劉忠民　周琳　官盛果　劉正奇　閔秋應(yīng)　葉鵬輝

摘 要 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是各高校理工類專業(yè)開設(shè)的一門必修課，是高等學(xué)校理工科類專業(yè)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生操作、思考、協(xié)作等能力起著重要作用。重點(diǎn)介紹大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用和意義，以及實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)信息化管理對(duì)提高教學(xué)水平的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)室；信息化管理

中圖分類號(hào)：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）20-0014-03

Information Construction Exploration on University Physics Laboratory//LIU Zhongmin， ZHOU Lin， GUAN Shengguo， LIU Zhengqi， MIN Qiuyin， YE Penghui

Abstract University physics experiment is a required course for

science and engineering， it is a compulsory basic course for students

basic training of science and experiment to science and engineering， it is important in training students ability of operation， thinking and

cooperation and so on. This paper introduces the function， signifi-cance of virtual simulation experiment about University physics ex-periment teaching， and introduces contribution to laboratory and laboratory teaching information management how to improve the teaching level.

Key words college physics experiment； virtual simulation experi-ment teaching； lab； information management

1 引言

信息技術(shù)飛速發(fā)展惠及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。目前，不少高校已完成或正在進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室信息化平臺(tái)建設(shè)，其實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用電腦、信息采集、網(wǎng)絡(luò)通信及多媒體等技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理進(jìn)行信息采集、加工、處理與傳播，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行與管理數(shù)字化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法的多樣化。其突出意義在于可拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理的時(shí)間和空間，給予學(xué)生更多自主學(xué)習(xí)、開放學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)和探索科學(xué)與真理的時(shí)空，也為師生交互教學(xué)提供更多更好的平臺(tái)。

2 建設(shè)大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

建設(shè)意義 由于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)期以分組教學(xué)為主，長(zhǎng)期受教學(xué)環(huán)境和條件限制，普遍存在教學(xué)質(zhì)量低下和“走過場(chǎng)”現(xiàn)象。對(duì)江西師范大學(xué)300名理工科應(yīng)屆畢業(yè)生從理論課程與實(shí)驗(yàn)課程兩方面進(jìn)行問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

按該屆學(xué)生實(shí)際做了12項(xiàng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)計(jì)算，記憶率只有12.5%。這說明大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理工類學(xué)生來說很多是走過場(chǎng)，與理論教學(xué)相比有巨大差距。經(jīng)教師交流討論，認(rèn)為問題出在學(xué)生學(xué)習(xí)鏈上，如表2所示。

表2的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)比較得出：1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)少了復(fù)習(xí)和考試兩個(gè)環(huán)節(jié)；2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)單個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)時(shí)間太少；3）實(shí)驗(yàn)教師憑印象打分，幾乎全及格，通過率99%；

4）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果如何，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等是否本人完成，等等，不可控因素太多；5）學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中存在的問題不能及時(shí)反饋，師生溝通缺乏更多渠道。可見當(dāng)下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在不少問題。

建設(shè)目標(biāo) 建設(shè)大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，須面向參與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的所有學(xué)生，以培養(yǎng)學(xué)生掌握理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式和提高實(shí)踐能力為目標(biāo)。通過建設(shè)優(yōu)質(zhì)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，建設(shè)共享平臺(tái)，并將虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，創(chuàng)建一套有效的教學(xué)模式，打造一支高水平的虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)[1]。通過購(gòu)置或開發(fā)與本校真實(shí)儀器相似的仿真軟件，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

1）建設(shè)公共仿真教學(xué)管理平臺(tái)。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源有效地應(yīng)用于預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、復(fù)習(xí)、考試等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化、信息化，既實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果，又可大大減小實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)與管理強(qiáng)度。仿真實(shí)驗(yàn)是實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的演練，須具有測(cè)試功能并給出預(yù)習(xí)完成的分?jǐn)?shù)，設(shè)置合格門檻，且只有合格的學(xué)生才可參與實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2）建立虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)機(jī)制。實(shí)物分組大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)需大量?jī)x器與師資，因教學(xué)時(shí)間短，學(xué)生思考與操作時(shí)間有限，后期又缺乏復(fù)習(xí)，效果不太好。在原物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)，并力爭(zhēng)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)際實(shí)驗(yàn)儀器完全吻合，鼓勵(lì)教師探索和研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法與模式，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，利于提高教學(xué)質(zhì)量，這也是將來實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方向。

3）建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心信息化管理系統(tǒng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)也需監(jiān)控和管理，建立信息化管理中心，有利于保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮應(yīng)有作用和穩(wěn)定運(yùn)行。

4）仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)盡量與實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)相吻合。軟件公司制作的軟件，一般根據(jù)市場(chǎng)最通用儀器來模擬仿真，若軟件可實(shí)現(xiàn)根據(jù)自身儀器進(jìn)行修改，將是一款非常優(yōu)秀的軟件。軟件公司除教會(huì)學(xué)校教師使用外，更要教會(huì)教師根據(jù)各學(xué)校的具體儀器來編寫仿真實(shí)驗(yàn)。endprint

3 建設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室信息化管理中心

建設(shè)意義 目前，高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室做到真正信息化管理的還是少數(shù)，從實(shí)驗(yàn)室管理到實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幾乎還是人工管理與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的老模式。有些高校建設(shè)了開放實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際自覺來做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生很少，也沒真正發(fā)揮開放教學(xué)的作用；有些高校買了仿真軟件，但軟件還沒有完全用起來。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能動(dòng)性？如何建立更好的師生教學(xué)交流平臺(tái)？如何讓學(xué)生獲得更好更多的教學(xué)資源？如何給愛學(xué)、善學(xué)學(xué)子創(chuàng)造良好時(shí)空平臺(tái)？這些是目前明確大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向需要考慮的問題。

建設(shè)目標(biāo) 建設(shè)信息化管理中心，須以學(xué)生為中心，以提高教學(xué)質(zhì)量為中心，以優(yōu)化師資、減輕教師工作強(qiáng)度為中心；以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我管理、獨(dú)立思考與實(shí)踐能力為目標(biāo)，以較少師資和管理人員而能實(shí)現(xiàn)優(yōu)良教學(xué)效果為目標(biāo)。

通過建設(shè)智能化實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室智能化管理，實(shí)驗(yàn)過程智能記錄，實(shí)驗(yàn)報(bào)告網(wǎng)上提交、批改、查重等，從而給學(xué)生提供真正自主實(shí)驗(yàn)、自主探索的時(shí)空。若能實(shí)現(xiàn)大學(xué)城校際師生共享教學(xué)課件、共享實(shí)驗(yàn)設(shè)備，相互承認(rèn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)，必將大大促進(jìn)和提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)之教學(xué)水平。

1）建設(shè)教學(xué)管理與學(xué)生自主選排課系統(tǒng)。以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)是激發(fā)學(xué)生興趣、確保教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基本保證[2]。信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念和教學(xué)方法的有效途徑。信息化教學(xué)側(cè)重開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是指實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間對(duì)學(xué)生開放。學(xué)生可根據(jù)各自的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、感興趣的領(lǐng)域，自主安排時(shí)間到開放實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)時(shí)間和空間上給予學(xué)生充分自主性，充分滿足學(xué)生個(gè)性化教學(xué)的需要。

2）建設(shè)課件等教學(xué)資源庫(kù)共享系統(tǒng)。教學(xué)資源建設(shè)是實(shí)施教育信息化的基礎(chǔ)，需要長(zhǎng)期建設(shè)和維護(hù)。由于教學(xué)資源的內(nèi)容豐富多彩，形式多種多樣，因此，一個(gè)高效的教學(xué)資源管理應(yīng)用系統(tǒng)，是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息化教育系統(tǒng)中一個(gè)重要的、必不可少的基礎(chǔ)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)課件、教學(xué)視頻等，學(xué)生優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，均可作為教學(xué)資源予以共享。

3）建設(shè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)講義對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器操作等均有詳細(xì)介紹，但不少學(xué)校實(shí)際實(shí)驗(yàn)儀器與講義介紹儀器不一致。各高校因師資力量、教學(xué)儀器等的限制，很難供給學(xué)生大面積實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的環(huán)境，使學(xué)生無法對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立直觀認(rèn)識(shí)。由于教學(xué)時(shí)間和教學(xué)模式限制，教師也無法有效對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行有效檢查，因此導(dǎo)致不少學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)不過是“走過場(chǎng)”，純粹為攢學(xué)分而來，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

若將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作概念、數(shù)據(jù)記錄、關(guān)鍵公式及思考題等以填空與選擇題形式放入實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)，給出門檻分?jǐn)?shù)，并結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，達(dá)標(biāo)后才能進(jìn)入下一步教學(xué)，顯然對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)能起到很好的督促與指導(dǎo)作用。

4）建設(shè)實(shí)驗(yàn)過程智能記錄系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程智能記錄如能實(shí)施，將對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果等數(shù)據(jù)的真?zhèn)尾樽C起到重要作用，也對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)丟失后再次查找非常有幫助。但真正要實(shí)施，涉及信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算及軟件處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，成本將會(huì)很大。若能開發(fā)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)APP，學(xué)生智能手機(jī)安裝APP，作為數(shù)據(jù)采集、記錄、上傳的平臺(tái)，顯然能節(jié)約大量資金，也是實(shí)施創(chuàng)新教學(xué)的新思路。

5）建設(shè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)查重與評(píng)閱系統(tǒng)。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和教師評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告體現(xiàn)出學(xué)生的數(shù)據(jù)處理、分析、綜合思考和創(chuàng)新能力。教師通過評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可掌握學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、操作及數(shù)據(jù)處理等是否正確，學(xué)生是否真正領(lǐng)悟整個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)總結(jié)教學(xué)中存在的問題、針對(duì)性調(diào)整教學(xué)思路非常關(guān)鍵。在上千學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，因教師人數(shù)有限、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)閱量大，實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)閱的質(zhì)量難以保證，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和評(píng)分公平公正度。若學(xué)生在網(wǎng)上提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電腦可自動(dòng)根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)評(píng)判，能自動(dòng)查找出抄襲內(nèi)容，將大大減小實(shí)驗(yàn)教師的工作強(qiáng)度，又可提高評(píng)閱質(zhì)量和評(píng)分公正度。

6）建設(shè)實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室智能管理涉及門禁、電源開關(guān)、監(jiān)控、預(yù)習(xí)是否合格等一系列聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。學(xué)生在網(wǎng)上預(yù)習(xí)合格后，方可用學(xué)生證打開實(shí)驗(yàn)室門禁進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)；進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，啟動(dòng)電源開關(guān)，實(shí)驗(yàn)室電源通電，實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)控同時(shí)開始工作，監(jiān)控對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行記錄；實(shí)驗(yàn)完成，刷卡后門關(guān)閉，五分鐘后實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)切斷電源與監(jiān)控。

7）建設(shè)師生教學(xué)交流管理平臺(tái)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師的主動(dòng)講授和學(xué)生的被動(dòng)接受為特征，教師注重通過語言的講述和行為的灌輸來實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授。課堂教學(xué)往往過于單一，教師占據(jù)教學(xué)的主體地位，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得不到充分的體現(xiàn)和發(fā)揮，嚴(yán)重束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。建設(shè)師生互動(dòng)教學(xué)交流平臺(tái)，方便學(xué)生提問、教師答疑解疑，師生共同解決問題的同時(shí)，也無形中提高了教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，不少高校已建設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室信息共享平臺(tái)，但因軟件、管理或教師原因，花了幾十萬建設(shè)的管理與教學(xué)平臺(tái)并未發(fā)揮應(yīng)有作用。如何建設(shè)并利用信息化平臺(tái)，真正做到物盡其用？但愿本文能起到些許啟發(fā)和指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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