的作用。

开发了网络化的物理实验室。网络化的物理实验室代表了国内实验物理教学的一种潮流，它从时间、空间上对传统物理实验教学进行了延伸，可以全时性让学生参与物理实验课程学习，可节约大量的人力、物力，开辟了物理实验学习的新途径。学生利用校园网对实验教学内容进行课前预习和课后复习，使教学内容在时间和空间上得到延伸。开设网上虚拟物理实验课程为学生提供了主动学习的环境、师生交互平台、学生间讨论平台。同时使学生可以根据自己的时间，在任何地点自主地进行学习，开拓学生的眼界，满足不同层次学生的学习需求和给学生提供了自学物理实验的环境（网址http：//lab.fj nu.edu.cn/phy）。

2.教学方法及手段多样化

课程教学内容采用“单元化”的教学模式。这里单元化有两种含义，其一是物理实验教材的编写是以某一物理量或某一实验技术为主线组成一个由易到难、由经典到现代的知识单元；其二以某一物理量或某一实验技术为单元组织教学。在每个单元的引言中，评述了物理量（如电阻）测量的最经典方法，最新的测量方法（纳米结构材料的电阻、磁电阻测量），给学生打开一个个新知识的“天窗”。

在前面，中心介绍了“一特色，三阶段，五模块，七课程”物理学实验教学体系框图，与该体系相对应，在教学上采取了多层次的教学方式，对不同的阶段和模快采取不同的指导方法。例如，验证性实验是学生使用安排好的仪器在教师的指导下开展实验；综合性、设计性实验则突出“导”字，即学生自主选题，自行提出实验方案、实验方法，自行获取和分析实验数据并得出结论，在整个过程中教师仅作针对性的指导；研究性实验，其主要过程类似于综合性实验，但不同点在于“创新”二字，教师主要就“创新”点给予引导和确认。对于研究性实验，中心还安排研究生参与本科生的研究性实验的指导，这就在时间和空间上保证了本科实验教学形成自主式、合作式、研究式学习方式。

信息化实验网络平台，也称网络物理实验室，它们为学生提供了主动学习的环境、师生交互平台、学生间讨论的平台。学生利用该平台对实验教学内容进行课前预习和课后复习，使教学内容在时间和空间上得到延伸。学生可以根据自己的时间，在任何地点自主的进行学习，开拓学生的眼界，满足不同层次学生的学习需求和给学生提供了自学物理实验的环境，培养学生对实验的自学和创新能力。教师也可以在任何地点和时间对学生在网络上提出的问题进行回答和交流。光学实验网络课程的研制、光学网络虚拟实验系统分别获得福建省首批网络优秀课程一等奖和全国物理计算机多媒体课件大赛二等奖。

中学物理实验研究的主要目标是加强对师范生中学物理实验教学的组织与指导；学生在实验过程上主要在于探究式实验教学的设计、教具的应用与设计、实验教学的案例分析，教师所起的作用主要是“点评”。

3.实验考核科学化

建立了一套行之有效的考核办法。实验课程的考核既要检查学生掌握“三基”知识的情况，更要考核学生的实验创新能力。几年来，根据新教学模式，中心已经研究并实施了一整套行之有效的实验课程考核标准和办法，主要内容如下：

① 针对物理实验的特点，加强标准化题库建设。题库已投入使用多年，并不断加以完善；

② 针对物理实验教学的特殊性，中心采用了灵活多样的考核方式，包括笔试、实验操作、报告和实验设计等多种形式，对每一种考核方式都有详细的评分细则，有章可循；

③ 认真总结和分析基础考试、操作考试的难度、信度、区分度、画出成绩分布图。每学期，要求主讲教师必须汇报本学期的教学和考试情况，总结经验，经分析比较，找出不足之处，及时改进教学方法，提高教学质量。

五、主要特点和特色

（1）以“规范性、先进性、创新性和应用性”为培养目标，提出并实践“阶段化”的课程体系、“单元化”的教学模式和“现代化”的新型教学模式，创建“一特色，三阶段，五模块，七课程”新课程体系，探索出一个特色鲜明的新教学模式。

（2）为实施新的教学模式编辑出版了一套大学物理实验系列新教材。该教材打破以往实验教材按一个个实验单一编排的框架，以阶段化、单元化为指导思想来构建新的教材体系，每个物理量测量方法的介绍从简单、经典到复杂、精密，直至国际前沿，给学生开设了一个个知识的“窗口”。特别将“物理实验的设计与研究”、“物理实验方法”、“物理实验思想”的内容首次编入实验教材中，这在国内同类物理实验教材的编写是一种创新，它真正把物理实验当做一门实验的科学。

（3）“以网络化的物理实验室、大学生物理创新实验室及报告会和实验技能竞赛等为平台，营造创新人才培养的多元化教学环境”，其思想与方法代表了国内外物理实验教学的最新发展方向，在国内具有先进性。在网络实验室学生可以根据自己的时间，在任何地点自主地进行学习，满足不同层次学生的学习需求，给学生提供了自学物理实验的环境，培养学生对实验的自学和创新能力。在大学生物理创新实验室，学生可根据爱好和兴趣自主选择研究课题或在导师指导下选择前沿课题开展研究。这些无疑对大学生实践能力和创新能力的培养具有重要意义。

（4）提出并实施“以教改带动师资队伍建设、以学科促进实验教学改革”新思路，建设了一支年轻的、居国内先进水平的物理实验的教学团队。团队坚持以科研促教改，以老带新，依托凝聚态物理、光学工程省重点学科、物理学一级硕士点和光学工程一级博士点，全面提升教学科研水平。