信息化時(shí)代背景下物理實(shí)驗(yàn)室的管理與發(fā)展

耿雪紅

摘 要：物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分，隨著信息化普及程度的日益增高，物理實(shí)驗(yàn)室的管理與發(fā)展面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。本文通過對(duì)物理實(shí)驗(yàn)室的作用與管理、傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室存在的問題、虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的建立、虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)、虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的不足、物理實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的前景等方面的論述，探討了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀與未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)室；虛擬物理實(shí)驗(yàn)室；網(wǎng)絡(luò)化

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2016）17-0320-065

一、物理實(shí)驗(yàn)室的作用與管理

物理學(xué)是基礎(chǔ)性學(xué)科，也是實(shí)踐性學(xué)科。物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的核心組成部分，是物理學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展的基礎(chǔ)。只有通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生才能將課堂上學(xué)習(xí)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來，在實(shí)踐中理解課本中的知識(shí)。

為了讓學(xué)生最大限度地利用物理實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室管理方面應(yīng)遵循如下原則：

1.服務(wù)性原則：實(shí)驗(yàn)室管理員要為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供最好的服務(wù)，準(zhǔn)備好充足的實(shí)驗(yàn)器材，按時(shí)開放實(shí)驗(yàn)室，保證每一個(gè)學(xué)生都能順利完成實(shí)驗(yàn)。

2.開放性原則：實(shí)驗(yàn)室不僅要按照課本的要求提供實(shí)驗(yàn)條件，還要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)、結(jié)合其他教材與教師密切合作，把實(shí)驗(yàn)室的工作與教師的課堂教學(xué)緊密相連，讓實(shí)驗(yàn)室成為課堂的延伸。

3.安全性原則：物理實(shí)驗(yàn)中，安全性是至關(guān)重要的。像部分電學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)，都帶有一定的危險(xiǎn)性，實(shí)驗(yàn)室管理人員的責(zé)任十分重大，一定要盡心盡責(zé)，保障安全。

4.方便性原則：實(shí)驗(yàn)室既要方便學(xué)生，也要方便管理人員進(jìn)行管理。方便性原則要求管理人員要具有較高的管理水平和較強(qiáng)的管理能力。

5.經(jīng)濟(jì)性原則：一般情況下，物理實(shí)驗(yàn)器材的消耗量不大，但也應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)性原則，盡可能地節(jié)約實(shí)驗(yàn)器材，從而為更多的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件。

二、傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室存在的問題

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，設(shè)計(jì)性、探索性實(shí)驗(yàn)不足，影響了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，降低了物理實(shí)驗(yàn)的吸引力。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的過程是：教師在課堂上講解實(shí)驗(yàn)理論，然后示范實(shí)驗(yàn)過程；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中按步驟模仿教師，完成實(shí)驗(yàn)。

這類實(shí)驗(yàn)的過程、目的、方法、步驟、結(jié)果都是預(yù)知的，學(xué)生只是重復(fù)一遍過程而已，對(duì)學(xué)生的吸引力十分有限。

2.低水平的實(shí)驗(yàn)居多，多是依靠簡(jiǎn)單的裝置就能完成的小實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備粗糙、簡(jiǎn)陋，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大。而高水平的物理實(shí)驗(yàn)往往具備高檔次的儀器設(shè)備，成本很高，無法普及，更無法讓每個(gè)學(xué)生都參與操作。高水平的實(shí)驗(yàn)多是教師演示一下即可，學(xué)生只能觀看。

3.實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間不足，經(jīng)常有學(xué)生還未完成實(shí)驗(yàn)就下課的現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.封閉型管理，實(shí)驗(yàn)室無法與其他學(xué)校溝通交流。

5.實(shí)驗(yàn)室管理人員工作量大，工作繁重。

6.理論教學(xué)與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)經(jīng)常不同步。由于實(shí)驗(yàn)室與教室教學(xué)的工作進(jìn)度不一樣，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)安排常常脫節(jié)。講理論時(shí)，實(shí)驗(yàn)室安排不開；等安排開了，理論教學(xué)早進(jìn)行到其他部分了。

三、虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的建立

信息技術(shù)的發(fā)展為虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的建立創(chuàng)造了條件。虛擬實(shí)驗(yàn)室，即用數(shù)字技術(shù)在電腦上模擬實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終形成數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的電腦虛擬實(shí)驗(yàn)室。目前，使用最多的虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)軟件主要有JAVA、ActiveX控件、VRML、QuickTimeVR等技術(shù)。每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)均由若干個(gè)子模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊均承擔(dān)著不同的任務(wù)，來共同完成模擬實(shí)驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)室的軟件水平會(huì)不斷提高，仿真度也會(huì)越來越高。

四、虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)

1.仿真性：虛擬實(shí)驗(yàn)室中的虛擬設(shè)備，完全模仿現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備，所需物理數(shù)據(jù)完全采自現(xiàn)實(shí)設(shè)備，具有相同的物理特性。

2.智能性：虛擬的物理設(shè)備有大的數(shù)據(jù)庫作基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)交互反饋、自動(dòng)糾錯(cuò)等智能化功能。

3.易用性：可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容隨時(shí)改變數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生新的實(shí)驗(yàn)條件。

4.易維護(hù)性：純數(shù)字操作，維護(hù)工作簡(jiǎn)單易行。一個(gè)班的學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)，管理人員只需保存數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)清零，下一個(gè)班即可開始新的實(shí)驗(yàn)。

5.交互性：由于是數(shù)字化操作，很容易實(shí)現(xiàn)人—機(jī)交互和人—人交互。交互性的提高，將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效率大幅度提高。

6.開放性：虛擬實(shí)驗(yàn)室可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享和遠(yuǎn)程操作。學(xué)生只需用賬號(hào)登錄，即可在任何可以上網(wǎng)的地方進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，這將大大提高實(shí)驗(yàn)室的利用率。

7.經(jīng)濟(jì)性：在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)都是數(shù)字化運(yùn)行，成本幾乎為零。特別是對(duì)于一些高成本耗材的物理實(shí)驗(yàn)，可以在電腦中無數(shù)次重復(fù)進(jìn)行，其經(jīng)濟(jì)性顯而易見。

五、虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的不足

虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)很明顯，但其不足之處也不容忽視。虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備都是數(shù)字化的，與真實(shí)環(huán)境下的真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)相比，實(shí)際上有著不小的距離。因此，虛擬物理實(shí)驗(yàn)，只能部分替代真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)，一些目前還無法數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)因素還無法在虛擬實(shí)驗(yàn)中再現(xiàn)，比如材料的味道等。另外虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的模仿，其精確度也是有限的，一些細(xì)節(jié)問題可能無法模擬。雖然這個(gè)問題可以隨著設(shè)備先進(jìn)性的提高而得到一定程度的緩解，但虛擬實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)無法達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的水平。

六、物理實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的前景

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，給虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)帶來了發(fā)展契機(jī)。開放性、動(dòng)態(tài)化將使得虛擬實(shí)驗(yàn)室的水平高速發(fā)展，其精確度將不斷提高，復(fù)雜性將日益豐富，交互性、開放性也將達(dá)到新的高度。在今天科技飛速進(jìn)步的背景下，虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展前景一片光明。

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[責(zé)任編輯 吳海婷]