协同式创新物理实验平台的构建

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1、协同式创新物理实验平台的构建　　[摘要]为促进学生创新精神和实践能力的培养，文章根据协同理论，提出了创新物理实验平台的构建。学生通过该平台可以自主设计实验项目、选择实验仪器、制定实验计划、在教师的指导下在实验室完成实验项目并获得实验结果。该实验平台可以有效发挥教师、学生、实验技术员和实验仪器的协同作用，提高实验教学的质量。　　[关键词]协同式开放性创新物理实验　　[中图分类号]C4-4[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2013）012-0054-02　　一、物理实验平台的现状及不足　　物理实验是理工科院校进行科学实验基本训练的一门必修基础课，

2、是大学生接受系统实验方法和技能训练的开始，是进行科学训练的重要基础。基于这样的教学指导思想，传统的物理实验教学注重物理知识传授和操作技能训练，教学中实验仪器通常由实验室技术人员提前准备，实验时由学生被动地按照规定的实验项目，预定的实验目的、方法和步骤进行实验操作，处理实验数据，得到预期的实验结果，实验内容也是验证性实验居多，设计性实验少。这种教学模式不利于学生创新精神和实践能力的培养，教师的教研发展空间受到限制，实验技术人员设计、改进实验仪器的需求不足，仪器设备课外使用率不高。针对这种不利局面，我国很多高校建立了开放性实验教学管理模式，这种管理模式的开放形

3、式及管理模式是各高校实验教学改革的一项重大课题，许多高校教师及管理人员对此进行了研究并取得了一定成果。目前对开放实验室的研究与实践主要是解决如何充分利用实验室现有资源，更好地完成该学科实验课程教学任务，以及如何解决开放之后所带来的一系列仪器设备管理的问题。在教学实践中发现，大学物理实验的开放性教学还存在以下局限：一是实验室开放仅局限于单个物理实验的日常实验教学，不能满足学生综合型、研究型实验的需要；二是实验室仪器设备按实验项目分布在各个实验教室，实验员分实验项目进行管理，不能构建统一的创新物理实验平台，不利于学生自主进行实验研究，对提高学生实验创新能力的实

4、际作用有限。因此，进一步解放思想，拓展空间，通过协同式创新物理实验平台建设，实现实验室各种仪器设备资源以及师资的共享，对培养学生创新精神和实践能力具有重要现实意义。　　二、构建创新物理实验平台的必要性　　通过对学生的调查发现，学生随着物理理论知识学习的深入、专业知识的丰富，对物理实验不仅仅是满足有限的课堂学习，特别是高年级学生，往往会对物理理论提出自己的看法和设想，渴望通过实验探索新的知识；或者结合专业知识，尝试进行发明创新，需要通过物理实验验证其科学性和可行性。但是学生对实验室资源了解不够，实验仪器分布分散，同时缺乏指导帮助，教师不能了解学生的需求，学生

5、难以有效整合实验资源，很多好的想法无法付诸实践。因此，需要建立一个能整合教师、学生、实验技术人员、仪器设备的物理实验平台，让学生能进行实验创新。　　三、构建创新物理实验平台的具体实施　　哈肯等人通过对许多客观系统（如激光系统）进行研究，发现系统发展演化中存在一个普遍原理：在任何系统中，各子系统之间均依靠有调节、有目的的“自组织”过程，使千差万别的子系统协同作用，从而产生新的稳定有序的结构。哈肯发现无论是平衡相变还是非平衡相变，系统在相变前大量子系统没有形成合作关系，一旦系统达到某种相变点，这些子系统就会迅速建立起合作关系，以有组织的方式协同行动而产生整体的

6、新质，导致系统宏观性质的突变。因此，在协同学中，哈肯把协同定义为系统的各部分之间互相协作，使整个系统形成微个体层次所不存在的新质的结构和特征。在创新物理实验平台中，学生、教师、实验技术人员、仪器设备、实验室是构成平台系统的子系统。在进行实验创新过程中，学生具备了基本的实验操作技能和实验知识，有了新的实验想法，但没有形成成熟的实验设计，需要老师进一步指导和仪器设备的支持。实验老师掌握了专业的实验知识和丰富的实验技术，能有效地指导学生进行实验，但需要深入了解学生的想法和需求。实验技术人员熟悉实验室仪器设备的性能和分布情况，能顺利整合各种仪器达到某一实验要求，或

7、者加工制作新的装置。各种仪器设备按教学实验项目分布在各实验教室，需要重新组合才能完成创新性实验项目。在创新实验平台中，这些子系统通过平台进行交流、调整、协作等“自组织”过程，形成合作关系，产生新的功能和性质，达到完成实验创新的“相变点”。　　为了促进各子系统形成合作关系，达到系统“相变点”，提高高校网络资源利用率，我们提出构建协同式创新物理实验平台。协同式实验平台是一种全新的开放式实验教学模式，建设这样的实验平台，可以有效突破物理实验资源分块管理的局限，将各单一实验项目需要的所有仪器设备集中于统一的实验大平台，可以大幅度提高仪器设备及教师资源的共享率；同时

8、，由于仪器设备的全面开放，学生可以在实验平台自由选择所需要的实验仪