趙麗特，王喜建，范海陸，陳喜娣

（五邑大學(xué)，廣東 江門 529020）

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革探討

趙麗特，王喜建，范海陸，陳喜娣

（五邑大學(xué)，廣東 江門 529020）

介紹了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及多媒體設(shè)備在大學(xué)物理實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用，以提高大學(xué)物理實驗的教學(xué)效果。

數(shù)字化；網(wǎng)絡(luò)化；多媒體；大學(xué)物理實驗；改革

大學(xué)物理實驗是高校教育的基礎(chǔ)學(xué)科，是工科院校學(xué)生的一門基礎(chǔ)必修課，它對培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力有十分重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，社會對人才的培養(yǎng)提出更高的要求，大學(xué)物理實驗教學(xué)也需要跟上時代的步伐與時俱進(jìn)，著力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和能力的優(yōu)秀學(xué)生。如何提高物理實驗課的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造性，以及培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手能力、分析思考能力、獨(dú)立工作能力和綜合設(shè)計能力的問題，是我們長期以來一直在思考和探索的問題。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法簡單、呆板，實驗內(nèi)容枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大降低。大多數(shù)同學(xué)只是為了學(xué)分而完成實驗，教學(xué)效果不佳。如果在傳統(tǒng)實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及采用多媒體設(shè)備教學(xué)，將使實驗的趣味性、科學(xué)性、多樣性大大提高，從而也可以提高學(xué)生的興趣，培養(yǎng)他們的各種能力。另一方面也可以增大教師的教學(xué)興趣，提高教學(xué)水平，更加充分的利用各種教學(xué)設(shè)備，提高授課學(xué)生的人數(shù)。

1 大學(xué)物理實驗預(yù)習(xí)方面——仿真實驗

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的普及為教育者和學(xué)習(xí)者提供了很好的互動平臺，虛擬實驗的設(shè)計開發(fā)已成為當(dāng)前教育研究的熱點，其理論和技術(shù)已趨于成熟，國內(nèi)部分同類專業(yè)已相繼制作出相似的課件和網(wǎng)站，學(xué)生可在網(wǎng)站上查詢實驗原理，了解實驗儀器的型號、性能和結(jié)構(gòu)，及實驗要點和注意事項等，完成實驗課前準(zhǔn)備，做好預(yù)習(xí)報告［1］。特別是大學(xué)物理課程中光學(xué)部分的抽象性較強(qiáng)，故理論教學(xué)對實驗教學(xué)的依賴性較大。許多經(jīng)典實驗，比如用牛頓環(huán)測平凸透鏡的曲率半徑，由于光學(xué)實驗容易造成學(xué)生視力疲勞，使測量誤差增大，因此會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和興趣，將Matlab、Flash和視頻制作軟件結(jié)合起來，開發(fā)出牛頓環(huán)實驗仿真軟件供學(xué)生提前預(yù)習(xí)，能幫助學(xué)生建立直觀的物理圖像，并能通過計算機(jī)模擬實驗測量，得到和實際近似的結(jié)果，特別是可以通過改變各參量的值，獲得不同的測量對象，提前讓學(xué)生了解牛頓環(huán)干涉條紋形成與各參量關(guān)系，對培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有著十分積極的意義［2］。當(dāng)然仿真實驗還不能完全模仿真正實驗的全部現(xiàn)象，如空程差等現(xiàn)象，操作技能的進(jìn)步也必須結(jié)合實際實驗操作獲得。

2 大學(xué)物理實驗教學(xué)方面——投影儀和CCD技術(shù)

大學(xué)物理實驗所涉及的大部分實驗均為驗證性的基礎(chǔ)實驗，為培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力，教學(xué)應(yīng)以基礎(chǔ)實驗為重點的基礎(chǔ)上適當(dāng)延伸一些實驗內(nèi)容。在傳統(tǒng)實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上采用多媒體設(shè)備教學(xué)，比如充分利用投影儀等設(shè)備給學(xué)生介紹有關(guān)的實驗背景，實驗儀器的使用、實驗器材的加工方法，以及在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。這樣可以給學(xué)生一個直觀的印象，同時也可以擴(kuò)大學(xué)生的知識面［3］。比如在講解磁阻效應(yīng)時，磁阻效應(yīng)在導(dǎo)航系統(tǒng)中的羅盤、計算機(jī)中的磁盤驅(qū)動器、各種磁卡機(jī)等的應(yīng)用的圖片的播放，引起學(xué)生很大興趣。比如在講解示波器的時候，儀器按鍵多，講解一次學(xué)生不容易全部記住，我們采用提前錄制了《示波器的原理和使用》的講解和操作錄像，這樣教師可以先讓學(xué)生通過投影儀看一遍錄像，接下來教師再講解下重點原理和操作演示，或通過提問加深學(xué)生印象，可以起到事半功倍的效果。

在光學(xué)實驗的操作演示中，傳統(tǒng)的教學(xué)因為學(xué)生無法直觀地觀察儀器調(diào)整過程中望遠(yuǎn)鏡中的成像，講解空洞抽象，直觀性不好，將CCD技術(shù)引入到物理實驗中來，以現(xiàn)代科技手段替代傳統(tǒng)實驗教學(xué)手段，將望遠(yuǎn)鏡中的成像，在彩色監(jiān)視器顯示，可供多人觀察實驗現(xiàn)象，可使實驗有好的直觀性，縮短教學(xué)時間，增進(jìn)師生間的教學(xué)互動［4］。比如在分光計的調(diào)節(jié)與使用講解過程中，先通過投影儀講解實驗原理的ppt，特別是分光計的讀數(shù)裝置在大屏幕上講解非常直觀。接下來采用CCD技術(shù)進(jìn)行操作演示，像分光計的各半調(diào)節(jié)法采用CCD技術(shù)演示后，更易于學(xué)生理解和接受，還可以給學(xué)生留有更多的動手實驗的時間，更加符合實驗教學(xué)改革的趨勢［5］。

3 大學(xué)物理實驗考核方面——網(wǎng)絡(luò)化實時測量

實驗考核是檢查學(xué)生掌握實驗技能的手段，對學(xué)生實驗成績的評定將直接影響學(xué)生做實驗的積極性，因此，有必要建立有效的考核制度。目前，因為操作考試一個老師通常只能監(jiān)考10個學(xué)生，大學(xué)物理實驗課程的考核主要依據(jù)學(xué)生的實驗報告來判斷學(xué)生對實驗的掌握程度，這種統(tǒng)一評判的模式存在一定的弊端，無法準(zhǔn)確地評價學(xué)生的個人科研和創(chuàng)新能力。因此，建立高效、合理的考核方式，對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高實驗課的教學(xué)效果是至關(guān)重要的［6］。

實驗數(shù)據(jù)的好壞是實驗成功與否的直接體現(xiàn)，可以利用網(wǎng)絡(luò)化的計算機(jī)處理、實時檢查實驗數(shù)據(jù)。例如:“用波爾共振儀研究受迫振動實驗”是針對大學(xué)本科二年級學(xué)生開設(shè)的大學(xué)物理實驗課程的一項內(nèi)容。波爾共振實驗的內(nèi)容豐富，實驗理論較復(fù)雜，實驗步驟較多。指導(dǎo)教師不易實時了解學(xué)生做實驗的進(jìn)展情況并發(fā)現(xiàn)問題，因而不能及時給予指導(dǎo)。測量的數(shù)據(jù)量較大，實驗數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜。因此，為提高實驗教學(xué)質(zhì)量和效率，可以采用網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)手段。成都世紀(jì)中科儀器有限公司的智能型實驗系統(tǒng)ZKY-BG波爾共振實驗儀可以選擇單機(jī)模式和聯(lián)網(wǎng)模式。在實驗中采用聯(lián)網(wǎng)模式時，學(xué)生測量的實驗數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)實時地傳輸?shù)街笇?dǎo)教師的計算機(jī)上。教師可以及時了解每個學(xué)生做實驗的進(jìn)度，實時檢查實驗數(shù)據(jù)，存儲實驗記錄。如阻尼振動中，用對數(shù)逐差法計算出阻尼系數(shù)的值。教師使用軟件的計算分析功能，可監(jiān)控實驗中各種情況。軟件記錄實驗數(shù)據(jù)后，可立即計算和查找出實驗結(jié)果，并顯示在數(shù)據(jù)列表中。比如在受迫振動部分中，相位差的理論值與計算值應(yīng)較接近，如相差較大，教師可指導(dǎo)學(xué)生及時地分析誤差產(chǎn)生的原因、調(diào)整儀器、糾正錯誤的測量。每一測量數(shù)據(jù)點的生成時間顯示，讓教師更清楚地了解學(xué)生實驗中受迫振動的穩(wěn)定情況。所以該系統(tǒng)可幫助教師實時并確切地了解學(xué)生的實驗進(jìn)展［7］。

實時測量就是通過計算機(jī)將實驗觀察，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理融為一體的智能化實驗教學(xué)系統(tǒng)，對實驗的全過程采用智能化設(shè)備實時測量，對一些經(jīng)典實驗，可以利用Microsoft Excel制作表格和編寫公式，例如編寫光柵衍射法測光波波長的檢查程序，將入光柵常數(shù)和所測得的角位置的示數(shù)輸入表格即可獲得衍射角及波長，實驗成功與否一目了然，可以在課堂中及時提醒操作錯誤的學(xué)生重新測量，或者在考核中準(zhǔn)確判斷學(xué)生操作是否到位。實驗數(shù)據(jù)的處理往往是學(xué)生做完實驗后的一大難題。那么利用計算機(jī)的快速運(yùn)算就可以實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)的快速檢查，利用相關(guān)的繪圖軟件還可以直接繪出圖表，具有易于觀察、省時高效、參數(shù)可調(diào)、便于培養(yǎng)探討性和創(chuàng)造性思維的優(yōu)點。

4 結(jié) 論

總之，在提倡全面素質(zhì)教育的今天，科技的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)的普及對教師的傳統(tǒng)式教學(xué)發(fā)起了挑戰(zhàn)，大學(xué)物理實驗教師也應(yīng)不斷在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)問題，更新觀念，采用最先進(jìn)的教學(xué)手段和教學(xué)設(shè)備，幫助學(xué)生真正掌握基礎(chǔ)科學(xué)知識，激發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)具有科研和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)大學(xué)生。

［1］ 言秋莉，李丹，唐玉梅.標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化的大學(xué)物理實驗預(yù)習(xí)系統(tǒng)的實現(xiàn)［J］.大學(xué)物理實驗，2011，24（5）:105-107.

［2］ 周黨培，陳業(yè)仙.牛頓環(huán)實驗的計算機(jī)仿真［J］.四川兵工學(xué)報，2009，30（7）:139-141.

［3］ 劉力斌.迎接數(shù)字化時代的到來——淺談大學(xué)物理實驗教學(xué)改革［J］.大學(xué)物理實驗，2003，16（2）: 75-76.

［4］ 張梅，何鑫，李柱峰.CCD特性及其在大學(xué)物理實驗中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（22）:135.

［5］ 樊旭峰，單亞拿，盧雁，等.CCD攝像技術(shù)用于分光計實驗的研究［J］.大學(xué)物理實驗，2005，18（01）: 37-38.

［6］ 何鑫，張梅，李遠(yuǎn)興，等.淺談大學(xué)物理實驗教學(xué)改革_結(jié)合_旋光度測定_實驗的有益討論［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（7）:149.

［7］ 方愷，陳銘南，李五旗.波爾共振儀實驗的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)［J］.物理與工程，2006，16（1）:32-34.

Discussion on the Experiment Teaching Reforms of Digital and Networked University Physics

ZHAO Li-te，WANG Xi-jian，F(xiàn)AN Hai-lu，CHEN Xi-di
（Wuyi University，Guangdong Jiangmen 529020）

The paper introduces the application of digital and networked equipments and Multi-media equipments in the reforms of university physics experiments.

digital；network；multi-media；university physics experiments；reform

G642.0

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.01.037

1007-2934（2015）01-0113-03

2014-08-02

收稿日期：2014-10-10

五邑大學(xué)教研教改項目