徐朝輝,宋紅權,吳定允

(周口師范學院,河南周口 466001)

基于計算機網(wǎng)絡技術大學物理實驗教學模式的探索和實踐

徐朝輝,宋紅權,吳定允

(周口師范學院,河南周口 466001)

從大學物理實驗教學的實際出發(fā),提出了基于計算機網(wǎng)絡技術的新的大學物理實驗教學模式。

大學物理實驗;計算機網(wǎng)絡技術;教學模式;創(chuàng)新能力

隨著多媒體信息技術在日常生活中的普及,計算機及網(wǎng)絡技術在物理教學中的地位越來越明顯,學生的動手能力以及對計算機的操作能力也是用人單位擇人的重要依據(jù)。目前,絕大部分物理實驗室具備了計算機和網(wǎng)絡技術的先進手段,但在實驗教學以及實驗室管理上仍采取傳統(tǒng)的教學管理模式,這樣不僅影響了物理實驗上課的效率,而且使得計算機以及網(wǎng)絡技術等先進教學資源得不到充分的應用,不能發(fā)揮多媒體教學的優(yōu)勢。在此背景下,原有的物理實驗教學模式以及實驗室管理模式都面臨新的挑戰(zhàn),探索研究新的實驗教學模式勢在必行[1-5]。

1 基于計算機網(wǎng)絡技術大學物理實驗教學模式

大學物理實驗課與理論課既有聯(lián)系又有其獨有的特點。大學物理實驗課以現(xiàn)象所包含的物理內容為研究對象,但它的著重點不是物理內容為中心,而是實驗方法和實驗技能的訓練。大學物理實驗不依附于大學物理理論,大學物理實驗所需的理論可能大學物理理論課還沒講到,所用實驗儀器的工作原理和使用方法理論上更是沒有涉及。大學物理實驗項目又具有其獨立性,不僅實驗內容,實驗方法不同,涉及到的領域也也可能有較大的差別。當前我們必須充分利用計算機和網(wǎng)絡技術,充分利用最多的教學資源,提高教學效率,改革傳統(tǒng)的教學模式?；谟嬎銠C網(wǎng)絡技術大學物理實驗教學模式主要包括以下內容:

1.1 建立三級雙循環(huán)的教學方法

所謂“雙循環(huán)教學”就是將實驗預備知識的講解和實驗操作分為兩個環(huán)節(jié)循環(huán)進行。即將每學期的實驗課程若干論,每輪包括兩個或多個實驗項目。對于每輪實驗,先拿出該輪實驗三分之一的課時(如2課時)集中進行實驗預備知識的學習,對實驗任務,實驗方法等進行集中的講解,然后留出學生討論和答疑的時間,以便鞏固所學知識,為學生課外預習實驗打下良好的理論基礎,學生結合虛擬實驗室在課外撰寫包括實驗原理,實驗步驟,所用儀器等內容的預習報告,經(jīng)教師審查合格后,然后再分批進行實驗操作。在學生操作過程中,教師不再實驗進行講解,只進行針對性的,符合學生個性的指導。在下輪實驗預備知識的講解中,增加上輪實驗的小結和講評根據(jù)實驗報告和教學情況,講解存在的問題和實驗要求,根據(jù)實際情況改進教學方法。所謂“三級”是指在基礎實驗、綜合實驗、和設計性實驗的教學中采取“牽”、“領”、“放”三級的螺旋上升的教學方法,即基礎實驗牽著走,綜合實驗領著走,設計實驗放開手,循環(huán)漸進地提高學生的創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)。這樣做的目的是讓學生在了解大量實驗儀器使用方法,基本的實驗技能以及常用的數(shù)據(jù)處理方法后,教師引導學生去找物理規(guī)律,創(chuàng)新實驗方法,進而激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學研究能力。

1.2 建立數(shù)字化物理實驗室

數(shù)字化實驗室的建設主要包括兩個方面:其一,在互聯(lián)網(wǎng)上建立實驗室盡可能詳盡的資料的電子信息檔案,便于學生進行實驗操作之前的預習和撰寫預習報告。其二,建立師生互動平臺即留言板或論壇,以便于師生之間的交流以及及時反饋學生對實驗室管理和教師教學的建議和意見。數(shù)字化實驗室的建設是三級雙循環(huán)教學順利開展以及提高大學物理實驗課授課質量的保證,是教學過程和現(xiàn)代科學技術相結合進而提高學生創(chuàng)新和自主能力的保證。

1.3 實驗現(xiàn)象的計算機仿真模擬及虛擬實驗儀器的研究

主要包括兩個方面內容:第一,實驗現(xiàn)象的計算機模擬。就是根據(jù)根據(jù)物理現(xiàn)象或過程的特性,按照一定數(shù)學規(guī)律用計算機程序語言模擬物理現(xiàn)象實際的運行情況,并依據(jù)大量的模擬結果對物理現(xiàn)象或過程進行定量分析。相對于傳統(tǒng)實驗手段來說,計算機模擬具有成本低、時間短、重復性高、靈活性強等優(yōu)點。特別對于一些科研經(jīng)費不充足,實驗儀器更換率低地方性大學,運用模擬技術可以讓學生在低成本的條件下,從事最前沿的科學技術實驗研究。第二,對虛擬儀器的研究。由于一些精密的儀器容易損壞,損壞以后不及時補充,這樣就會影響正常的教學進度,如果能在實驗過程中通過傳感器以及計算機仿真技術模擬一些儀器,就可以節(jié)省實驗成本,提高實驗精度,縮減實驗規(guī)模等。

1.4 多樣化的考核方法

鑒于傳統(tǒng)考核方法虛多于實,在新的實驗教學模式下應該采取更科學的考核方法。新的考核方法包括平時成績與期末考核成績兩項其中平時成績占60%,期末考核成績占40%。平時成績包括預習報告成績,平時操作成績,實驗報告成績三項。為了防止學生在預習過程中預習報告相互抄襲,可以在網(wǎng)上建立實驗預習檢測系統(tǒng),學生隨機在系統(tǒng)中抽取若干與實驗相關的問題,并回答,所得分數(shù)通過網(wǎng)絡記錄到數(shù)據(jù)庫,作為實驗成績的一部分,以檢驗學生的實驗預習質量。期末考核成績包括以下內容:(a)操作考核。主要是從已做實驗中隨機抽取一個,按一定的要求用適當?shù)膶嶒炘O備測量所要求的數(shù)據(jù),并處理及分析實驗結果。(b)實驗現(xiàn)象的計算機模擬。學生自選一些簡單的物理現(xiàn)象進行計算機模擬,這是檢測學生對物理規(guī)律和計算機應用能力的一個重要環(huán)節(jié)。(c)實驗答辯。學生隨機抽取一個實驗,由數(shù)位有教學經(jīng)驗的教師作為評委,學生要根據(jù)評委的要求回答所提問題。(d)閉卷理論考核。每學期出若干套試卷,包括本學期所完成所有實驗。目的是檢驗學生平時做實驗所獲取的基本知識,包括實驗原理,儀器規(guī)程,實驗方法,數(shù)據(jù)處理及分析和實驗的應用等。(e)開卷理論考試。一般出若干個學生沒有做過,但學過該基本知識的設計性實驗,實驗室關閉后提前告訴學生,提前10分鐘抽簽或教師指定操作的題目任做,目的是檢驗學生本學期的實驗綜合能力。以上實驗方法可以根據(jù)實驗課的具體課時選則其中若干個,項目選擇越多,就越能檢測學生的真實水平。

2 新教學模式的實踐與成效

2007年以來,我們對新的教學模式進行了有效的探索與實踐,結果顯示新的教學模式,既可以消除學生對大學物理實驗的畏難情緒,提高學生的學習積極性,又可以大大減少教師上重復課的工作量,形成了教師愿教,學生愿學的良好循環(huán)。表1列出了A、B兩個班用傳統(tǒng)教學模式和新教學模式的教學效果。同時,采用“牽、引、放”的方法,充分實現(xiàn)了因材施教,層次教學的教學目標。在設計性實驗階段,教師組織學生模擬實驗儀器,學生在操作過程中不僅掌握了萬用表,示波器,信號源儀器等的工作原理,還學到了物理學、電子技術、微機原理,MATLAB以及儀器的焊接、調試等綜合知識。物理知識不再使學生感到望而生畏,枯燥無味,激發(fā)了學生對物理實驗的學習熱情。到目前為止,教師和學生共模擬、研制了30多種實驗儀器,有些還填補了市場的空白。

表1 傳統(tǒng)教學模式和新教學模式教學效果對比

3 結 論

基于計算機網(wǎng)絡技術的教學模式較好地解決了大學物理實驗課獨立開課存在的問題,提高了實驗教學效果,尤其滿足了地方本科院校實驗教學的需要,使大學物理實驗真正成為獨立于理論課的課程,提高了學生的創(chuàng)新實踐能力。同時,由于新的教學模式是現(xiàn)代化教學手段的反應,因此對教師的理論水平和計算機應用能力提出了新的挑戰(zhàn),促進了教師教學質量和教學水平的提高。

[1]李林;施蕓城;鐘宏杰.物理實驗課不同考核方式的改革與實踐——操作考試的積極效應最為明顯[J].大學物理,2010,30(2):43-46.

[2]季誠響;趙莉麗;楊小靜.在物理實驗教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的探討[J].大學物理實驗,2010,30(1):80-82.

[3]肖文波;何興道等.大學物理實驗教學與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的討論[J].大學物理實驗,2010,30(1):83-85.

[4]高宏;郭文閣等.綜合設計型物理實驗公選課的實踐與體會[J].大學物理實驗,2010,30(2):97-99.

[5]王長春;宛明高.注重實驗教學改革培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].大學物理實驗,2010,30(3):82-84.

Research and Practice on Pattern of College Physics Experiment Teaching Pattern Based on Technology of Computer and Net work

XU Zhao-hui,SONG Hong-quan,WU Ding-yun

(Zhoukou Normal University,Zhou kou 466001)

A new teaching pattern based o n co mp uter and network was p resented ,f ro m point s of viewof p ractice ,and . In t his new teaching pattern ,dual-circle teaching met hod ,t he digital p hysics lab ,researching,designing and developing of virt ual experiment system of p hysics experiment ,diversified evaluation met ho ds. The p ractices indicate t hat t he new teaching pattern favor imp roving st udent s’st udy interest and innovatio n ability.

technology of co mp uter and network ;college p hysics experiment ;teaching pattern ;innovation ability

G642.0

A

1007-2934(2011)04-0090-03

2011-01-10