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实验平台

 

一、中心发展历程

湖南大学的物理实验教学有悠久的历史,可追溯到湖南大学的前身省立高等实业学堂。1908年已建物理实验室,为各应用专业的学生提供基础物理实验训练。1985年成立物理实验中心; 1998年物理实验教学中心通过湖南省“双基”实验室的合格评估;2002年获得湖南省首批高校基础课程示范实验室建设资格;2003年通过中期检查;2005年被评为省级示范实验室。

二、中心的实验教学

物理实验中心以“吸引学生兴趣、激发学生求知欲、夯实实验基础、开拓创新思维、培养实践能力、提高科学素质”为指导思想,以培养与提高学生的创新能力,满足新世纪人才培养要求为目标,根据不同层次人才培养的需要,构建了面向全校各专业本科生的分层次、模块化、开放式的物理实验课程新体系。完整的课程体系包括5个层次模块: 

1)演示实验模块 主要为文理工各专业学生提供一个了解物理现象和原理的形象、直观途径,提升学生对物理科学的兴趣,吸引学生投入到物理学习中来。它包括了电磁学、力学、热学、声学和光学演示室,共有150余个项目,16学时,面向全校文、理、工各科学生开放,包括通识教育和探索教育两个部分,学生自由选修。该模块每年选课学生超过4000人; 

2)仿真实验,作为一种新技术使学生在虚拟环境中熟悉实验过程和方法,可提供41个实验项目,面向全校文、理、工科学生不计学分自由选修;

3)基础训练实验模块 包括物理实验基本方法与测量误差的基本概念介绍和5个基础实验,其目的是使学生能够掌握物理实验通用仪器的操作和使用及实验数据误差处理方法,养成良好的实验室工作习惯,为后续课程奠定基础。面向全校理、工科学生,学生以建制班为单位必修;

4)设计综合实验模块提供18个实验项目,面向全校理工科学生开放式选修(至少选作10个)。基础训练实验和设计综合实验每学期面向的学生数都超过3300人,每年完成教学人时数约20万;

5)开放提高实验模块作为对物理实验有浓厚兴趣、学有余力的优秀本科生、李达班学生、应用物理专业的本科学生选修课程。该模块的设置有利于因材施教和学生自主性、个性化学习的要求,为学生能力和创新精神的培养提供了较大的发展空间。共15个项目,45学时,面向全校理工科学生开放式选修。

在面向理工科学生开放的大学物理实验课程项目中,综合性、设计性和创新性实验所占比例达到70%

物理实验中心除正常教学计划,每年还接受数十名本科生在实验中心进行研究探索性学习。研究课题有的由老师根据自己的科研课题提出,与科研实际紧密相连,有的由同学们自己提出,通过评审立项后在中心教师的指导下进行,鼓励同学们的奇思妙想,其中谢晓同学所做的气垫导轨上的磁阻尼效应研究申请了国家发明专利,在国内外学术刊物上发表了系列论文,并在全国会议和美国的物理教师年会上报告,受到国内外同行的高度评价。目前该成果已被国内多所高校应用到物理实验教学中。鲍宇和罗致同学对于影响杨氏模量实验结果误差的因素的分析研究也在中南六省的学术会议上报告,并在《物理与工程》杂志上发表。

三、中心的教学研究与对外交流

物理实验中心教师立足教学开展研究,近年在《American Journal of Physics》、《大学物理》、《物理实验》、《物理与工程》等国内外权威的物理教育研究刊物上发表论文32篇。有多项教研项目获得教学成果奖。中心将教师和学生的最新科研成果转化为实验教学内容,开发出数十项与之相应的综合性、创新性实验项目如长直螺线管中磁场分布的测定、气垫导轨上的碰撞与磁阻尼效应、磁体与非磁性运动导体的相互作用实验、三线摆测量刚体的转动惯量、热电偶定标与PN结温度特性测定实验、固体线膨胀系数测定、稳态法测热的不良导体的热导率、基于CCD技术的光纤光栅光谱仪实验、板式电位差计测量电池电动势与内阻、荧光材料温度特性的光栅光谱仪测定等实验都是由物理实验中心教师自主开发并应用到实验教学中的典型例子。其中磁体与非磁性运动导体的相互作用实验是国内外首次将该相互作用的现象和原理用大学低年级学生能听懂的简化物理模型解释清楚,澄清了业界多年来的含混解释,在大学物理杂志和国内外学术会议上发表了系列研究论文。

配合实验中心课程体系建设的不断发展,物理实验中心出版了与新体系相应的系列教材4本。

四、中心的教学队伍

建设高水平的物理实验中心,人才队伍是关键。

目前物理实验中心专职教师15位,兼职教师4人,研究生助教每学年约30名。19位教师中:

博士学位教师比例             32%

3045岁中青年教师比例       60%

来自不同高校的教师比例达     73%

物理实验中心教师立足教学开展研究,不但改善了实验教学条件,同时大大提高了技术水平和科研能力。近几年中,完成了转让经费总额300万的U915微波热疗机项目,湖南省自然科学基金重点项目和面上项目,其中热疗机项目还获得了湖南省科技进步三等奖。目前中心教师承担了军工项目和国防基础研究项目。申请了20余项发明和实用新型专利,其中一项发明专利和六项实用新型专利已获授权并完成了一项部级科研成果登记。在国内外权威学术刊物上发表研究论文64篇。

五、物理实验中心的管理体制

物理实验中心由校、院两级管理,中心实行主任负责制。学校提供实验中心教学正常运转、仪器维修、仪器更新改造等的专项运行经费。物理实验中心主任全面负责中心的建设与管理,并设副主任二人,分别负责面向全校学生的教学、和实验室日常维护管理。

为适应物理实验开放式实验教学的需要,从2004年起,中心建立了一套基于校园网的网络支撑系统(即教学实践网站:http://sjjx.hnu.cn。学生可以根据各自的学习计划灵活选择物理实验项目。在选课系统中,任课教师、教务管理员可以方便地通过选课系统查阅学生选课情况、登录学生实验成绩、回答学生提问。

六、设备与环境

在大学物理实验校级精品课程建设和湖南省普通高等学校基础课示范实验室建设的推动下,通过振兴计划、“211工程”、“985工程”的建设支持,陆续投入近700万元。使物理实验中心和演示实验室的设备配置和教学环境、手段有了质的飞跃。学校投资对物理实验楼全栋的楼面和所有实验室进行了改造,消除了由于建筑年代久远,木质结构老旧带来的隐患。逐步更新了实验室的实验桌,配备了实验配件柜。安装了空调,为学生创造了宽敞、明亮、整齐、卫生、安全的实验环境。2005年扩建了演示实验室,教学环境和研究条件得到了很大的改善。实验室建立了基于校园网的功能较完善的课程教学网站,建立了基于数据库的仪器设备、低值易耗品管理数据库。高压、激光、化学药品等可能对人身安全造成危害的场合均有明显警示标志。化学药品的回收符合环保要求的规定。

七、物理实验中心特色

物理实验实验中心的建设与改革,形成了如下特色。

①、课程体系理念先进,课程各模块结构安排符合循序渐进的教育认知规律,教学效果好;

②、有一支学缘、学科和学历结构合理、人员稳定、教学经验丰富、科研创新能力强、热心于物理实验教学研究与改革的实验师资队伍;

③、实现了教学与科研良性互动,由教师立足物理实验教学和改革需求开展科学研究,自主开发了一批物理思想清晰、技术手段先进的创新性实验项目。取得了一批在国内外有一定影响的教学和科研成果,中心具有鲜明的特色。

八、实验教学成果的辐射示范作用

实验中心立足于大学物理实验教学,开发了一批以气垫导轨综合实验仪、EH-3数字化热学实验仪、微型光纤光栅光谱仪等为代表的独具特色的新仪器和新实验。有数十所高校采用了我们研制的EH-3数字化热学实验仪和气垫导轨综合实验仪等用于物理实验教学。物理实验中心和演示实验室近年接待了数百人次兄弟院校同行的来访,在国内外物理教育研究学术会议上有数十人次报告了我们的教研成果。2006年冬在美国阿拉斯加召开的美国物理教师年会上谢晓同学所作的“气垫导轨上的磁阻尼研究”报告,为我国的本科物理实验教学研究赢得了国际声誉。近年来物理实验中心对外开放,为社会服务,主持了三届湖南省中学生奥林匹克物理竞赛的实验决赛。

经过多年努力,湖南大学物理实验教学中心的建设已进入了一个教学科研良性循环的发展新时期。