推進(jìn)醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)改革的探索

程　陽(yáng)，王阿明

（徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇 徐州 221004）

推進(jìn)醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)改革的探索

程陽(yáng)，王阿明

（徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇 徐州 221004）

分析將仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，并通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷形式了解學(xué)生對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求度。

醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；仿真實(shí)驗(yàn)；操作技能

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的重要手段，其對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)造能力、理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)思維方式及研究技能是理論教學(xué)所不能企及的。與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更容易體現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，但由于很多實(shí)驗(yàn)耗資較大，尤其是在醫(yī)學(xué)院校物理屬基礎(chǔ)課程，一些價(jià)格昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器學(xué)校不會(huì)購(gòu)買，而已有儀器如果在使用過(guò)程中全交由學(xué)生摸索操作，必然會(huì)加速損耗。因此，諸多因素制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高[1，2]，而設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)更是難以開(kāi)展。

物理仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就是用計(jì)算機(jī)將實(shí)驗(yàn)條件、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生操作等融為一體，借助計(jì)算機(jī)編程和3D動(dòng)畫(huà)營(yíng)造一種仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以通過(guò)操作電腦進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)圖形化界面聯(lián)系理論條件與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)物理思想和方法、儀器結(jié)構(gòu)及原理的掌握，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思考能力和分析問(wèn)題能力，這就為教師和學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)及自由實(shí)驗(yàn)探索提供了平臺(tái)，節(jié)省了很多實(shí)驗(yàn)儀器更新費(fèi)用。為此，個(gè)別高校也進(jìn)行了物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的嘗試[3～5]。

1研究目標(biāo)及對(duì)象

為提高醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，并考慮到學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，我們?cè)O(shè)計(jì)了調(diào)查問(wèn)卷和訪談內(nèi)容，了解學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)中開(kāi)設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)的看法，從而探討應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的有效途徑[6]。

圍繞該目的自編調(diào)查問(wèn)卷，由10道選擇題、14道填空題和1道問(wèn)答題組成。1～4題是對(duì)學(xué)習(xí)者基本情況的調(diào)查，5～10題是調(diào)查學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的看法，11～24題是調(diào)查學(xué)習(xí)者對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)，問(wèn)答題為開(kāi)放性試題，旨在獲得一些意見(jiàn)和反饋。分別對(duì)我校2012、2013級(jí)本科生物醫(yī)學(xué)工程班和2013級(jí)本科信息班共129名學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)放問(wèn)卷129份，收回有效問(wèn)卷121份；同時(shí)對(duì)幾名有豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的物理教師進(jìn)行了訪談。

2研究發(fā)現(xiàn)

2.1基本情況

考慮到仿真實(shí)驗(yàn)需要借助于計(jì)算機(jī)完成，學(xué)習(xí)者使用計(jì)算機(jī)的熟練程度會(huì)直接影響到仿真實(shí)驗(yàn)的有效利用率。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，只有3人表示對(duì)計(jì)算機(jī)操作不熟練，大部分學(xué)生都有一定的計(jì)算機(jī)操作基礎(chǔ)，而且有86.00%的學(xué)生曾經(jīng)接觸過(guò)其他學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)，這就為物理仿真實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了技術(shù)支持。

在網(wǎng)絡(luò)便捷度調(diào)查中，只有1.00%的學(xué)生表示網(wǎng)絡(luò)不便。這就為物理仿真實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了一個(gè)很好的外部環(huán)境，同時(shí)也為學(xué)習(xí)者自主探索提供了便利條件。

2.2物理實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比（見(jiàn)表1）

表1　實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比（%）

由表1可知，物理實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)效果的最大差別在于數(shù)據(jù)處理方面，在實(shí)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，有近85%的學(xué)生還是沿用手算方法，而仿真軟件的擬合計(jì)算功能會(huì)有效幫助學(xué)生課后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)圖功能可以給出精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，從而引導(dǎo)學(xué)生在本學(xué)科甚至其他學(xué)科計(jì)算中使用擬合軟件、甚至編寫(xiě)程序來(lái)輔助進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算。

在使用便捷程度上，半數(shù)以上學(xué)生曾有過(guò)在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生疑問(wèn)、想借助實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)卻由于實(shí)驗(yàn)室不是隨時(shí)開(kāi)放而放棄想法的經(jīng)歷，仿真實(shí)驗(yàn)不受地域和開(kāi)放時(shí)間限制，可以隨時(shí)幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，解決學(xué)習(xí)過(guò)程中的疑問(wèn)，這一優(yōu)點(diǎn)也得到學(xué)生的認(rèn)可。

此外，在操作技能和實(shí)驗(yàn)理解方面，兩種實(shí)驗(yàn)區(qū)別不是太大。在記憶重現(xiàn)方面，仿真實(shí)驗(yàn)由于其界面的新奇性，對(duì)學(xué)生的感官刺激更大，使得學(xué)生留下更為深刻的印象。

2.3仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果（見(jiàn)表2）

表2　仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)（%）

表2顯示，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)可物理仿真實(shí)驗(yàn)軟件操作界面，認(rèn)為其界面友好、逼真，學(xué)生認(rèn)為仿真實(shí)驗(yàn)有助于他們理解實(shí)驗(yàn)原理，該系統(tǒng)的應(yīng)用使得實(shí)驗(yàn)步驟更加清晰，能夠幫助其掌握儀器的功能和操作，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)十分有幫助。對(duì)于能否提高學(xué)習(xí)興趣，僅有極少數(shù)學(xué)生持反對(duì)意見(jiàn)。對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)后，調(diào)查對(duì)象產(chǎn)生了疑問(wèn)會(huì)不會(huì)通過(guò)理論學(xué)習(xí)尋找答案，只有極少數(shù)人不贊成，這說(shuō)明仿真實(shí)驗(yàn)在知識(shí)遷移方面和傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣，可以實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相輔相成。

3結(jié)語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一項(xiàng)巨大的系統(tǒng)工程，因其涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、教學(xué)方式方法等諸多方面。借助調(diào)查問(wèn)卷及訪談結(jié)果，我們可以了解到學(xué)習(xí)主體的想法，在我們積極購(gòu)置實(shí)驗(yàn)儀器的同時(shí)，可以嘗試將仿真實(shí)驗(yàn)引入課堂教學(xué)，摸索仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最佳結(jié)合方式，從而最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生自學(xué)能力。

[1]李亦寧，姜照林.“仿真物理實(shí)驗(yàn)”得失初探[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2002，16（3）：142-143.

[2]辛旭平.仿真與物理實(shí)驗(yàn)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2005，18（3）：106-108.

[3]王曉蒲，霍劍青.大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐[J].物理實(shí)驗(yàn)，2001，21 （1）：28-29.

[4]寧鋅，龐瑋.大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，25（3）：110-111.

[5]郝杰.大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)在高職院校的應(yīng)用研究[J].長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，31（9）：18-20.

[6]李娟娟.物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2012.

G420

B

1671-1246（2016）13-0082-02

注：本文系江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究課題（41178）