[摘要]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用變得越來(lái)越普及，充分利用我?，F(xiàn)有優(yōu)勢(shì)資源建立大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，一定會(huì)提高我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。介紹在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性，初步設(shè)計(jì)基于網(wǎng)絡(luò)虛擬的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教學(xué)模式，探討系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用。

[關(guān)鍵詞]物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 虛擬實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)模塊

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597（2009）0110105-01

一、我校建立基于Web的物理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性

（一）實(shí)驗(yàn)室基本情況

2006年3月學(xué)校在原理科實(shí)驗(yàn)中心普通物理實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上成立了榆中校區(qū)面向全校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，加大資金投入，建成力、熱、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理、演示實(shí)驗(yàn)分室，共34個(gè)實(shí)驗(yàn)分室，使用面積共計(jì)2939平方，一次可容納學(xué)生712人。主要面向土木工程、電氣工程、計(jì)算機(jī)工程、現(xiàn)代教育技術(shù)、化工、歷史、生命科學(xué)與工程學(xué)院，18個(gè)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)。一個(gè)班20名同學(xué)可同時(shí)實(shí)驗(yàn)。

（二）學(xué)生基本情況

理工科學(xué)生從第二學(xué)期開(kāi)設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，經(jīng)調(diào)查65.8%學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能在中學(xué)階段就得到了鍛煉；由于各種原因28.7%的學(xué)生沒(méi)作過(guò)物理實(shí)驗(yàn)；受某些條件的影響21.6%的學(xué)生理論課內(nèi)容還沒(méi)學(xué)完就開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)；62.3%學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性很高，有明確的學(xué)習(xí)目的，認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)課能鞏固理論，拓寬視野，培養(yǎng)科研能力，應(yīng)積極開(kāi)設(shè)；32.5%學(xué)生認(rèn)為普通物理與自己的專業(yè)毫無(wú)瓜葛，今后的工作中毫無(wú)用處，做普通物理實(shí)驗(yàn)沒(méi)有興趣。

（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)儀器

從調(diào)查結(jié)果顯示，45.2%的同學(xué)喜歡驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；35.9%的學(xué)生更喜歡綜合性實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為綜合性實(shí)驗(yàn)更能使所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通；36.7%的學(xué)生認(rèn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)自己是個(gè)挑戰(zhàn)，更能鍛煉自己的能力；部分學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)儀器一般和不滿意，主要反映在綜合性、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量偏少。

教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)考核方面，學(xué)生更喜歡自主操作為主，老師輔導(dǎo)為輔的教學(xué)方法。大多數(shù)的學(xué)生希望實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)在實(shí)驗(yàn)室，而且希望實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)課應(yīng)該通過(guò)全面考核確定等次，真正反映個(gè)人的實(shí)驗(yàn)水平，而不是單靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告、出勤等方面定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

我校理科實(shí)驗(yàn)中心，承擔(dān)全校理工科學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)任務(wù)，上課學(xué)生人數(shù)多，由于儀器和教室的限制，使得無(wú)開(kāi)放時(shí)間、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少、上課課時(shí)短等問(wèn)題比較突出。現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分為課前預(yù)習(xí)、課上講解與指導(dǎo)、課后報(bào)告整理等三個(gè)環(huán)節(jié)。這三個(gè)環(huán)節(jié)中，課前預(yù)習(xí)是非常重要的環(huán)節(jié)，預(yù)習(xí)效果直接影響著學(xué)生課堂教學(xué)，由于現(xiàn)有資源的限制，實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有時(shí)間開(kāi)放，無(wú)法滿足學(xué)生課前到實(shí)驗(yàn)室預(yù)習(xí)的要求，學(xué)生僅完成一張全文字性的預(yù)習(xí)報(bào)告，這樣就無(wú)法掌握學(xué)生的實(shí)際預(yù)習(xí)質(zhì)量；在課上講解與指導(dǎo)環(huán)節(jié)，由于儀器的封閉性、獨(dú)立性和不可見(jiàn)性，使有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以講透。依據(jù)我校現(xiàn)有資源，建立物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可以有效解決實(shí)際問(wèn)題。

二、物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)模式

物理虛擬實(shí)驗(yàn)中有：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)交流等相應(yīng)的功能。

（一）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

這是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)內(nèi)擁有豐富的相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料，包括文字資料、動(dòng)畫(huà)、視頻以及各種圖片。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以視頻點(diǎn)播的方式觀看教學(xué)水平較高的教師針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的講解。

（二）實(shí)驗(yàn)預(yù)約

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有預(yù)約功能，學(xué)生可以在網(wǎng)上自由預(yù)約準(zhǔn)備要做的實(shí)際實(shí)驗(yàn)，在一定時(shí)間內(nèi)還可以取消預(yù)約，當(dāng)預(yù)約被虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)確定后學(xué)生就按自己預(yù)約的時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)

網(wǎng)上仿真實(shí)驗(yàn)界面真實(shí)、數(shù)據(jù)可測(cè)、與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一致、要求一致，學(xué)生必須按照實(shí)際實(shí)驗(yàn)的步驟和要求進(jìn)行虛擬操作，并按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（四）實(shí)驗(yàn)檢查

主要目的是對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，學(xué)生操作完成一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)后，輸入必要的數(shù)據(jù)，將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，并根據(jù)具體情況提出建議和指導(dǎo)。

（五）實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)測(cè)量后的分析和總結(jié)，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)培養(yǎng)的一個(gè)重要的方面。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給教師，類似于傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)。教師批改后可將批改結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給學(xué)生，也可根據(jù)情況，在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講評(píng)。

三、物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的作用

（一）拓寬學(xué)生視野、提高實(shí)驗(yàn)效果

儀器設(shè)備相對(duì)缺乏和不能及時(shí)更新等現(xiàn)象在一定程度上影響了人才質(zhì)量的培養(yǎng)。而虛擬實(shí)驗(yàn)由于資金投入較少，可以通過(guò)修改軟件就能擴(kuò)展和更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，大大降低教育成本。這在目前實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊張的情況下，有較大的優(yōu)勢(shì)。其次，大多數(shù)的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都具有時(shí)間性，有的經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間，而有的實(shí)驗(yàn)過(guò)程很短，用肉眼很難觀察，指導(dǎo)老師抽象的語(yǔ)言解釋，使學(xué)生理解很困難，在講解這些實(shí)驗(yàn)時(shí)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在課堂上非常逼真地觀察到這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察一些關(guān)鍵性的問(wèn)題，可使復(fù)雜抽象的教學(xué)內(nèi)容和概念簡(jiǎn)單化、直觀化、形象化。大大提高學(xué)生的理解能力和掌握能力。再次，現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，由于儀器的封閉性、獨(dú)立性和不可見(jiàn)性，使儀器結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以講透，虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)動(dòng)畫(huà)把實(shí)驗(yàn)儀器全方位展示給學(xué)生，對(duì)儀器內(nèi)部部件進(jìn)行解剖式的展示，并能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察儀器的各種指標(biāo)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)動(dòng)作，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)儀器的熟悉和對(duì)其功能的把握，為更好地進(jìn)行實(shí)物分組實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還可以讓教師可以在不同地點(diǎn)上網(wǎng)組織各種實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)的分布式教學(xué)，很好的實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域教學(xué)，充分利用了學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，對(duì)教師提供了一個(gè)全新的教學(xué)方法。

（二）增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、提高自主創(chuàng)新能力

公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要求學(xué)生掌握基本知識(shí)、基本技能和基本方法，還要充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的影響。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不熟悉實(shí)驗(yàn)原理及儀器結(jié)構(gòu)，很容易造成實(shí)驗(yàn)儀器的損壞，設(shè)備也容易磨損老化。虛擬技術(shù)提供近似真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，學(xué)生不但可以快速完成教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且可以進(jìn)行自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)教師只

規(guī)定基礎(chǔ)模塊和功能結(jié)果，至于學(xué)生用什么解決方案，設(shè)計(jì)思維完全由學(xué)生自己設(shè)計(jì)。在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)導(dǎo)致元器件或測(cè)試儀器的損壞，有些精密儀器還比較昂貴，因此學(xué)生有所顧慮，不敢放手去做，創(chuàng)造性思維受到限制。利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以免去這些后顧之憂，大膽創(chuàng)新。這不僅能提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更能培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

（三）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

虛擬實(shí)驗(yàn)提供計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的交互功能和虛擬軟件友好的人機(jī)界面，結(jié)合了視、聽(tīng)功能，形象直觀，圖文并茂，豐富多彩，信息量大，一定程度上具有娛樂(lè)性，學(xué)生通過(guò)自主操縱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不會(huì)損壞任何儀器設(shè)備，從而能有效激發(fā)學(xué)生對(duì)公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)的興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生“動(dòng)手”參與的積極性，從而真正體現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知主體作用和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的主體地位。

總之，我校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建立，將會(huì)打破傳統(tǒng)的封閉式教學(xué)模式，學(xué)生可以自由安排時(shí)間在網(wǎng)上完成具體實(shí)驗(yàn)，方便學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效益。同時(shí)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)費(fèi)用遠(yuǎn)低于課堂教學(xué)設(shè)備的購(gòu)置及維護(hù)費(fèi)用，而且平臺(tái)規(guī)?？梢造`活掌握，不僅可以降低實(shí)驗(yàn)成本，而且有效的緩解我校經(jīng)費(fèi)投入不足的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：

才讓卓瑪，女，青海尖扎人，講師，主要從事數(shù)據(jù)庫(kù)方向的教學(xué)研究。