基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索和實(shí)踐

徐朝輝,宋紅權(quán),吳定允

(周口師范學(xué)院,河南周口 466001)

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索和實(shí)踐

徐朝輝,宋紅權(quán),吳定允

(周口師范學(xué)院,河南周口 466001)

從大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際出發(fā),提出了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù);教學(xué)模式;創(chuàng)新能力

隨著多媒體信息技術(shù)在日常生活中的普及,計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物理教學(xué)中的地位越來(lái)越明顯,學(xué)生的動(dòng)手能力以及對(duì)計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)室具備了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進(jìn)手段,但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)室管理上仍采取傳統(tǒng)的教學(xué)管理模式,這樣不僅影響了物理實(shí)驗(yàn)上課的效率,而且使得計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)教學(xué)資源得不到充分的應(yīng)用,不能發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。在此背景下,原有的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以及實(shí)驗(yàn)室管理模式都面臨新的挑戰(zhàn),探索研究新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式勢(shì)在必行[1-5]。

1 基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課與理論課既有聯(lián)系又有其獨(dú)有的特點(diǎn)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課以現(xiàn)象所包含的物理內(nèi)容為研究對(duì)象,但它的著重點(diǎn)不是物理內(nèi)容為中心,而是實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)不依附于大學(xué)物理理論,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)所需的理論可能大學(xué)物理理論課還沒(méi)講到,所用實(shí)驗(yàn)儀器的工作原理和使用方法理論上更是沒(méi)有涉及。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目又具有其獨(dú)立性,不僅實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)方法不同,涉及到的領(lǐng)域也也可能有較大的差別。當(dāng)前我們必須充分利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),充分利用最多的教學(xué)資源,提高教學(xué)效率,改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式?；谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要包括以下內(nèi)容:

1.1 建立三級(jí)雙循環(huán)的教學(xué)方法

所謂“雙循環(huán)教學(xué)”就是將實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)的講解和實(shí)驗(yàn)操作分為兩個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)進(jìn)行。即將每學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課程若干論,每輪包括兩個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)于每輪實(shí)驗(yàn),先拿出該輪實(shí)驗(yàn)三分之一的課時(shí)(如2課時(shí))集中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)的學(xué)習(xí),對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù),實(shí)驗(yàn)方法等進(jìn)行集中的講解,然后留出學(xué)生討論和答疑的時(shí)間,以便鞏固所學(xué)知識(shí),為學(xué)生課外預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)打下良好的理論基礎(chǔ),學(xué)生結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)室在課外撰寫包括實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)步驟,所用儀器等內(nèi)容的預(yù)習(xí)報(bào)告,經(jīng)教師審查合格后,然后再分批進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在學(xué)生操作過(guò)程中,教師不再實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解,只進(jìn)行針對(duì)性的,符合學(xué)生個(gè)性的指導(dǎo)。在下輪實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)的講解中,增加上輪實(shí)驗(yàn)的小結(jié)和講評(píng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和教學(xué)情況,講解存在的問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)要求,根據(jù)實(shí)際情況改進(jìn)教學(xué)方法。所謂“三級(jí)”是指在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中采取“牽”、“領(lǐng)”、“放”三級(jí)的螺旋上升的教學(xué)方法,即基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)牽著走,綜合實(shí)驗(yàn)領(lǐng)著走,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)放開手,循環(huán)漸進(jìn)地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。這樣做的目的是讓學(xué)生在了解大量實(shí)驗(yàn)儀器使用方法,基本的實(shí)驗(yàn)技能以及常用的數(shù)據(jù)處理方法后,教師引導(dǎo)學(xué)生去找物理規(guī)律,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法,進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)研究能力。

1.2 建立數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)室

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)主要包括兩個(gè)方面:其一,在互聯(lián)網(wǎng)上建立實(shí)驗(yàn)室盡可能詳盡的資料的電子信息檔案,便于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作之前的預(yù)習(xí)和撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告。其二,建立師生互動(dòng)平臺(tái)即留言板或論壇,以便于師生之間的交流以及及時(shí)反饋學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理和教師教學(xué)的建議和意見。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是三級(jí)雙循環(huán)教學(xué)順利開展以及提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課授課質(zhì)量的保證,是教學(xué)過(guò)程和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)而提高學(xué)生創(chuàng)新和自主能力的保證。

1.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)仿真模擬及虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的研究

主要包括兩個(gè)方面內(nèi)容:第一,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬。就是根據(jù)根據(jù)物理現(xiàn)象或過(guò)程的特性,按照一定數(shù)學(xué)規(guī)律用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言模擬物理現(xiàn)象實(shí)際的運(yùn)行情況,并依據(jù)大量的模擬結(jié)果對(duì)物理現(xiàn)象或過(guò)程進(jìn)行定量分析。相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段來(lái)說(shuō),計(jì)算機(jī)模擬具有成本低、時(shí)間短、重復(fù)性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)于一些科研經(jīng)費(fèi)不充足,實(shí)驗(yàn)儀器更換率低地方性大學(xué),運(yùn)用模擬技術(shù)可以讓學(xué)生在低成本的條件下,從事最前沿的科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究。第二,對(duì)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(shí)補(bǔ)充,這樣就會(huì)影響正常的教學(xué)進(jìn)度,如果能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)傳感器以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬一些儀器,就可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本,提高實(shí)驗(yàn)精度,縮減實(shí)驗(yàn)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(shí),在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下應(yīng)該采取更科學(xué)的考核方法。新的考核方法包括平時(shí)成績(jī)與期末考核成績(jī)兩項(xiàng)其中平時(shí)成績(jī)占60%,期末考核成績(jī)占40%。平時(shí)成績(jī)包括預(yù)習(xí)報(bào)告成績(jī),平時(shí)操作成績(jī),實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?nèi)?xiàng)。為了防止學(xué)生在預(yù)習(xí)過(guò)程中預(yù)習(xí)報(bào)告相互抄襲,可以在網(wǎng)上建立實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)檢測(cè)系統(tǒng),學(xué)生隨機(jī)在系統(tǒng)中抽取若干與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問(wèn)題,并回答,所得分?jǐn)?shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù),作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的一部分,以檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)質(zhì)量。期末考核成績(jī)包括以下內(nèi)容:(a)操作考核。主要是從已做實(shí)驗(yàn)中隨機(jī)抽取一個(gè),按一定的要求用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)量所要求的數(shù)據(jù),并處理及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(b)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬。學(xué)生自選一些簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,這是檢測(cè)學(xué)生對(duì)物理規(guī)律和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。(c)實(shí)驗(yàn)答辯。學(xué)生隨機(jī)抽取一個(gè)實(shí)驗(yàn),由數(shù)位有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師作為評(píng)委,學(xué)生要根據(jù)評(píng)委的要求回答所提問(wèn)題。(d)閉卷理論考核。每學(xué)期出若干套試卷,包括本學(xué)期所完成所有實(shí)驗(yàn)。目的是檢驗(yàn)學(xué)生平時(shí)做實(shí)驗(yàn)所獲取的基本知識(shí),包括實(shí)驗(yàn)原理,儀器規(guī)程,實(shí)驗(yàn)方法,數(shù)據(jù)處理及分析和實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用等。(e)開卷理論考試。一般出若干個(gè)學(xué)生沒(méi)有做過(guò),但學(xué)過(guò)該基本知識(shí)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉后提前告訴學(xué)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(yàn)學(xué)生本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)綜合能力。以上實(shí)驗(yàn)方法可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)課的具體課時(shí)選則其中若干個(gè),項(xiàng)目選擇越多,就越能檢測(cè)學(xué)生的真實(shí)水平。

2 新教學(xué)模式的實(shí)踐與成效

2007年以來(lái),我們對(duì)新的教學(xué)模式進(jìn)行了有效的探索與實(shí)踐,結(jié)果顯示新的教學(xué)模式,既可以消除學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的畏難情緒,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,又可以大大減少教師上重復(fù)課的工作量,形成了教師愿教,學(xué)生愿學(xué)的良好循環(huán)。表1列出了A、B兩個(gè)班用傳統(tǒng)教學(xué)模式和新教學(xué)模式的教學(xué)效果。同時(shí),采用“牽、引、放”的方法,充分實(shí)現(xiàn)了因材施教,層次教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段,教師組織學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn)儀器,學(xué)生在操作過(guò)程中不僅掌握了萬(wàn)用表,示波器,信號(hào)源儀器等的工作原理,還學(xué)到了物理學(xué)、電子技術(shù)、微機(jī)原理,MATLAB以及儀器的焊接、調(diào)試等綜合知識(shí)。物理知識(shí)不再使學(xué)生感到望而生畏,枯燥無(wú)味,激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)熱情。到目前為止,教師和學(xué)生共模擬、研制了30多種實(shí)驗(yàn)儀器,有些還填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)模式和新教學(xué)模式教學(xué)效果對(duì)比

3 結(jié) 論

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)模式較好地解決了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課獨(dú)立開課存在的問(wèn)題,提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,尤其滿足了地方本科院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要,使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)真正成為獨(dú)立于理論課的課程,提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。同時(shí),由于新的教學(xué)模式是現(xiàn)代化教學(xué)手段的反應(yīng),因此對(duì)教師的理論水平和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力提出了新的挑戰(zhàn),促進(jìn)了教師教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的提高。

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

[2]季誠(chéng)響;趙莉麗;楊小靜.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探討[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2010,30(1):80-82.

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

[4]高宏;郭文閣等.綜合設(shè)計(jì)型物理實(shí)驗(yàn)公選課的實(shí)踐與體會(huì)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2010,30(2):97-99.

[5]王長(zhǎng)春;宛明高.注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),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