計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探討

林 琦

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620）

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)人高校后開(kāi)設(shè)的第一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類課程，它在訓(xùn)練學(xué)生的基本科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和方法的同時(shí)，還擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目時(shí)通常采取統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，整班上課，學(xué)生無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的自主選擇，不利于學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。而通過(guò)利用計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加開(kāi)放，通過(guò)搭建選課網(wǎng)站，使學(xué)生化整為零，去自主選擇做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)及教師，自主選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生的積極性將大大提高[1]。并且，通過(guò)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還能高速、快捷地傳輸并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有傳統(tǒng)教學(xué)模式所沒(méi)有的優(yōu)越性；運(yùn)用Excel、Origin等數(shù)據(jù)分析及作圖軟件可以使學(xué)生快速了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，讓學(xué)生把注意力集中到分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出物理規(guī)律上，而不是浪費(fèi)在繁瑣重復(fù)的計(jì)算上，這在很大程度上能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和興趣[2]。因此，多方位的探索計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，進(jìn)而推進(jìn)該技術(shù)的普遍、有效地應(yīng)用就十分必要。

1 目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常分為課前預(yù)習(xí)、課堂操作和課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告3個(gè)環(huán)節(jié)[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式由于缺乏有效的評(píng)測(cè)手段，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)往往流于形式，通過(guò)預(yù)習(xí)報(bào)告的書(shū)寫情況給定預(yù)習(xí)成績(jī)，無(wú)法保證學(xué)生真的理解實(shí)驗(yàn)、會(huì)做實(shí)驗(yàn)。在隨后的實(shí)驗(yàn)操作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在數(shù)據(jù)誤差較大時(shí)，為了完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)隨意改動(dòng)，或者缺乏對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步的處理和分析，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度和養(yǎng)成良好學(xué)風(fēng)都非常不利。而學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的另一個(gè)重要組成部分——實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，由于目前學(xué)生實(shí)驗(yàn)人數(shù)普遍較以前有大幅度的增加，每個(gè)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理量也普遍較大，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師不可能對(duì)每位學(xué)生報(bào)告中所處理的數(shù)據(jù)結(jié)果是否正確規(guī)范做逐一的手工驗(yàn)證，從而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、指出學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題所在，這顯然也會(huì)導(dǎo)致對(duì)學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)定是不全面、不科學(xué)也是不公正的。

因此，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是必然趨勢(shì)，各種應(yīng)用模式也不斷的被提出和實(shí)行，但其廣度和深度仍可繼續(xù)拓展和探索[4－7]。以下僅根據(jù)作者所在的上海工程技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心近幾年在這方面的探索、推廣和應(yīng)用，粗淺的談一下計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方案。

2 計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方案

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)繁雜艱巨的工作，為了能給學(xué)生更多的自主選擇機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與能力，同時(shí)也為了使教師在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果快速準(zhǔn)確的進(jìn)行核實(shí)，我們利用計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放式物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)，其主要系統(tǒng)模塊包括：

2.1 構(gòu)建開(kāi)放的物理實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)

開(kāi)放式物理實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)是讓學(xué)生自主選擇做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)及教師，選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)。在這一方面，上海工程技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心在保留5個(gè)整班上課的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前提下，開(kāi)發(fā)了兩個(gè)自主選課模塊：綜合性實(shí)驗(yàn)部分的自選實(shí)驗(yàn)?zāi)K，學(xué)生從十余個(gè)備選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中自主選取4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)部分的自選實(shí)驗(yàn)?zāi)K，學(xué)生從9種實(shí)驗(yàn)類別近百個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中自主選取5個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果的探索和分析。

2.2 制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的網(wǎng)上動(dòng)態(tài)演示預(yù)習(xí)課件

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是學(xué)生自己通過(guò)書(shū)本進(jìn)行預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，在預(yù)習(xí)課上再通過(guò)指導(dǎo)教師的講解進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)的原理及操作要點(diǎn)。而我們通過(guò)根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及儀器特點(diǎn)制作的網(wǎng)上動(dòng)態(tài)演示預(yù)習(xí)課件，可以使學(xué)生在虛擬的網(wǎng)絡(luò)上提前接觸實(shí)驗(yàn)儀器，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的虛擬操作，這樣在預(yù)習(xí)課上學(xué)生可以更深入的了解實(shí)驗(yàn)，對(duì)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作也更加胸有成竹。

2.3 開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)在線的網(wǎng)上答疑及信息發(fā)布系統(tǒng)

為了讓學(xué)生及時(shí)了解物理實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)信息和及時(shí)提問(wèn)咨詢，我們?cè)谶x課系統(tǒng)網(wǎng)站上開(kāi)發(fā)了信息發(fā)布模塊和在線答疑模塊，定期有教師發(fā)布各項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)信息，回答學(xué)生的提問(wèn)。

2.4 開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)傳輸及處理軟件，指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)據(jù)處理軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

中心根據(jù)不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，梳理歸類了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的類型及不同的數(shù)據(jù)處理方法，開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊和教師實(shí)驗(yàn)報(bào)告輔助批改軟件，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)及時(shí)上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在物理實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)網(wǎng)站上，教師學(xué)生都可查閱調(diào)取相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存更加快捷安全，不再會(huì)遺失；對(duì)于教師而言，調(diào)取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告輔助批改軟件（該軟件僅用教師帳戶登陸才可用），可以迅速得到這些數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的快速準(zhǔn)確批改提供了保障。由于在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中要頻繁用到“最小二乘法”這種數(shù)據(jù)擬合方法，中心獨(dú)立開(kāi)發(fā)了“最小二乘法”擬合軟件的單機(jī)版及網(wǎng)絡(luò)版，教師學(xué)生都可利用這款軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擺脫了繁瑣枯燥的擬合計(jì)算過(guò)程。中心教師還積極鼓勵(lì)學(xué)生利用Excel、Origin等數(shù)據(jù)處理作圖軟件處理數(shù)據(jù)、制作實(shí)驗(yàn)圖線，得到質(zhì)量、效率更高的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖像結(jié)果。

2.5 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的測(cè)評(píng)方法

根據(jù)教學(xué)要求及實(shí)際情況，中心把實(shí)驗(yàn)成績(jī)分為預(yù)習(xí)評(píng)定、實(shí)驗(yàn)操作評(píng)定及實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定三部分，三者共同構(gòu)成某一具體實(shí)驗(yàn)的成績(jī)，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)不同，將其分為若干類，如有的實(shí)驗(yàn)是以數(shù)據(jù)測(cè)量為主，有的是以儀器調(diào)整為主，有的是以數(shù)據(jù)處理為主等，根據(jù)不同類型分配三者所占權(quán)重。

3 結(jié) 論

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門非常重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類課程。本文在分析了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足后，根據(jù)作者所在的上海工程技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心近幾年在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的情況，探討了計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的強(qiáng)大支持作用，它不但使學(xué)生從繁雜枯燥的計(jì)算中解脫出來(lái)，有更多的精力去探尋實(shí)驗(yàn)中包含的物理規(guī)律，而且給予學(xué)生更多的自主選擇機(jī)會(huì)，去做自己感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和創(chuàng)新思維能力；對(duì)于教師而言，借助計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能更有效的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更快捷準(zhǔn)確的批改學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，保證了成績(jī)?cè)u(píng)定的公正性。

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