【導讀】熊永紅教授是華中科技大學國家物理實驗教學示范中心(以下簡稱“中心”)和大學物理實驗國家精品課程的負責人。2008年以來，她帶領(lǐng)中心4年上了4個新臺階，承擔國家級、省級和校級教學改革與實驗室建設(shè)項目22項。中心一直堅持以創(chuàng)新教育為導向培養(yǎng)有創(chuàng)新意識和能力的拔尖人才，積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)與物理實驗研究性教學的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，培養(yǎng)出了很多物理方面的創(chuàng)新人才。
熊永紅，教授。現(xiàn)任華中科技大學大學物理實驗國家精品課程、國家物理實驗教學示范中心和基礎(chǔ)物理課程國家教學團隊負責人。兼中國高校實驗物理教學研究會常務(wù)理事，中國物理學會物理教學委員，湖北省物理實驗教學示范中心聯(lián)席會理事長和全國中學生物理競賽湖北省競賽委員會副主任。
熊永紅教授自1983年起一直工作在教學和科研的一線，年均擔任本科生教學工作量超過400學時，近年來指導本科生發(fā)表研究論文10余篇，獲國家專利2項，指導本科生獲全國物理實驗競賽等國家和省部級學科與學術(shù)競賽獎10余項，研制教學儀器10余種(全國評比獲獎儀器7項)。獲得過國家教學成果一等獎1次、省教學成果特等獎1次、省教學成果一等獎2次和二等獎1次，先后獲寶鋼優(yōu)秀教師、湖北省教學名師和國家教學名師獎。
在“Phys. Rev. B”“ J. A. C.”“ J. Phys. C”“ J. Phys. D”“ J.M. M. M. ”和《物理實驗》等國內(nèi)外期刊上發(fā)表科研和教學研究論文70余篇，其中SCI收錄40余篇。
【記者】：2005年教育部啟動了“高等學校實驗教學示范中心建設(shè)和評審工作”，促進了高校實驗室建設(shè)，提高了實驗教學水平，您能談?wù)勚行牡慕ㄔO(shè)理念嗎?
熊永紅：自2008年中心被評為國家級物理實驗教學示范中心建設(shè)單位以來，學校在經(jīng)費、設(shè)備和隊伍配置上給予了極大支持，教育部質(zhì)量工程和985項目、實驗教學改革項目等經(jīng)費的支持(總投入超過770萬元)，為中心發(fā)展提供了有力的外部環(huán)境。學校深知一流大學不僅要有一流的設(shè)施，更需要一流的教學團隊。為此，學校制定了一系列政策和激勵措施。對實驗室教學隊伍建設(shè)、體制改革、管理信息等方面作了明確規(guī)劃。鼓勵高水平教師從事實驗教學，積極支持青年骨干教師和實驗技術(shù)人員對外合作交流，對參加教改與實驗中心建設(shè)的人員在成果認定、職稱評定、勞務(wù)提成等方面采取與科研工作同等對待的方法，有效地調(diào)動了教職工參與實驗中心工作的積極性。
物理實驗是大學生進入高校后的科學實驗訓練的入門課，中心堅持以學生為本，將知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高、全面發(fā)展的教育理念貫穿于整個物理實驗教學全過程。注重培養(yǎng)學生對基本物理思想的理解，對基本實驗方法的熟悉，對基本實驗技能的掌握;培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力;培養(yǎng)學生提出問題的能力，增強創(chuàng)新意識。中心進一步加強了國家教學團隊、國家精品課程和國家物理實驗教學示范中心的建設(shè)，開展了一系列實驗教學改革和教學研究。
【記者】：請您從中心現(xiàn)有儀器設(shè)備中， 選擇1～2件對提升本科生綜合實驗?zāi)芰?、?chuàng)新意識和精神有幫助的自制儀器，作為教學案例加以介紹。
熊永紅：中心鼓勵本科生積極參加教師的教改項目，參與教與學的研究、參加教學儀器的研制和改進，注重在設(shè)計和研制儀器的過程中，培養(yǎng)學生深刻理解實驗原理、科學思維能力和解決實際問題的能力。學生參加研制的多種新儀器，在全國物理實驗教學儀器評比和全國實驗教學儀器評比中多次獲獎，既滿足了本校物理實驗教學的需求，還推廣到全國十多所高校，獲得良好的教學效果。例如：
1.熱輻射與紅外掃描成像儀
熱輻射是19世紀發(fā)展起來的新學科，至19世紀末對該領(lǐng)域的研究達到頂峰，以致于黑體輻射和光電效應(yīng)成為量子論的誕生經(jīng)典實驗。中心引導本科生參加熱輻射與紅外掃描成像儀的設(shè)計和研制，讓學生來了解眾多科學家對熱輻射問題的認知過程，了解基爾霍夫定律、斯特藩-玻耳茲曼定律和維恩位移定律，了解普朗克 “黑體輻射公式”的物理含義。重溫這些經(jīng)典實驗，深刻理解科學家的創(chuàng)造性思維方法和高超實驗技藝對培養(yǎng)當代大學生的科學素養(yǎng)和綜合實驗?zāi)芰κ谴笥旭砸娴摹?/p>
熱輻射探測技術(shù)及相關(guān)的定律在現(xiàn)代國防、科研、航天、天體的演化、醫(yī)學、考古、環(huán)保、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。例如利用紅外線成像技術(shù)，在建筑上有紅外無損探傷儀和多種紅外線測溫儀，在軍事上有各種紅外夜視儀和紅外制導技術(shù)，在醫(yī)療中有醫(yī)用紅外成像儀和紅外醫(yī)療診斷儀等。
使用該實驗裝置學生可以了解黑體空腔輻射器的結(jié)構(gòu)和特征，理解熱輻射最基礎(chǔ)的概念和實驗原理，掌握熱輻射探測技術(shù)，進行基礎(chǔ)性、綜合設(shè)計性和應(yīng)用探究性實驗研究。
基礎(chǔ)性實驗：(1)驗證黑體輻射定律;(2)維恩位移定律;(3)測量普朗克常數(shù);(4)測量物體輻射本領(lǐng)與溫度的關(guān)系。
綜合設(shè)計性實驗：(1)紅外掃描成像;(2)熱輻射傳輸特性研究;(3)研究物體輻射本領(lǐng)與物體表面狀態(tài)的關(guān)系。
應(yīng)用設(shè)計性實驗：(1)紅外溫度計的設(shè)計;(2)紅外無損檢測;(3)紅外法測物質(zhì)的冷卻定律;(4)材料熱輻射特性與規(guī)律研究。
本科生在該實驗裝置上完成了數(shù)百篇課程論文，參加該裝置研制的學生先后發(fā)表了3篇研究論文。該裝置還獲得一項國家專利，并獲全國教學儀器評比優(yōu)秀成果獎和全國物理實驗教學儀器評比一等獎。
2.混沌電路綜合實驗儀
混沌是20世紀興起的一門新興學科。用混沌原理設(shè)計的混沌電路和同步裝置，因其優(yōu)異的特性，已用于保密通訊領(lǐng)域。
學生從不知“混沌”和“虛擬儀器”為何物開始，在教師的引導下參加混沌電路綜合實驗儀的設(shè)計與研制，通過該實驗裝置的研制，學生不僅理解了“混沌”的含義，了解到“虛擬儀器”是由計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊和傳感器的構(gòu)成，而且能獨立設(shè)計混沌電路，熟練地掌握LabVIEW的編程技巧，完成混沌電路綜合實驗儀的研制，發(fā)表了1篇研究論文。該實驗裝置在全國物理實驗儀器評比中獲得一等獎。使用該裝置可以完成虛擬仿真和實時測量的實驗：(1)非線性電阻測量;(2)混沌電路的演變過程;(3)混沌同步;(4)混沌保密通訊。該裝置用于我校和兄弟院校的物理實驗教學中深受師生的歡迎。
混沌電路實驗裝置
【記者】：課程建設(shè)與實踐教學緊密聯(lián)系，而且我們了解到中心在課程建設(shè)方面取得了驕人的成績，請您簡要為我們介紹中心在課程建設(shè)中所做的工作與取得的成果。
熊永紅：中心以教育部質(zhì)量工程建設(shè)項目為動力，以學生為中心開展了一系列實驗教學改革和教學研究，構(gòu)建了以主動學習和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的物理實驗教學體系，進一步提高了綜合性、設(shè)計性、研究性和專題創(chuàng)新性實驗的比例，豐富了物理實驗教學中心網(wǎng)站和國家精品網(wǎng)站的教學資源，進一步完善了物理實驗創(chuàng)新基地和DIY實驗室的文化氛圍與軟硬件環(huán)境，加強與科研院所的合作，建立實習基地，中心與美國國家儀器公司、美國海洋光學公司建立了聯(lián)合實驗室，逐漸擴大了參與創(chuàng)新性實驗項目的學生覆蓋面，形成了自主式、研究式為主的學習方式，提高了學生自主學習能力和創(chuàng)新能力。
2008年以來，中心承擔國家級、省級和校級教學改革與實驗室建設(shè)項目22項，4年上了4個新臺階：2008年大學物理實驗國家精品課程，2009年湖北省物理實驗教學團隊，2010年基礎(chǔ)物理課程國家教學團隊，2011年1人獲國家教學名師獎。獲得國家級教學成果獎勵1項，省級教學成果獎勵3項，發(fā)表教學研究論文35篇，中心自制儀器在全國教學儀器評比中有10項獲獎，出版國家“十一五”規(guī)劃教材3本。
【記者】：貴中心在建設(shè)過程中形成了哪些突出特色?
熊永紅：1.依托創(chuàng)新實驗平臺，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才
以創(chuàng)新教育為導向培養(yǎng)有創(chuàng)新意識和能力的拔尖人才，積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)與物理實驗研究性教學的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，并與美國國家儀器公司和美國海洋光學公司建立了聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，不斷完善物理實驗創(chuàng)新基地的軟、硬件環(huán)境。
以項目為牽引構(gòu)建師生一體化自主學習和實驗研究團隊;學生不僅是被教育對象，也是教改項目的主體和參加者，導師是團隊的成員和引領(lǐng)者，將教師科研團隊的部分子課題，或物理實驗教學中激發(fā)出的“設(shè)想”，或物理創(chuàng)新基地DIY實驗室建設(shè)的需求，轉(zhuǎn)化成若干研究“問題”，引導學生展開深入的實驗研究，遴選出優(yōu)秀的項目申報國家大學生創(chuàng)新實驗計劃項目;引導學生積極參與基地和教學研究平臺的建設(shè)，自制教學儀器，通過參與平臺建設(shè)和主動實踐，增長才干。以物理實驗創(chuàng)新基地2007級學生為例：整體成績優(yōu)異，保送研究生比例達到90%，其中4人保送清華大學、北京大學，5人保送中國科學技術(shù)大學、中國科學院、上海交通大學等，還有5人到美國杜克大學、美國卡梅基內(nèi)隆大學等深造。而早期的基地成員已在“Science”“PRL”等期刊上發(fā)表了多篇研究論文。
物理實驗室
2.多元化全開放的教學模式解決了量大面廣的實踐性基礎(chǔ)課難以因材施教的矛盾
1988年我校率先打破了物理實驗傳統(tǒng)的封閉式教學模式，進行了開放式教學模式的探索。中心立項以來，我們進一步完善了開放式教學系統(tǒng)，已將這種開放模式從教室拓展到網(wǎng)絡(luò)，從課內(nèi)拓展到課外，充分利用有限的教學資源，較好地解決了我校物理實驗教學量大面廣(64個專業(yè)、7 000余本科生)、難以因材施教的矛盾。
例如：中心網(wǎng)站對于每項實驗都有詳細介紹，包括儀器的使用說明、實驗要求以及背景介紹，學生可以提前預(yù)習，增加對實驗內(nèi)容的了解，學生可根據(jù)自身學科的特點、興趣愛好和時間選擇適合自己的實驗項目，激發(fā)了學習熱情。學生之間、師生之間可通過多種方式(課內(nèi)課外、互動平臺)開展交流和討論，學生可進一步在創(chuàng)新實驗室進行自主研究。
又如：中心教師在物理實驗教學過程之中，注重啟發(fā)式、提問式、互動式、討論式、項目式和專題式等各種教學方法的靈活運用，在課程安排、授課形式、訓練模式和考核方法等環(huán)節(jié)上實行了多元化教學，增強了學生觀察問題、提出問題、分析問題和解決問題的綜合實驗?zāi)芰Γ糠謨?yōu)秀學生還能將在物理實驗課程中激發(fā)的“靈感”轉(zhuǎn)換成大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目或課外實驗研究項目。
3.高水平的教學引領(lǐng)
“科學研究引領(lǐng)教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力”是我校的傳統(tǒng)。1978年，老校長朱九思就提出：科學研究對于教學來說，是“源”與“流”的關(guān)系。中心為加大創(chuàng)新人才培養(yǎng)力度，將教學內(nèi)容與科研密切聯(lián)系，逐步將教師的高水平科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容，同時把一些科技前沿的熱點問題融入實驗教學之中，實現(xiàn)了基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機結(jié)合。
【記者】：請您談?wù)創(chuàng)沃行闹魅我詠淼墓ぷ鞲形颉?/p>
熊永紅：實驗中心是“麻雀”，雖小，但五臟俱全，工作涉及方方面面。調(diào)到華中科技大學十余年，每天在實驗室待上10多個小時，總有做不完的事情，雖說取得了一點成績，但全靠學校各級領(lǐng)導、教學團隊核心成員和中心全體教職同仁的大力支持，還要特別感謝和我一起學習與成長的學生，每當我收到國內(nèi)外深造或工作的學生來信匯報他們近況或成績的時候，我就倍感幸福，與中心同仁和學生一起經(jīng)歷過的“酸甜苦辣”都成為了最美好的回憶。我也快到退休之年了，衷心希望華中科技大學物理實驗教學中心越來越興旺發(fā)達，取得更大的成績。 （《中國現(xiàn)代教育裝備》記者 葉緯明）
