吉林大学物理实验教学中心

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一、中心建设与发展历程

吉林大学物理实验教学中心的前身是由我国著名的物理学家余瑞璜院士、朱光亚院士和吴式枢院士等人于1952年建立的东北人民大学物理系物理实验室。数十年来，中心非常重视物理实验教学，在学科发展的不同历史时期，顺应理论和实验相结合的客观要求，及时调整实验教学内容和教学方式，为国家培养了一大批优秀人才（如毕业生中陈佳洱、宋家树、王世绩、邹广田和张泽5人成为中国科学院院士）。

1998年11月，经学校批准，将普通物理实验室、近代物理实验室和物理演示与实习实验开放实验室合并，组成物理实验教学中心；2000年6月，经教育部批准，原吉林大学、吉林工业大学、长春科技大学、白求恩医科大学和长春邮电学院等五所院校合并，各物理实验教学单位融合重组，组建了新的吉林大学物理实验教学中心，在继承已有特色和优势的基础上，新构建了平台化、开放性的物理实验教学体系，每年为吉林大学的理、工、医及人文学科31个学院82个专业的万余名学生进行实验教学。

1989年“普通物理实验与演示实验课建设”获全国普通高等学校国家级优秀教学成果奖；1997年“物理演示与实习实验基地建设”获国家级优秀教学成果一等奖、吉林省优秀教学成果特等奖；2001年“近代物理实验课的教学研究与实践”获吉林省教学成果一等奖；近代物理实验课为国家理科基地创建名牌课程优秀项目、省级精品课，大学物理实验（工科）和普通物理实验（理科）为校级精品课。自中心建立以来，共获得17项教学成果奖，其中国家级3项，省级5项，校级9项，其他各类奖项18项。5年来承担省部级以上教改项目12项，校级教改项目25项，省部级以上科研项目25项，经费近千万元。

1993年获得国家基础科学研究与教学人才培养基金项目的支持，加强了对中心各实验室设备的更新及整体运行模式的探索，同时，还获得“211”工程一期和二期、“世行贷款”、“985”工程的大力支持，中心条件建设显著。目前，中心现有实验室面积16000m2，实验仪器设备近5400台件，价值约人民币2700万元，目前已成为国内一流的现代化多功能综合性实验教学基地和培养物理学科高素质人才的重要实践场所，承担“国家基础科学（物理学）研究和教学人才培养基地”和本校理、工、医及人文学科本科生、研究生以及兄弟院校、科研院所部分学生、研究生及进修教师的实验教学任务，也是吉林省物理学奥林匹克竞赛实践操作培训基地。2001年，实验中心以优异成绩通过了教育部“基础实验室和专业基础实验室6项39条标准”的验收，2004年，被评为吉林省物理实验教学示范中心。

中心在国内物理实验教学方面是教学信息网络化、集中管理、资源共享较早的倡导者与实践者，中心所依托的物理学科科研及师资力量雄厚，教学理念先进，实验教学目标明确，设施先进，实验装备精良，教学功能完备，队伍结构合理，管理规范，教学效果突出，示范辐射作用显著，已成为特色鲜明的现代化开放式物理实验教学中心。

二、实验教学理念与改革思路

吉林大学从人才培养的根本任务出发，牢固树立本科教学是大学教育的基础和关键的观念，确立了“基础扎实、勇于创新”的人才培养原则，制定了提高教学质量、加强实验教学、改革实验内容、提高实验室管理水平、扩大实验室开放和共享等一系列政策，为建设高水平的研究型大学，建立研究型大学的人才培养模式与机制，学校在《吉林大学2005-2010年事业发展规划纲要》中明确了实验教学的发展方向与定位。通过设置教授岗、奖励在实验教学和实验室管理中有贡献人员等政策，鼓励高水平教师参加实验教学与改革，优化实验教学课程体系和教学内容，强化实验教学中心的管理，建设分层次实验平台，为吉林大学提高实验教学的质量和水平提供了政策保证和优良的环境。

1.实验教学理念

中心自成立以来，以人为本，长期致力于物理实验教学的改革，按照吉林大学所倡导“求真务实的科学精神、自由民主的人文精神、开放兼容的认同精神、与时俱进的创新精神和明德隆法的治校精神”的大学理念，根据物理学科的特点，提出了“体现学科特点、培养实验技能、引导与自主创新”的教学理念，以培养一批理论和实践功底宽厚，掌握物理科学特点和具有物理学思想，富有开拓精神、具有创新意识和能力的人才，并拥有以下特点：①对物理学思想尤其是实验思想的整体性理解与基本掌握；②物理学问题研究的科学态度；③对先进科学技术应用物理学实验的理解与掌握；④对科学问题的探究与创新性思维；⑤进行科学研究的团队与协作精神。

2.实验教学定位及规划

物理科学的迅速发展使得知识更新的周期极大地缩短，实验方法与技术手段的进步日新月异，原有实验教学体系已明显不适应培养创新人才的发展需要，如实验教学内容陈旧，与物理的前沿研究脱节，实验教学理念、方法与技术手段严重落后等。为此，中心紧紧依托超硬材料国家重点实验室、相干光与原子分子光谱教育部重点实验室（筹）、凝聚态物理和原子与分子物理等国家重点学科，以及理论物理、光学、粒子物理与原子核物理、材料物理与化学等省重点学科；依托以两位院士、两位国家杰出青年基金获得者、三位长江学者特聘教授、8位教育部跨世纪（新世纪）优秀人才为代表的高水平教师队伍；依托“国家理科（物理学）基础科学研究与教学人才培养基地”，结合物理科学基础性、实验性、应用性的学科特点，构建了与物理科学发展趋势相适应的平台化、开放性的物理实验教学体系，形成了以物理演示与实习实验教学平台、公共物理基础实验教学平台、综合设计实验教学平台、研究创新实验教学平台、学生自主创新实验平台为架构的发展格局，从物理实验教学的角度，面对吉林大学的理、工、医及人文学科，培养富有开拓精神、创新能力和具有系统物理科学知识的高素质创新性人才。

3.实验教学改革思路

为满足创新性人才培养的需要，切实体现“以人为本”，促进学生知识、能力、素质协调发展，物理实验教学中心把提高学生的综合实验素质和实践创新能力作为培养目标，在“体现学科特点、培养实验技能、引导与自主创新”教学理念的指导下，对理、工、医以及人文学科等系列物理实验课程体系和教学方法进行了全面的规划、调整和改革，“以培养学生的实践创新能力和综合素质为核心，以建设高水平教师队伍为基础，以提高教学质量为宗旨”来建设规划，从知识结构和实验技能的整体性出发，根据“基础到综合、综合到创新；结构与功能、交叉与整合”的原则，形成了以物理演示与实习实验教学平台、公共物理基础实验教学平台、综合设计实验教学平台、研究创新实验教学平台、学生自主创新实验平台为架构的发展格局，面向全校理、工、医及人文学科各专业，构建了平台化、开放式的物理实验教学体系。

4.实验教学改革方案

围绕创新性人才的培养目标，根据物理实验教学的理念和定位，突出物理作为一门实验科学在培养人才中的作用，针对传统实验教学体系分散（物理实验教学因校区而相互独立，实验内容交叉重叠、资源配置浪费）、内容陈旧、形式单一（多为验证性，缺乏综合性、创新性实验）等问题，中心的实验教学实施以下改革方案：

（1）整合各校区的物理实验教学资源，根据“基础到综合、综合到创新；结构与功能、交叉与整合”的原则，构建物理演示与实习实验教学平台、公共物理基础实验教学平台、综合设计实验教学平台、研究创新实验教学平台、学生自主创新实验平台的新实验教学体系，优化资源配置，努力使各平台实验教学内容与各学科学生培养模式既有机结合又相对独立，实现基础与前沿、经典与现代的有机结合。

（2）实验课与理论课相对独立，独立设课，单计学分，按照实验教学平台的划分统筹安排实验内容，如演示物理与实习实验教学平台针对理、工、医以及人文等学科学生建立；公共物理基础实验教学平台和综合设计实验教学平台针对理、工、医等学科学生建立；研究创新实验教学平台针对理、工科学生建立；学生自主创新实验教学平台针对物理学科学生建立。从基础到创新，分层次实施实验教学，各门实验课程内容之间衔接合理，使实验教学内容体系具有基础性、系统性和先进性。

（3）以精品课程带动配套的精品教材建设，在发展、完善现有教材建设的基础上（近代物理实验是国家理科基地创建名牌课程、省精品课；大学物理实验和普通物理实验被评为校级精品课），引入国内外方法成熟、适合大学生的先进实验教学项目，使教材建设有利于学生自主训练和创新能力培养。

（4）增加综合性、研究性和创新性实验比例，完善学生自主创新平台，为学生创新能力培养和个性发展创造条件。

（5）强化信息化、网络化实验教学的管理，通过网络互动系统，充分调动学生进行物理实验的积极性和主动性，通过网上反馈、座谈和教学检查等形式进行实验教学效果的评价，以保证实验教学质量不断提高。

三、实验教学体系与内容

1.实验教学体系建设

建立和完善实验教学体系是创新人才培养的前提。根据“基础到综合、综合到创新；结构与功能、交叉与整合”的原则，用现代物理学和当代科学技术的发展水平去构建物理实验教学体系，形成了以物理演示与实习实验教学平台、公共物理基础实验教学平台、综合设计实验教学平台、研究创新实验教学平台、学生自主创新实验平台为架构的发展格局，面向全校理、工、医及人文学科各专业，构建了平台化、开放式的物理实验教学体系。

（1）物理演示与实习实验教学平台

演示实习实验的作用不仅仅是作为加深理解课堂讲授内容的一种教学辅助手段，更深层的意义在于通过对物理现象及规律的直观观察与定性分析，激发学生学习、研究物理的兴趣与热情，从中学习、领会形象思维方法在研究物理问题的重要作用，是其他实验课难以替代的。吉林大学物理演示与实习实验在已获国家级优秀教学成果一等奖的基础上，不断开发、充实、完善仪器设备。目前中心建成了面积近千平方米的“物理演示与实习实验基地”，其内容涵盖力学、热学、电磁学、光学、原子与分子物理、凝聚态物理等多种学科领域。物理学院被全国高校物理演示实验研究会指定为物理演示实验仪器生产基地，数十年来研制和开发演示实验仪器一百五十多种。可供学生选择的演示实验题目有481个，既有秉承传统的经典内容也有反映科学前沿的新内容，充分发挥了计算机、CAI教学软件和电视录像等多媒体技术在现代教学方法中的作用。

（2）公共物理基础实验教学平台

交叉整合原“理科物理实验、工科物理实验、医科物理实验”的基础实验部分，其内容包括普通物理基本实验、大学物理基本实验和医科基本物理实验等，由中心负责全校理、工、医、人文等学科专业学生的教学组织安排、实验指导实施、实验教学改革研究，实验教学平台的发展规划等工作。该平台强调物理实验基本技能的训练和实验基本能力的培养，针对不同学科背景和要求的学生实施相应的实验教学，可供学生选择的实验项目59项。

（3）综合设计实验教学平台

该平台的部分实验教学内容由普通物理综合实验、近代物理综合设计性实验、大学物理（工科）综合设计型实验、医科物理综合实验组成，以及由教师的科研成果转化而来，如获国家教委科技进步二等奖的科研成果“光学双稳、非稳、混沌及其动力学存储实验系统”，获国家科技进步三等奖的“振动样品磁强计”，获国家发明四等奖的“微波边振自检电子顺磁共振谱仪”，“超声空化显微观测成像”、“磁电阻效应”等都转化为相应的实验教学内容。该平台注重专业基本知识、技能和方法的训练，注重科学实验能力和实验素养的培养，可供学生选择的实验项目89项。

（4）研究创新实验教学平台

由近代物理的创新型实验、专业实验和科学研究训练等内容组成，由学院负责理、工高年级学生的教学安排、实验教学的具体实施、实验指导、实验教学改革与研究，以及实验教学平台的发展规划等工作。该平台以科研训练为主，注重对科学研究方法、科学探究过程的了解和体验，强调创新意识和实践能力的培养，可供学生选择的创新实验项目18项、专业实验项目30项，对物理学基地本科生科研训练计划的实施分层次、分阶段进行：一是低年级（一、二年级）科研基础训练计划，强调基本科研素质、技能和创新思维培养，该项科研训练内容与计划由学院统一安排，导师及见习研究生参与指导；二是高年级（三、四年级）科研综合训练计划，注重培养科学精神和探索研究问题能力。学科及相关领域的教学和科研课题全部对学生开放，在高压科学与技术、光信息科学与技术、理论物理、材料物理与化学、核科学与技术及应用物理等几个方向每年滚动式设置子课题20余项。

（5）学生自主创新实验平台

多年来的实践表明，学生自主实验机制的建立是培养学生创新能力有效途径之一。中心为大学生的科技创新实践活动提供了很好的实践场所，建立了500m2 的大学生科技创新自主实验教学平台，下设电子技术、计算机及加工制作等学生自主实验室，各类仪器设备近百台。根据物理学科学生的特点，中心有序组织学生成立了包括机器人制作、天体物理、计算机软件等内容在内的科技创新思维培训平台，补充、拓展物理实验教学的第二课堂。

2.综合性、设计性、创新性实验比例

目前实验中心能够开出实验项目196项（不含演示物理实验481个题目），其中物理基础实验项目59项，综合性、设计性、创新性实验项目137项，占项目总数的70%。

3.实验教学与科研、工程和社会应用实践结合情况

（1）科研成果转化为实验内容

多年来物理实验教学中心一直坚持以科研促教学，及时将科研、教研成果转化为实验题目。在保证基本物理实验题目的同时，将科研、教研成果及时转化到实验教学中，增添反映当代物理学，当代技术新成就实验题目。比如，在近代物理实验中陆续引进了获国家教委科技进步二等奖的科研成果“光学双稳、非稳、混沌及其动力学存储实验系统”，获国家科技进步三等奖的“振动样品磁强计”，获国家发明四等奖的“微波边振自检电子顺磁共振谱仪”，以及“超声光栅”、“光敏器件特性”、“热敏器件特性”、“光学图像的采集与处理技术”、“工业CT”、“超声空化显微观测成像”、“纳米晶制备、变异结构研究及表征”、“磁电阻测量”和“实用微波技术设计”等。

（2）研究创新实验引导大学生进行科研训练

本着“基础到综合、综合到创新”的原则，依托国家（部）重点实验室、国家（省）重点学科、“211”工程、“985”工程科技创新平台，选择那些基础好、又在学科领域内有创新成果的专家、教授直接从事人才培养的教育工作，学科及相关领域的教学和科研课题全部对学生开放，在高压科学与技术、光信息科学与技术、理论物理、材料物理与化学、核科学与技术及应用物理等几个方向滚动式设置子课题，分层次、分阶段实施本科生科研训练，充分发挥科学研究在培养创新人才的作用。

（3）自主创新基地为综合能力考验的实践场所

为了建立学生自主创新实验机制，中心为大学生的科技创新实践活动提供了很好的实践场所，建立了500m2的大学生科技创新自主实验教学平台，下设电子技术、计算机及加工制作等学生自主实验室，各类仪器设备近百台。根据物理学科学生的特点，中心有序组织学生成立了包括机器人制作、天体物理、计算机软件等内容在内的科技创新思维培训平台，补充、拓展物理实验教学的第二课堂。这些平台的建立为学生提供了实现科技创新梦想的天空。2006年物理学院科技小组制作的基于视觉的多足机器人获吉林大学“挑战杯”科技作品竞赛中自然科学类唯一的特等奖，吉林省挑战杯大学生科技作品竞赛二等奖。科技创新思维培训平台成员的孙松阳同学在2007年“高盛全球领导者项目”评选活动中，脱颖而出，获得资助，全国只有二十六人获此殊荣。科技小论文平台的于艳鑫等同学利用已有科研仪器，组建了“超声空化显微成像”实验系统，研究了丙三醇超声空化，并发表了论文；史丽娟等同学改进微波炉和小型紫外摄谱仪组建了“纳米晶制备及变异结构研究”实验系统，研究了银纳米粒子制备及表征实验，她所发表的论文“锰对铁基合金磁特性的影响”获第三届全国高校物理实验教学学生论文三等奖。赵红福、高欣等同学建立了“岩石声学参数测量”系统，对三种岩石和两种金属进行了测量和分析并发表论文。徐仁军和周飞同学的科技小论文内容已分别申报了发明专利。

四、中心特色

1.建立平台化的物理实验教学体系，以适应学科广泛特点的需要

物理实验教学中心形成了以物理演示与实习实验教学平台、公共物理基础实验教学平台、综合设计实验教学平台、研究创新实验教学平台、学生自主创新实验平台为架构的发展格局，每年为吉林大学的理、工、医及人文学科等31个学院82个专业12000余名学生进行实验教学。该体系体现了物理学科基础性、实验性、应用性的学科特点，涵盖学科广，多平台、信息化管理模式更有助于促进物理思想与人文精神的融合，进而进一步探索物理学创新人才培养模式及规律和教学新理念。相应的成果获得吉林省教学成果一等奖1项（2001年）、二等奖1项（2001年）、吉林省教学成果三等奖2项（2001年和2005年）。

2.注重学生形象思维培养，充分发挥物理演示实习实验的作用

吉林大学演示物理实验建设规模和内容一直处于国内发展前列，目前中心建成的面积近千平方米的“物理演示与实习实验基地”，其内容涵盖力学、热学、电磁学、光学、原子与分子物理、凝聚态物理等多种学科领域。物理学院被全国高校物理演示实验研究会指定为物理演示实验仪器生产基地，数十年来研制和开发演示实验仪器150多种。相应的成果获全国普通高等学校国家级优秀教学成果奖1项（1989年）；获国家级优秀教学成果一等奖1项（1997年）；吉林省优秀教学成果特等奖1项（1997年）；“实施课堂讲授与开放式演示和实习实验相结合的教学模式，提高教学质量”，2001年获吉林省优秀教学成果二等奖1项（2001年）；获吉林省教学成果二等奖1项（2001年）。

3.加强学生科技创新培养，建立学生自主实践机制

建立学生自主创新实验教学平台，创造了可供学生进行自主创新的条件，引导大学生进行业余科研，培养学生的自学能力、团队协作意识和自主创新精神，完善了学生的个性化训练，既是补充、拓展物理实验教学的第二课堂，又是学生的实践创新和参加各类专业竞赛的训练基地，对国家基础科学人才培养起到了显著的成效。