郝杰

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)部，江蘇南京 210048）

大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)在高職院校的應(yīng)用研究

郝杰

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)部，江蘇南京 210048）

本文通過對高職院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，介紹網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，并闡述其對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和提高實(shí)驗(yàn)效果所發(fā)揮的積極作用。同時給出了一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為高職院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)改革提供借鑒思路。

網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)；光電效應(yīng)；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的課程，它對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手能力、分析問題和解決問題的能力有著不可替代的作用。由于仿真實(shí)驗(yàn)不易受場地和時間的限制，目前已有一些高校把它作為輔助手段用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，亦取得了良好的教學(xué)效果，其中最為主要的仿真軟件是中國科技大學(xué)研發(fā)的《大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)》。但對于高職院校而言，由于經(jīng)費(fèi)不足、物理實(shí)驗(yàn)重視不夠等因素，建設(shè)現(xiàn)代化大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)室，目前還難以實(shí)現(xiàn)。本文立足于南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，分析高職院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，并以“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例，介紹網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，并闡述其對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和提高實(shí)驗(yàn)效果所發(fā)揮的積極作用。同時給出了一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為高職院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)改革提供借鑒思路。

1 高職院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不夠

隨著高等職業(yè)技術(shù)教育的學(xué)制改革，專業(yè)教學(xué)的加強(qiáng)，加上近年來急功近利的社會風(fēng)氣，物理教學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高等職業(yè)教學(xué)中的地位被動搖，其重要作用被懷疑。即使在純工科性的院校中，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也是面臨著課時壓縮或停開的局面。

1.2 實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足，儀器陳舊，缺乏現(xiàn)代化教學(xué)手段

目前，多數(shù)高職院校是在原中?；A(chǔ)上升格的，物理實(shí)驗(yàn)室原有設(shè)備只能滿足中職物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。儀器不僅陳舊，而且多數(shù)不能適應(yīng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，更談不上面向?qū)I(yè)開設(shè)針對性的綜合實(shí)驗(yàn)。不少學(xué)校升格后都是把絕大部分經(jīng)費(fèi)用于擴(kuò)大辦學(xué)規(guī)模，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的總體投入相對較少，能投放到物理實(shí)驗(yàn)室的更是杯水車薪。在這樣的大環(huán)境下，物理實(shí)驗(yàn)器材無法大面積更新，建設(shè)現(xiàn)代化大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)室，目前還難易實(shí)現(xiàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于形式

由于課時壓縮，學(xué)生完成一個實(shí)驗(yàn)的時間只有2課時。由于時間的限制，課堂上教師難以充分闡述實(shí)驗(yàn)原理，介紹實(shí)驗(yàn)思路，被迫進(jìn)行“填鴨式”灌輸；學(xué)生聽得懵懵懂懂，只能茫然地完成實(shí)驗(yàn)，對儀器的性能和結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和方法，根本沒有時間去思考、探索，而這些又是實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。由于課堂實(shí)驗(yàn)的“走過場”，課后，學(xué)生更沒有興趣總結(jié)實(shí)驗(yàn)，只是完成一份東抄西湊的實(shí)驗(yàn)報告。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，往往使實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于形式，不能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果，束縛了學(xué)生的科學(xué)思維能力的發(fā)展。

2 網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)踐

如何改變以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的整合為此開辟了新思路。教學(xué)實(shí)踐采用美國科羅拉多大學(xué)創(chuàng)建的在線實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)室PhET。PhET是免費(fèi)使用的公開網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，不需要學(xué)?；ㄙM(fèi)大量資金建設(shè)現(xiàn)代化仿真實(shí)驗(yàn)室，解決了資金難的困頓。物理仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、量子現(xiàn)象與電路等。

下面以“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例來說明教學(xué)實(shí)踐的實(shí)施過程。該實(shí)驗(yàn)的主要目的是觀察光電效應(yīng)和測量普朗克常數(shù)，由于實(shí)驗(yàn)儀器價格較高，實(shí)驗(yàn)操作步驟繁瑣，學(xué)生一般都是按照老師設(shè)定好的參數(shù)和實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生探究能力。而且在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生要讀取大量數(shù)據(jù)，測量過程較長，微電流測量儀在長時間工作狀態(tài)下也會不穩(wěn)定，造成學(xué)生讀數(shù)困難、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大，重復(fù)性變差。應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)具有一定的優(yōu)勢。

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)平臺

圖1為光電效應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺，包括光源、光電管、電流表、電源及模擬數(shù)據(jù)圖像等，電源電動勢范圍-8V～8V，光源波譜范圍為100～850nm，光照強(qiáng)度范圍0～100%。

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)際實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生利用課余時間先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。進(jìn)入光電效應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺后，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材提示，也可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)表格完成仿真實(shí)驗(yàn)。對于不清楚或難以理解的地方，可以反復(fù)實(shí)驗(yàn)觀測，完成仿真實(shí)驗(yàn)后寫出簡易的仿真實(shí)驗(yàn)報告。為起到督促作用，可將仿真實(shí)驗(yàn)報告按一定比例納入實(shí)驗(yàn)總成績。學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)中可得到如圖2、圖3的關(guān)系圖，這些關(guān)系圖可以幫助學(xué)生對光電效應(yīng)規(guī)律有直觀認(rèn)識。

圖1 光電效應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺

圖2 光子最大初動能-光頻率關(guān)系圖

圖3 電流-光強(qiáng)度關(guān)系圖

2.3 真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

真實(shí)實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用GD-2型用普朗克常數(shù)測定儀，包括高壓汞燈光源、濾光片、光電管暗盒、微電流測量儀、普朗克常數(shù)測定儀五個部分。先檢查學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)情況，然后重點(diǎn)講解本次實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)思想，并介紹光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的意義和應(yīng)用。有了仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，學(xué)生在進(jìn)行儀器組合安排、線路連接、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、遏止電壓的測量等各項(xiàng)操作時，效率明顯提高，不像以往手忙腳亂，無所適從，實(shí)驗(yàn)興趣也明顯提高，提出的問題也有了深度。在完成實(shí)驗(yàn)之后，我們對測量結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評討論，效果令人滿意。在討論中，學(xué)生對比了仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，提出了實(shí)際實(shí)驗(yàn)中存在的一些不足，如無低頻濾光片，無法驗(yàn)證截止頻率的存在；沒有光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)，不利于探究光電效應(yīng)規(guī)律等。

2.4 網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)的積極作用

2.4.1 打破了實(shí)驗(yàn)的時空限制

網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室作為一個“開放的實(shí)驗(yàn)室”，打破了時間和空間的限制，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間隨時進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作，為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后研究提供了便利條件。

2.4.2 提高了實(shí)驗(yàn)的效率和質(zhì)量

仿真實(shí)驗(yàn)形象直觀，操作便捷，讓學(xué)生更容易理解實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器和操作過程，提高了預(yù)習(xí)質(zhì)量。隨著認(rèn)知的加強(qiáng)，學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)興趣也提高了，在課堂上能夠積極地完成實(shí)驗(yàn)，并主動思考實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想以及實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題等，充分調(diào)動了學(xué)生的課堂參與性，擺脫了任務(wù)式的教學(xué)模式。

2.4.3 加強(qiáng)了信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)課程的整合

教師在教學(xué)中充分挖掘、利用這些信息技術(shù)和信息資源，無形中培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng)，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生成為具有信息處理能力的、主動的終身學(xué)習(xí)者。

3 物理實(shí)際實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

基于教學(xué)實(shí)踐，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)為主要預(yù)習(xí)手段，給出一種新的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 (圖4)。

圖4 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式圖

按照物理實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生可以相對自由選擇實(shí)驗(yàn)題目，在充分預(yù)習(xí)之后，可以根據(jù)自己掌握情況選擇獨(dú)立完成還是教師參與。如果選擇教師參與就要等教師安排統(tǒng)一時間指導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)，如果是獨(dú)立完成可以隨時到各種開放實(shí)驗(yàn)室去自己完成整個實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐證明，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分利用網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，是提高實(shí)驗(yàn)效果的有效途徑，亦是提高學(xué)生信息素養(yǎng)、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的有效途徑。但在教學(xué)中需注意，仿真實(shí)驗(yàn)的定位一定要明確，它只是實(shí)際實(shí)驗(yàn)的模擬，只能作為實(shí)際實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，不能代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)。

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[2]王曉蒲,霍劍青,楊旭,等.大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐[J].物理實(shí)驗(yàn),2001(1):28-29.

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The Application of University Physical Network Simulation Experiment in Higher Vocational Colleges

HAO Jie
(Nanjing College of Chemical Technology,Nanjing 210048,China)

Based on the analyses of present situation of physics experiment teaching in higher vocational colleges, the article introduces the application of network simulation experiment in university physics experiment teaching, and explores the active affection of cultivating students’learning ability and improving the physics experiment teaching.The article presents a new experiment teaching mode which provides the reference for reformation about university physics experiment teaching in higher vocational colleges.

network simulation experiment;photoelectric effect;physics experiment teaching

G71

A

1008-178X(2012)09-0018-03

2012-04-25

郝 杰（1980-），女，遼寧沈陽人，南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)部物理教研室實(shí)驗(yàn)師，從事物理教學(xué)研究。