周紅仙

摘 要： 目前在大學物理實驗教學中，綜合型及科研型實驗項目在逐漸增加，由于這些實驗項目較復雜，實驗教學受到課堂和課時的限制。本文提出以校園網(wǎng)拓展大學物理實驗教學的時間和空間，對實驗涉及的知識進行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像等上傳到校園網(wǎng)上，學生可以隨時隨地利用校園網(wǎng)對實驗教學內(nèi)容進行課前學習，實現(xiàn)實驗教學在時間及空間上的延伸。

關鍵詞： 大學物理實驗 校園網(wǎng) 實驗資源

1.引言

大學物理實驗作為大學生進校后的第一門科學實驗課程，不僅讓學生受到嚴格、系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力。現(xiàn)在，面對時代的發(fā)展、科技進步的新趨勢和新挑戰(zhàn)，對大學物理實驗從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、考核方法、實驗室開放等方面進行改革，特別是把科技發(fā)展的新技術、新成果引入實驗教學，是實驗教學改革的一個重要方面。如中國科學技術大學的《大學物理實驗》打破了力、熱、電、光、近封閉的舊物理實驗課程體系，注重物理實驗的時代性與先進性，提出了與現(xiàn)代科技發(fā)展相適應的由基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實踐組成的新的四級物理實驗課程體系，開創(chuàng)了仿真實驗的新教學模式；太原科技大學實施由基礎型實驗、提高型實驗、設計型實驗三大模塊組成的整個大學階段的物理實驗。從國內(nèi)一些大學的實驗教學改革來看，都在降低驗證性實驗的比例，增加綜合性、設計性和研究性實驗在實驗教學中所占比例，如東北大學秦皇島分校增加了光譜測量、核磁共振等一些和現(xiàn)代科技發(fā)展相關的實驗內(nèi)容。各高校在實驗設備硬件建設方面加大了投入，引進了先進的實驗裝置和技術，為實驗內(nèi)容的先進性提供了物質(zhì)基礎，但是這些實驗不同于傳統(tǒng)實驗的單一原理驗證及簡單參數(shù)測量，一個實驗往往涉及多學科知識的交叉，而且實驗中涉及的知識，超前于學生的理論課，增加了實驗課難度，在有限實驗學時限制下，怎樣保證實驗課的教學質(zhì)量，是目前大學物理實驗教學需要解決的問題。本文提出把物理實驗資源放在校園網(wǎng)上共享，使實驗教學在時間和空間上得到延伸，克服實驗教學受課堂和課時限制的問題。

2.實驗教學的時間和空間限制

國內(nèi)高校大學物理實驗一般在大一第二學期或大二第一學期進行，是學生接觸較早的實驗課，由于學生的理論及實驗知識貯備有限，且學生沒有進行過系統(tǒng)的實驗技能訓練，為了促進實驗課的順利、高效進行，要求學生課前預習，了解儀器的使用及實驗中涉及的理論知識，實驗課時教師對實驗原理、方法和儀器使用等進行講解后，由學生獨立完成實驗任務，這種傳統(tǒng)的實驗教學方法已經(jīng)不適合目前實驗教學發(fā)展的要求。

對于綜合型實驗及科研型實驗，理論基礎及實驗設備往往涉及多學科的交叉，實驗儀器使用復雜，但學生用于實驗預習的資料主要為實驗教材。由于教材的篇幅所限，教材大都對實驗原理方面講得較清楚，在實驗背景、應用、設計思想、方法及相關儀器的使用方面較少涉及，在實驗中學生不能將書本講的原理和儀器設備之間進行很好的關聯(lián)，原理看完了不會做實驗，這種情況在較難的科研型實驗及綜合型實驗中更突出。由于課前預習效果不佳，為了按時完成實驗課，實驗教師不得不在課堂上花費較多時間講解實驗原理、實驗方法和儀器使用。由于課時限制，老師在講解時，把主要精力放在實驗步驟及儀器的操作上，造成學生完全按照既定步驟和要求完成操作過程，雖然效率較高，師生都省心，但不少學生在被動做實驗，盲目得到實驗結果，為完成實驗任務而做實驗。這種缺乏想象力和創(chuàng)新性的教學方法，對學生的思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不利的。隨著電子技術和自動化技術在實驗設備中的應用，一些較復雜、較精密的實驗儀器引入大學物理實驗教學，學生無法理解儀器的設計原理和運行機理，學生往往在老師設計好的實驗條件下完成實驗，并沒有掌握實驗的設計思想、實驗方法，提高應有的實驗技能，實驗課不能調(diào)動學生學習積極性和主動性，不能起到培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力的作用，導致實驗課的教學質(zhì)量不佳。

東北大學秦皇島分校實驗教育中心在大學物理實驗中引入“脈沖核磁共振實驗”，核磁共振技術是物理學、信息科學、電子學和醫(yī)學等學科交叉的新技術，在生物、醫(yī)學、化學、物理學中有廣泛應用，涉及原子物理、量子力學、信號處理、計算機技術、圖像處理等多學科，儀器使用復雜，還有一些新的術語、概念，這些知識無法在實驗教材中一一羅列，實驗課時教師需要花費很多時間詳細講解，但是由于實驗教學課堂時間有限，課前的預習尤為重要。對于綜合型及科研型實驗，僅僅依靠實驗教材，學生很難在預習中取得較好結果，教師要對實驗所涉及的知識進行整合，作為實驗預習的補充材料。針對“脈沖核磁共振實驗”的特點及學生的知識結構，我們對實驗涉及的各科學相關知識進行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像上傳到校園網(wǎng)上，學生可以隨時隨地下載學習，通過應用這樣的預習方式后，學生的預習效果及實驗效果大大強化。

3.實驗教學的時間和空間延伸

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，目前人們能夠隨時隨地乃至在移動過程中從互聯(lián)網(wǎng)獲取信息和服務，這些技術的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)信息獲取模式對時間和空間的限制，目前互聯(lián)網(wǎng)技術在許多行業(yè)都有廣泛應用。作為新技術的發(fā)祥地，高等學校和網(wǎng)絡的關系十分密切，網(wǎng)絡最初是在校園里進行實驗并獲得成功的，目前國內(nèi)高校都有良好的校園網(wǎng)環(huán)境，校園網(wǎng)為克服實驗教學中的時間和空間限制提供了條件。

利用計算機、校園網(wǎng)絡等技術，把實驗原理、實驗背景、實驗儀器的設計原理和運行機理、常用數(shù)據(jù)、信號處理方法、實驗中用到的軟件等相關資料上傳至校園網(wǎng)，學生利用校園網(wǎng)對實驗教學內(nèi)容進行課前預習，在網(wǎng)上對實驗設備進行虛擬操作練習。把網(wǎng)上資源作為實驗教材的補充，將實驗相關知識的學習延伸到課外，學生可以隨時隨地地進行實驗項目的學習，打破了傳統(tǒng)實驗教學只能在規(guī)定的地點及規(guī)定的時間內(nèi)進行的限制，實現(xiàn)了實驗教學在時間及空間上的延伸，克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的困擾。

針對“脈沖核磁共振實驗”的特點，我們在校園網(wǎng)上建設了“脈沖核磁共振實驗”虛擬實驗平臺，對所涉及的基本概念進行了詳細講解，如能級、量子數(shù)、原子核的自旋、磁矩等，對基本原理及物理過程進行了動畫演示，如拉莫進動、塞曼效應、磁共振、磁化及弛豫過程等，借助計算機技術，用動畫的形式加深了學生對微觀過程的認識和理解。學生可以在實驗課之前，通過校園網(wǎng)學習知識，取得了較好的預習效果。

高效的預習，為實驗課的教學質(zhì)量提供了保證。實驗課上，教師不需要按傳統(tǒng)的“教師演示實驗+學生模仿”的課堂教學模式上課，不用再花很多時間講述實驗原理、步驟、儀器的使用、數(shù)據(jù)處理方面的內(nèi)容，把課堂的時間還給學生，引導學生通過實驗研究、發(fā)現(xiàn)、解決物理問題，教師由知識傳授者轉變?yōu)閷W生的學習顧問，真正實現(xiàn)以學生為主體，教師為主導的物理實驗教學，調(diào)動學生做實驗的積極性和主動性，使學生懂得如何研究物理問題，而不是只局限于知識的傳授和技能的訓練。

這種教學方法對實驗教師的知識水平及知識結構提出了更高要求，要求實驗教師既有過硬的實驗方面的專業(yè)知識，又掌握計算機與信息技術，更了解學科發(fā)展動向及新成果，只有不斷更新知識，才能促進實驗教學改革，提高實驗教學質(zhì)量。

4.結語

為了適應大學物理實驗教學改革的要求，傳統(tǒng)的實驗項目的比例在降低，綜合性實驗項目及科技發(fā)展的新成果被引入實驗教學環(huán)節(jié)。由于這些實驗項目往往是多學科的綜合，實驗設備使用較復雜，這些實驗項目的教學受到課堂和課時的限制是實驗教學面臨的新問題。我們通過對實驗所涉及的內(nèi)容及學生的知識結構進行分析，對實驗涉及的知識進行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像上傳到校園網(wǎng)，學生可以隨時隨地下載學習，利用校園網(wǎng)對實驗教學內(nèi)容進行課前預習，對實驗設備進行虛擬操作練習，打破傳統(tǒng)實驗教學只能在規(guī)定的地點及規(guī)定的時間內(nèi)進行的限制，實現(xiàn)了實驗教學在時間及空間上的延伸，克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的困擾。

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