师范院校物理演示实验室的建设与应用

摘要

物理演示实验室主要用于物理教学、科学研究及社会大众科普教育。拉萨师范学院作为一所师范院校，非常重视学生教学能力、实践能力的培养，演示实验室对此有不可替代的作用。实验室工作分建设、管理、使用三大模块，常年的管理问题不断，利用率低。结合师范院校物理演示实验室相关情况，分析如何进行物理演示实验室建设、管理，如何依托物理演示实验室开展第二课堂活动、培养学生讲解员等应用工作，有效减轻管理人员负担。

Graphical abstract

关键词

师范院校 / 演示实验室 / 实验室建设 / 实验室管理 / 实验室应用 / 物理实验

大学物理演示实验能够将抽象的理论课程教学与生动有趣的实践课程教学相结合，对培养和提高学生的分析能力、解决问题能力和创新能力具有非常重要的作用^［1］。中小学生及社会人士参观实验室，讲解及简单的实验操作大大提高了他们对物理学知识的兴趣^［2］。国内几乎所有综合性院校都非常重视物理演示实验的教学，都拥有一个自成体系的物理演示实验室^［3］。由于各高校对演示实验室的重视程度和教师工作负担不同，演示实验室的发展参差不齐，不少高校的演示实验室都集中在实验楼里，不在教学楼里，这也使得演示实验仪器的搬运、调试变得更加困难，不能很好地跟随课堂教学的节奏进行随堂演示^［4］。多年来，演示实验室的建设、运营一直处于“中学建不起，大学运营不畅”的两难境地^［5］，主要存在管理人员不足、人工看管烦琐、学生无法使用、闲置时间较长、社会功能缺失等问题。

1 实验室建设

1.1 积极营造科技氛围

实验室是科学的摇篮，物理演示实验室主要用于物理教学、科学研究以及社会大众科普教育等，在外观设计上要能体现美学，建成集演示、教学、创作、参观于一体的科技馆。建立一个合理的大学物理演示实验室仅考虑场地和资金是不行的，因为它不是堆积仪器的仓库^［6］，师范院校还要考虑给学生提供提升教学技能的平台，要有多媒体教学设备及各种实用设备，并且保持这个科技馆的动态变化，实验仪器要与时俱进。因此，物理演示实验室的装修设计应给人视觉上的震撼且实用的印象，要有浓厚的科技氛围，学生在这样的环境下能够长久停留并百看不厌。

1.2 科学布局实验仪器

采购演示仪器前需做调研，了解演示仪器发展情况和适合师范生及中小学生使用的仪器。根据实验室面积提前设计三维布局图，避免出现一次性采购仪器过多或过少的情况。在布局上，可以划分力学、电磁学、热学、光学等板块，也可以根据实验室定位及实际用途分为专业区和非专业区，中小学生区和大学生区，演示区和操作区、教学区和创新区等。

1.3 合理完善硬件设施

制定安全制度，预留安全通道，设置安全指示，合理规划物理实验室中的水源、电源及消防设备，安装高温报警装置和温湿度监控设备，最大程度保障实验开展中教师与学生的人身安全。为保证实验室仪器耗材损坏有效追责及实验室人员的人身财产安全，在走廊置物架上方和实验室内部安装监控系统，实现无盲区监控，清晰可辨识，记录保持至少一个月，管理人员可通过客户端查看实验室监测数据，避免管理人力过度消耗。

2 实验室管理

为使实验室管理更趋向现代化、规范化，最根本且行之有效的手段便是信息化管理^［7］，依托学校信息化管理平台建立实验室信息化管理平台，再建立物理演示实验室管理系统，包含人员管理、制度管理、仪器设备管理、实验耗材管理、教学管理、场地管理和环境管理。将演示实验室有关的所有信息录入系统，减轻管理人员的压力。物理演示实验室管理系统如图1所示。

2.1 人员管理系统

人员管理系统应包含实验室管理体系，由实验室主任负总责，下设物理演示实验专职实验员、实验教师，为解决人员不足的问题，专职实验员可兼职实验教师，实验教师可兼职实验员，除此之外还要录入楼管、保洁、该学年有实验课程的学生信息。门口设置签到装置，人员进出规范记录，有效管理及查询人员进出信息。为保障学习质量，避免人员集中无法容纳的情况，在无特殊要求的情况下控制每日进演示实验室的学生数量。

2.2 实验仪器、耗材管理系统

师范院校采购物理演示实验室仪器以互动性强为主，大型仪器设备较多，不宜后期搬动，系统应录入三维布局图，方便师生快速找到所需仪器。每台仪器的准确编号、基本信息、实验原理、操作步骤、现象解释及拓展部分都要录入。设立大型实验仪器使用申请和小型实验仪器借用申请以及按期归还的平台，师生可以通过平台提出申请，并在规定的时间归还，方便管理人员进行检查。实验耗材存放在编有编号的柜子里，并录入系统，方便管理人员及师生查找。

2.3 教学管理系统

教学管理主要包含到物理演示实验室进行理论及实验教学的教师和学生的信息、学校物理演示实验课程总表、相关实验仪器演示视频、相关实验仪器学习资料、优秀学生教学视频和学生自制仪器等，方便校内外师生进行交流。此外，还需要建立学生实验成绩信息管理系统，每次实验课程的签到成绩、预习成绩、实验操作成绩和课堂表现成绩要及时上传，避免期末修改的可能，学生也能及时查询自己的平时成绩，调整自己的实验表现。

2.4 场地环境管理系统

场地管理系统包含演示实验室的安全制度、文化建设、安全设施、值日人员、检查日记和场地借用情况等。安全制度包含《物理演示实验室安全守则》《物理演示实验室安全管理制度》《物理演示实验室消防办法》《实验仪器管理制度》等。文化建设包含诺贝尔物理学奖获得者介绍、大学物理实验课程思政案例和学生创新作品展示等。安全设施包含防盗措施、水电装置、防火措施、避光措施和温度湿度监控等。

3 实验室应用

3.1 辅助师范生物理教学

教育部2006年颁布的《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》^［8］明确指出：在大学物理教学中，物理演示实验的数量不少于40个，并且要逐年增加。中山大学物理学院从20世纪80年代开始一直注重物理演示实验设备积累以及物理演示实验课程的开设，迄今已积累了超过100项课堂演示实验项目^［9］。为改善物理教学机械乏味的现状，将物理演示实验引入教学非常有必要，物理专业师范生则可以利用实验室条件提升其教学能力。

3.2 校内开设选修课

为充分发挥物理演示实验室育人功能，在物理实验课利用实验室之余，在全校范围内开设公共选修课，在院系内开设专业选修课。公共选修课面向全校学生，以展示直观现象、解释相关原理、操作实验仪器为主，利用演示实验室对全校非物理专业学生进行科普。而面向院系内的专业选修课则要提出更高要求，在公共选修课的基础上增加科普拓展、实验介绍、创新实验的考核。这一措施将大大提高演示实验室校内的利用率。

3.3 培养学生讲解员

一个好的实验室一定是开放的，是向社会辐射的，在给社会提供服务的过程中发挥它的功能、实现它的价值^［10］。为发挥物理演示实验室的社会功能，应面向社会大众开放，尤其是周边的职业院校及中小学。大范围开放就意味着需要培养一定数量的讲解员。师范院校的学生具备较强的教学能力和语言表达能力，他们正是讲解员的不二人选。培养学生讲解员不仅能够督促他们学习专业知识，还能提高语言表达能力、与人沟通的能力和知识讲解能力，更能解决实验室管理人员不足的问题。

3.4 依托物理演示实验室开展第二课堂活动

大学鼓励发展第二课堂，第二课堂是指学生在第一课堂外结合理论学习、技能训练和成长发展，根据自己的特长爱好或在教师指导下参与思想引领、社会实践、志愿服务、社团活动、科学研究、技术开发、创新创业、技能提升、学科竞赛、文体活动等。有些学生好动，参加文体活动是较好的选择，也能取得较好的成绩和较高的第二课堂学分；有些学生好静，实验室能为其提供第二课堂场地。学生可以在演示实验室学习物理知识，为学科竞赛做准备；分析演示实验仪器，进行实验创新和技术开发；把学生讲解员纳入第二课堂，介绍实验仪器、实验原理及实验操作，提升学生的教学技能。

3.5 依托物理演示实验室举办各类比赛

学科竞赛、技能大赛是实践教学过程中的主要内容，是培养学生创新精神和动手能力的有效载体，对培养师范生创新能力、教学能力有着不可替代的作用。物理演示实验室具备比赛需要的各种条件：如各种实验仪器蕴含的物理原理是丰富的物理知识；实验仪器的操作考查实验技能；物理实验的介绍考查教学能力；实验室的科技环境吸引人员参加，也为他们的训练提供场地。可以依托物理演示实验室举办物理知识竞赛、物理实验技能比赛、物理教学技能比赛、物理实验改进与创新比赛、实验仪器制作比赛、物理教学教具制作比赛等，还可以举办物理科普活动、生活物理揭秘活动以及学生科技展。

3.6 依托物理演示实验室创新创业

学生在开放性实验室里学习、研究是出于兴趣，身心放松有利于学生在实验过程中发现问题，并基于发现的问题对物理实验及实验仪器进行改进，促进思考能力、动手能力、创新能力的提高。这一过程也是创新创业的过程。可以利用演示实验室为全校教师或中小学教师制作简易教具获取收益；制作简易教程、物理科普、微课视频上传到网络平台，扩大学校影响力；也可以在实验生活中提高自己的表达能力、沟通能力和管理能力，为开设培训基地做准备。演示实验室是一个巨大的资源库，师范生应做到物尽其用。

4 结语

物理演示实验室前期规划建设、信息化管理的信息录入工作量较大，但搭建起平台，一切步入正轨后，管理压力大幅减小。物理演示实验室建设成功、管理到位、应用率高将成为学校一张特殊的名片，成为学校与外界交流的门户。很多学校就把物理演示实验室建成学校的科技馆，与图书馆齐名，在管理学生行为、调节学生情绪方面发挥了较大的作用。

参考文献

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[10] 刘淑娥，拾景忠，孙镭.大学物理演示实验室建设实践与思考［J］.实验室研究与探索，2011，30（06）：192-194.

基金资助

西藏自治区教育科学研究2020年度单位资助课题“核心素养导向的西藏大学物理实验教学研究”(XZJYKTDWZZ35)