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基于认知局限突破及实验方法模块的大学物理实验新体系

罗成林孔德明李幼真郑小娟徐富新

（中南大学物理学院湖南长沙410083）

摘要在生成式人工智能重塑教育目标的背景下，大学物理实验教学亟需从知识传授转向高阶能力培养。本文针对物理实验传统体系“知识碎片化”、“能力培养低效”的痛点，提出以突破认知局限性为逻辑起点、以物理问题和实验方法为模块的新型物理实验教学体系。通过案例分析发现：物理实验的本质是以方法创新突破人类感知、操作与思维能力的局限（如显微镜突破人眼空间分辨率极限、阿贝成像原理与空间滤波解决人们难以直接进行复杂数学运算），由此提炼出“问题-方法”模块化分类框架，并提供了一个将实验项目重构为三大维度、十类问题模块的具体方案,每个模块均建立“普遍性问题→实验方法→典型案例”的知识链，各实验项目之间构建起了紧密的内在联系。此方案可做为进一步深化研究的范例。本研究为物理实验教育改革提供了兼具理论深度与教学实操性的系统方案，实现了从“知识图谱”到“方法图谱”的范式转换。

关键词认知局限突破;实验方法;模块化；实验体系;问题式教学(PBL);物理实验改革

RE-ENVISIONINGUNIVERSITYPHYSICSLABORATORYSYSTEMS:AMODULARFRAMEWORKCENTEREDONCOGNITIVELIMITATIONBREAKTHROUGHANDEXPERIMENTALMETHODOLOGY

LUOChenglinKONGDemingLIYouzhenZHENGXiaojuanXUFuxin

（SchoolofPhysics,CentralSouthUniversity,Changsha,Hunan410083）

AbstractInthecontextofgenerativeartificialintelligencereshapingeducationalobjectives,universityphysicslaboratoryteachingurgentlyneedstoshiftfromknowledgetransmissiontocultivatinghigher-ordercompetencies.Thispaperaddressesthepainpointsoffragmentedknowledgeandineffectiveskillcultivationintraditionalphysicsexperimentsystemsbyproposinganovelteachingframeworkcenteredon?breakingcognitivelimitations,withphysicsproblemsandexperimentalmethodsasmodularunits.Throughcaseanalysis,werevealtheessenceofphysicsexperiments:?innovativemethodsovercominglimitationsinhumanperception,operation,andcognition?(e.g.,microscopybreakingthespatialresolutionlimitsofhumanvision;Abbeimagingprinciplessolvingcomplexmathematicaloperations).ThisleadstoamodularProblem-Methodologyclassificationframework.Weprovideaconcreteschemereorganizingexperimentsinto?threedimensionsandtenproblemmodules,eachestablishingaknowledgechainofuniversalproblem→experimentalmethod→typicalcases.Thesemodulesforgeintrinsicconnectionsacrossexperiments,servingasanexemplarforfurtherresearch.Thisstudyoffe