周紅仙

摘 要： 目前在大學(xué)物理實驗教學(xué)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(fù)雜，實驗教學(xué)受到課堂和課時的限制。本文提出以校園網(wǎng)拓展大學(xué)物理實驗教學(xué)的時間和空間，對實驗涉及的知識進(jìn)行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像等上傳到校園網(wǎng)上，學(xué)生可以隨時隨地利用校園網(wǎng)對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，實現(xiàn)實驗教學(xué)在時間及空間上的延伸。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理實驗 校園網(wǎng) 實驗資源

1.引言

大學(xué)物理實驗作為大學(xué)生進(jìn)校后的第一門科學(xué)實驗課程，不僅讓學(xué)生受到嚴(yán)格、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力?，F(xiàn)在，面對時代的發(fā)展、科技進(jìn)步的新趨勢和新挑戰(zhàn)，對大學(xué)物理實驗從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方法、實驗室開放等方面進(jìn)行改革，特別是把科技發(fā)展的新技術(shù)、新成果引入實驗教學(xué)，是實驗教學(xué)改革的一個重要方面。如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的《大學(xué)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(jìn)性，提出了與現(xiàn)代科技發(fā)展相適應(yīng)的由基本實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗、科學(xué)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(xué)模式；太原科技大學(xué)實施由基礎(chǔ)型實驗、提高型實驗、設(shè)計型實驗三大模塊組成的整個大學(xué)階段的物理實驗。從國內(nèi)一些大學(xué)的實驗教學(xué)改革來看，都在降低驗證性實驗的比例，增加綜合性、設(shè)計性和研究性實驗在實驗教學(xué)中所占比例，如東北大學(xué)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(guān)的實驗內(nèi)容。各高校在實驗設(shè)備硬件建設(shè)方面加大了投入，引進(jìn)了先進(jìn)的實驗裝置和技術(shù)，為實驗內(nèi)容的先進(jìn)性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，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(xué)科知識的交叉，而且實驗中涉及的知識，超前于學(xué)生的理論課，增加了實驗課難度，在有限實驗學(xué)時限制下，怎樣保證實驗課的教學(xué)質(zhì)量，是目前大學(xué)物理實驗教學(xué)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(xué)在時間和空間上得到延伸，克服實驗教學(xué)受課堂和課時限制的問題。

2.實驗教學(xué)的時間和空間限制

國內(nèi)高校大學(xué)物理實驗一般在大一第二學(xué)期或大二第一學(xué)期進(jìn)行，是學(xué)生接觸較早的實驗課，由于學(xué)生的理論及實驗知識貯備有限，且學(xué)生沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，為了促進(jìn)實驗課的順利、高效進(jìn)行，要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)，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(jìn)行講解后，由學(xué)生獨(dú)立完成實驗任務(wù)，這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法已經(jīng)不適合目前實驗教學(xué)發(fā)展的要求。

對于綜合型實驗及科研型實驗，理論基礎(chǔ)及實驗設(shè)備往往涉及多學(xué)科的交叉，實驗儀器使用復(fù)雜，但學(xué)生用于實驗預(yù)習(xí)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(yīng)用、設(shè)計思想、方法及相關(guān)儀器的使用方面較少涉及，在實驗中學(xué)生不能將書本講的原理和儀器設(shè)備之間進(jìn)行很好的關(guān)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(yù)習(xí)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(fèi)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(xué)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(xué)生在被動做實驗，盲目得到實驗結(jié)果，為完成實驗任務(wù)而做實驗。這種缺乏想象力和創(chuàng)新性的教學(xué)方法，對學(xué)生的思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不利的。隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)在實驗設(shè)備中的應(yīng)用，一些較復(fù)雜、較精密的實驗儀器引入大學(xué)物理實驗教學(xué)，學(xué)生無法理解儀器的設(shè)計原理和運(yùn)行機(jī)理，學(xué)生往往在老師設(shè)計好的實驗條件下完成實驗，并沒有掌握實驗的設(shè)計思想、實驗方法，提高應(yīng)有的實驗技能，實驗課不能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，不能起到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的作用，導(dǎo)致實驗課的教學(xué)質(zhì)量不佳。

東北大學(xué)秦皇島分校實驗教育中心在大學(xué)物理實驗中引入“脈沖核磁共振實驗”，核磁共振技術(shù)是物理學(xué)、信息科學(xué)、電子學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科交叉的新技術(shù)，在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)中有廣泛應(yīng)用，涉及原子物理、量子力學(xué)、信號處理、計算機(jī)技術(shù)、圖像處理等多學(xué)科，儀器使用復(fù)雜，還有一些新的術(shù)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(fèi)很多時間詳細(xì)講解，但是由于實驗教學(xué)課堂時間有限，課前的預(yù)習(xí)尤為重要。對于綜合型及科研型實驗，僅僅依靠實驗教材，學(xué)生很難在預(yù)習(xí)中取得較好結(jié)果，教師要對實驗所涉及的知識進(jìn)行整合，作為實驗預(yù)習(xí)的補(bǔ)充材料。針對“脈沖核磁共振實驗”的特點(diǎn)及學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，我們對實驗涉及的各科學(xué)相關(guān)知識進(jìn)行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像上傳到校園網(wǎng)上，學(xué)生可以隨時隨地下載學(xué)習(xí)，通過應(yīng)用這樣的預(yù)習(xí)方式后，學(xué)生的預(yù)習(xí)效果及實驗效果大大強(qiáng)化。

3.實驗教學(xué)的時間和空間延伸

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(wù)，這些技術(shù)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(shù)在許多行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。作為新技術(shù)的發(fā)祥地，高等學(xué)校和網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系十分密切，網(wǎng)絡(luò)最初是在校園里進(jìn)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(xué)中的時間和空間限制提供了條件。

利用計算機(jī)、校園網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，把實驗原理、實驗背景、實驗儀器的設(shè)計原理和運(yùn)行機(jī)理、常用數(shù)據(jù)、信號處理方法、實驗中用到的軟件等相關(guān)資料上傳至校園網(wǎng)，學(xué)生利用校園網(wǎng)對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，在網(wǎng)上對實驗設(shè)備進(jìn)行虛擬操作練習(xí)。把網(wǎng)上資源作為實驗教材的補(bǔ)充，將實驗相關(guān)知識的學(xué)習(xí)延伸到課外，學(xué)生可以隨時隨地地進(jìn)行實驗項目的學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)只能在規(guī)定的地點(diǎn)及規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行的限制，實現(xiàn)了實驗教學(xué)在時間及空間上的延伸，克服了實驗教學(xué)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(diǎn)，我們在校園網(wǎng)上建設(shè)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(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行了動畫演示，如拉莫進(jìn)動、塞曼效應(yīng)、磁共振、磁化及弛豫過程等，借助計算機(jī)技術(shù)，用動畫的形式加深了學(xué)生對微觀過程的認(rèn)識和理解。學(xué)生可以在實驗課之前，通過校園網(wǎng)學(xué)習(xí)知識，取得了較好的預(yù)習(xí)效果。

高效的預(yù)習(xí)，為實驗課的教學(xué)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(xué)生模仿”的課堂教學(xué)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(xué)生，引導(dǎo)學(xué)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(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)顧問，真正實現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的物理實驗教學(xué)，調(diào)動學(xué)生做實驗的積極性和主動性，使學(xué)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(xùn)練。

這種教學(xué)方法對實驗教師的知識水平及知識結(jié)構(gòu)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(jī)與信息技術(shù)，更了解學(xué)科發(fā)展動向及新成果，只有不斷更新知識，才能促進(jìn)實驗教學(xué)改革，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

4.結(jié)語

為了適應(yīng)大學(xué)物理實驗教學(xué)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(xué)環(huán)節(jié)。由于這些實驗項目往往是多學(xué)科的綜合，實驗設(shè)備使用較復(fù)雜，這些實驗項目的教學(xué)受到課堂和課時的限制是實驗教學(xué)面臨的新問題。我們通過對實驗所涉及的內(nèi)容及學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對實驗涉及的知識進(jìn)行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像上傳到校園網(wǎng)，學(xué)生可以隨時隨地下載學(xué)習(xí)，利用校園網(wǎng)對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，對實驗設(shè)備進(jìn)行虛擬操作練習(xí)，打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)只能在規(guī)定的地點(diǎn)及規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行的限制，實現(xiàn)了實驗教學(xué)在時間及空間上的延伸，克服了實驗教學(xué)長期受到課堂、課時限制的困擾。

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