李　偉，王　逍，姜永恒，林曉瓏，高春歌

(吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春　130025)

*通訊聯(lián)系人

物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建的研究

李偉，王逍，姜永恒*，林曉瓏，高春歌

(吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130025)

摘 要：物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是上好物理實(shí)驗(yàn)課的關(guān)鍵，物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)由學(xué)校的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)網(wǎng)站和實(shí)驗(yàn)室建立的物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室組成，使用Windows NT網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器和JSP編程語(yǔ)言構(gòu)成物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)網(wǎng)站。ARM芯片作為整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的控制中心，由MCS51單片機(jī)來(lái)控制物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)儀器的使用。通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)使學(xué)生在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中有目的有效率的積極地去預(yù)習(xí)，從而提高課堂學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效率以及效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)；JSP；物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室；ARM

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是物理學(xué)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)大學(xué)生觀察、動(dòng)手、思維能力的重要途徑，同時(shí)也是完成大學(xué)物理教學(xué)的必不可少的環(huán)節(jié)。因此物理實(shí)驗(yàn)課在培養(yǎng)大學(xué)生的綜合素質(zhì)中占有非常重要位置。從多年物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)踐中得出：物理實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)是上好物理實(shí)驗(yàn)課的關(guān)鍵。預(yù)習(xí)能激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，鼓勵(lì)上進(jìn)，提升學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和水平，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓＷC實(shí)驗(yàn)課的效果，完成實(shí)驗(yàn)課教學(xué)目的。通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)能使學(xué)生在上物理實(shí)驗(yàn)課之前了解每個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，使之能夠選擇他們感興趣的實(shí)驗(yàn)題目。這樣充分的體現(xiàn)了“以人為本”的教學(xué)理念，在“尊重學(xué)生意愿兼顧全面發(fā)展”的基礎(chǔ)上調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，激發(fā)他們做實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情。物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)是由利用學(xué)校的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)和智能物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室兩部分組成。

1網(wǎng)絡(luò)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建

利用學(xué)校的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)，通過(guò)文本、語(yǔ)音、視頻使學(xué)生了解每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和相關(guān)的知識(shí)。利用學(xué)校的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)網(wǎng)站。系統(tǒng)采用Browser/Server 設(shè)計(jì)模式，無(wú)需用戶安裝特定軟件。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用 windows NT4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，intent服務(wù)器使用Apache Web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器使用SQL server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，有效保障了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在編程語(yǔ)言方面，系統(tǒng)將采用JSP高級(jí)語(yǔ)言，基于JSP官方支持的Java scrip開(kāi)發(fā)框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，腳本與數(shù)據(jù)庫(kù)的之間使用JODBC來(lái)連接，使之簡(jiǎn)便易行。網(wǎng)頁(yè)制作，系統(tǒng)采用html4標(biāo)記語(yǔ)言，在html4標(biāo)記語(yǔ)言中可以使用“錨標(biāo)簽”來(lái)鏈接外部多媒體元素到當(dāng)前文檔中，實(shí)現(xiàn)視頻播放。動(dòng)畫(huà)制作使用Flash MX 2004軟件，F(xiàn)lash動(dòng)畫(huà)片受網(wǎng)絡(luò)資源的制約一般比較短小，利用Flash制作的動(dòng)畫(huà)是矢量的，無(wú)論把它放大多少倍都不會(huì)失真。由于使用的是矢量圖技術(shù)，具有文件小、傳輸速度快、播放采用流式技術(shù)的特點(diǎn)，因此動(dòng)畫(huà)是邊下載邊播放，如果速度控制得好，則根本感覺(jué)不到文件的下載過(guò)程。

程序結(jié)構(gòu)框圖如下

圖1　實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

(1)實(shí)驗(yàn)室介紹模塊：通過(guò)使用圖表和圖片來(lái)介紹物理實(shí)驗(yàn)室的資源，它包括實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器和講實(shí)驗(yàn)課的教師的信息。

(2)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容介紹模塊：使用文本、圖片以及視頻來(lái)敘述本學(xué)期開(kāi)的所有物理實(shí)驗(yàn)題目、內(nèi)容和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)思考題以及此實(shí)驗(yàn)的歷史資料。

(3)儀器介紹模塊：將給出本學(xué)期所用的全部實(shí)驗(yàn)儀器的原理結(jié)構(gòu)、使用方法和儀器參數(shù)，利用視頻來(lái)演示儀器的使用過(guò)程。

(4)參考文獻(xiàn)模塊：分別列出與本學(xué)期的每個(gè)物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的參考文獻(xiàn)供學(xué)生查閱。

(5)在線交流模塊：建立物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)在線交流，使學(xué)生能將在預(yù)習(xí)的過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題反應(yīng)給實(shí)驗(yàn)課教師，教師通過(guò)預(yù)習(xí)在線交流解答學(xué)生的問(wèn)題，達(dá)到學(xué)生與實(shí)驗(yàn)課教師互動(dòng)的效果。

(6)預(yù)習(xí)登陸模塊：學(xué)生登陸后可將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)思考題或其與教師討論的問(wèn)題的答案提交給教師，教師以此為評(píng)定實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的成績(jī)。學(xué)生可以登陸后查詢物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)。

2智能物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的構(gòu)建

建立物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室使學(xué)生對(duì)每一個(gè)將要做的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴幸粋€(gè)直觀的認(rèn)知，幫助學(xué)生選擇他們感興趣的物理實(shí)驗(yàn)題目，并且采用全天候的開(kāi)放模式即物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的管理為計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和監(jiān)控，因此能夠給出學(xué)生靈活的物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的時(shí)間[7]。

圖2　硬件框圖

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的智能控制系統(tǒng)采用ARM芯片為控制芯片，它的是目前被公認(rèn)的32位嵌入式RISC微處理器，其特點(diǎn)是芯片的體積小、功耗低、成本低以及高性能與靈活性相統(tǒng)一具有先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境。Linux作為整個(gè)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。通過(guò)internet網(wǎng)線與實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)的服務(wù)器相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

ARM內(nèi)核是整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的控制中心，它利用對(duì)外接口模塊通過(guò)學(xué)校的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室內(nèi)的RS485總線來(lái)控制物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的門(mén)禁IC卡系統(tǒng)和預(yù)習(xí)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器的電源供電。

(2)觸摸顯示屏是學(xué)生輸入其與物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息設(shè)備。

(3)電源控制器是使用MCS51單片機(jī)來(lái)完成。

ARM由串口通過(guò)485總線來(lái)和控制電源的MCS51單片機(jī)通訊。MCS51單片機(jī)使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序來(lái)控制繼電器使相應(yīng)的儀器電源接通或關(guān)閉。

ARM芯片作為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的主控制器，通過(guò)程序來(lái)對(duì)預(yù)習(xí)室的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的實(shí)驗(yàn)儀器的電源、門(mén)禁刷卡、登陸認(rèn)證進(jìn)行控制，完成物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室的智能化控制。程序框圖

圖3　預(yù)習(xí)系統(tǒng)服務(wù)器框圖

(1)門(mén)禁IC卡模塊：學(xué)生通過(guò)使用學(xué)生IC卡在物理預(yù)習(xí)室的門(mén)禁處刷卡進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)室。

(2)登錄確認(rèn)模塊：通過(guò)登錄確認(rèn)來(lái)記錄儀器的使用人的信息。

(3)儀器電源控制模塊：通過(guò)選擇使相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器供電。

結(jié)束語(yǔ)：從“軟件”和“硬件”上使學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛(ài)好來(lái)選擇他們想做的物理實(shí)驗(yàn)題目。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)既是一種科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，同時(shí)也是一種良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)生只有正確認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的重要性，才能在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中有目的有效率的積極地去預(yù)習(xí)，從而提高課堂學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效率以及效果。通過(guò)使用物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)體系來(lái)激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力，鼓勵(lì)上進(jìn)，提升學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和水平，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓＷC實(shí)驗(yàn)課的效果，完成實(shí)驗(yàn)課教學(xué)目的。

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Research on the Application of Preview in Physics Experiment Teaching

LI Wei,WANG Xiao,JIANG Yong-heng,LIN Xiao-long,GAO Chun-ge

(Jilin University,Jilin Changchun 130025)

Abstract：It is the key to study Physics experiment preparation in the physics experiment.Preview system was made up of physical experimental preparation of the website in school's internal network and the physical experimental preparation room in laboratory.Windows NT network management server and JSP programming language was used to form a physical experiment preview website.ARM chip was used as the control center of the whole physical experiment preparation room.The MCS51 microcontroller use to control the instrument of physical experiments.Through the preview system,the students in college to make physics experiments have the purpose of the preparation and the efficiency of the active preview,so as to improve the learning efficiency and effect of classroom learning.

Key words：experiment preparation system；JSP；experiment preview room；ARM

收稿日期：2015-11-26

文章編號(hào)：1007-2934(2016)02-0135-03

中圖分類(lèi)號(hào)：G 420

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.002.036