数字化、网络化的大学物理实验教学改革探讨

赵丽特，王喜建，范海陆，陈喜娣

（五邑大学，广东 江门 529020）

数字化、网络化的大学物理实验教学改革探讨

赵丽特，王喜建，范海陆，陈喜娣

（五邑大学，广东 江门 529020）

介绍了数字化、网络化以及多媒体设备在大学物理实验教学改革中的应用，以提高大学物理实验的教学效果。

数字化；网络化；多媒体；大学物理实验；改革

大学物理实验是高校教育的基础学科，是工科院校学生的一门基础必修课，它对培养学生的素质和能力有十分重要的作用。随着科学技术的日新月异，社会对人才的培养提出更高的要求，大学物理实验教学也需要跟上时代的步伐与时俱进，着力培养具有创新精神和能力的优秀学生。如何提高物理实验课的教学质量，激发学生自觉学习的主动性、创造性，以及培养和提高学生的动手能力、分析思考能力、独立工作能力和综合设计能力的问题，是我们长期以来一直在思考和探索的问题。传统的实验教学方法简单、呆板，实验内容枯燥，学生的学习兴趣大大降低。大多数同学只是为了学分而完成实验，教学效果不佳。如果在传统实验教学的基础上实现网络化、数字化以及采用多媒体设备教学，将使实验的趣味性、科学性、多样性大大提高，从而也可以提高学生的兴趣，培养他们的各种能力。另一方面也可以增大教师的教学兴趣，提高教学水平，更加充分的利用各种教学设备，提高授课学生的人数。

1 大学物理实验预习方面——仿真实验

当前网络的普及为教育者和学习者提供了很好的互动平台，虚拟实验的设计开发已成为当前教育研究的热点，其理论和技术已趋于成熟，国内部分同类专业已相继制作出相似的课件和网站，学生可在网站上查询实验原理，了解实验仪器的型号、性能和结构，及实验要点和注意事项等，完成实验课前准备，做好预习报告［1］。特别是大学物理课程中光学部分的抽象性较强，故理论教学对实验教学的依赖性较大。许多经典实验，比如用牛顿环测平凸透镜的曲率半径，由于光学实验容易造成学生视力疲劳，使测量误差增大，因此会影响学生的学习效果和兴趣，将Matlab、Flash和视频制作软件结合起来，开发出牛顿环实验仿真软件供学生提前预习，能帮助学生建立直观的物理图像，并能通过计算机模拟实验测量，得到和实际近似的结果，特别是可以通过改变各参量的值，获得不同的测量对象，提前让学生了解牛顿环干涉条纹形成与各参量关系，对培养学生独立思考能力，激发学生学习兴趣有着十分积极的意义［2］。当然仿真实验还不能完全模仿真正实验的全部现象，如空程差等现象，操作技能的进步也必须结合实际实验操作获得。

2 大学物理实验教学方面——投影仪和CCD技术

大学物理实验所涉及的大部分实验均为验证性的基础实验，为培养学生的科研和创新能力，教学应以基础实验为重点的基础上适当延伸一些实验内容。在传统实验教学的基础上采用多媒体设备教学，比如充分利用投影仪等设备给学生介绍有关的实验背景，实验仪器的使用、实验器材的加工方法，以及在现实生活中的应用。这样可以给学生一个直观的印象，同时也可以扩大学生的知识面［3］。比如在讲解磁阻效应时，磁阻效应在导航系统中的罗盘、计算机中的磁盘驱动器、各种磁卡机等的应用的图片的播放，引起学生很大兴趣。比如在讲解示波器的时候，仪器按键多，讲解一次学生不容易全部记住，我们采用提前录制了《示波器的原理和使用》的讲解和操作录像，这样教师可以先让学生通过投影仪看一遍录像，接下来教师再讲解下重点原理和操作演示，或通过提问加深学生印象，可以起到事半功倍的效果。

在光学实验的操作演示中，传统的教学因为学生无法直观地观察仪器调整过程中望远镜中的成像，讲解空洞抽象，直观性不好，将CCD技术引入到物理实验中来，以现代科技手段替代传统实验教学手段，将望远镜中的成像，在彩色监视器显示，可供多人观察实验现象，可使实验有好的直观性，缩短教学时间，增进师生间的教学互动［4］。比如在分光计的调节与使用讲解过程中，先通过投影仪讲解实验原理的ppt，特别是分光计的读数装置在大屏幕上讲解非常直观。接下来采用CCD技术进行操作演示，像分光计的各半调节法采用CCD技术演示后，更易于学生理解和接受，还可以给学生留有更多的动手实验的时间，更加符合实验教学改革的趋势［5］。

3 大学物理实验考核方面——网络化实时测量

实验考核是检查学生掌握实验技能的手段，对学生实验成绩的评定将直接影响学生做实验的积极性，因此，有必要建立有效的考核制度。目前，因为操作考试一个老师通常只能监考10个学生，大学物理实验课程的考核主要依据学生的实验报告来判断学生对实验的掌握程度，这种统一评判的模式存在一定的弊端，无法准确地评价学生的个人科研和创新能力。因此，建立高效、合理的考核方式，对调动学生学习的主动性和积极性，提高实验课的教学效果是至关重要的［6］。

实验数据的好坏是实验成功与否的直接体现，可以利用网络化的计算机处理、实时检查实验数据。例如:“用波尔共振仪研究受迫振动实验”是针对大学本科二年级学生开设的大学物理实验课程的一项内容。波尔共振实验的内容丰富，实验理论较复杂，实验步骤较多。指导教师不易实时了解学生做实验的进展情况并发现问题，因而不能及时给予指导。测量的数据量较大，实验数据处理较复杂。因此，为提高实验教学质量和效率，可以采用网络化教学手段。成都世纪中科仪器有限公司的智能型实验系统ZKY-BG波尔共振实验仪可以选择单机模式和联网模式。在实验中采用联网模式时，学生测量的实验数据可以通过网络实时地传输到指导教师的计算机上。教师可以及时了解每个学生做实验的进度，实时检查实验数据，存储实验记录。如阻尼振动中，用对数逐差法计算出阻尼系数的值。教师使用软件的计算分析功能，可监控实验中各种情况。软件记录实验数据后，可立即计算和查找出实验结果，并显示在数据列表中。比如在受迫振动部分中，相位差的理论值与计算值应较接近，如相差较大，教师可指导学生及时地分析误差产生的原因、调整仪器、纠正错误的测量。每一测量数据点的生成时间显示，让教师更清楚地了解学生实验中受迫振动的稳定情况。所以该系统可帮助教师实时并确切地了解学生的实验进展［7］。

实时测量就是通过计算机将实验观察，数据采集和数据处理融为一体的智能化实验教学系统，对实验的全过程采用智能化设备实时测量，对一些经典实验，可以利用Microsoft Excel制作表格和编写公式，例如编写光栅衍射法测光波波长的检查程序，将入光栅常数和所测得的角位置的示数输入表格即可获得衍射角及波长，实验成功与否一目了然，可以在课堂中及时提醒操作错误的学生重新测量，或者在考核中准确判断学生操作是否到位。实验数据的处理往往是学生做完实验后的一大难题。那么利用计算机的快速运算就可以实现对实验数据的快速检查，利用相关的绘图软件还可以直接绘出图表，具有易于观察、省时高效、参数可调、便于培养探讨性和创造性思维的优点。

4 结 论

总之，在提倡全面素质教育的今天，科技的进步和网络的普及对教师的传统式教学发起了挑战，大学物理实验教师也应不断在教学中发现问题，更新观念，采用最先进的教学手段和教学设备，帮助学生真正掌握基础科学知识，激发学生的潜能，培养具有科研和创新能力的高素质大学生。

［1］ 言秋莉，李丹，唐玉梅.标准化、网络化的大学物理实验预习系统的实现［J］.大学物理实验，2011，24（5）:105-107.

［2］ 周党培，陈业仙.牛顿环实验的计算机仿真［J］.四川兵工学报，2009，30（7）:139-141.

［3］ 刘力斌.迎接数字化时代的到来——浅谈大学物理实验教学改革［J］.大学物理实验，2003，16（2）: 75-76.

［4］ 张梅，何鑫，李柱峰.CCD特性及其在大学物理实验中的应用［J］.科技创新导报，2009（22）:135.

［5］ 樊旭峰，单亚拿，卢雁，等.CCD摄像技术用于分光计实验的研究［J］.大学物理实验，2005，18（01）: 37-38.

［6］ 何鑫，张梅，李远兴，等.浅谈大学物理实验教学改革_结合_旋光度测定_实验的有益讨论［J］.科技创新导报，2009（7）:149.

［7］ 方恺，陈铭南，李五旗.波尔共振仪实验的网络化教学［J］.物理与工程，2006，16（1）:32-34.

Discussion on the Experiment Teaching Reforms of Digital and Networked University Physics

ZHAO Li-te，WANG Xi-jian，FAN Hai-lu，CHEN Xi-di
（Wuyi University，Guangdong Jiangmen 529020）

The paper introduces the application of digital and networked equipments and Multi-media equipments in the reforms of university physics experiments.

digital；network；multi-media；university physics experiments；reform

G642.0

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.01.037

1007-2934（2015）01-0113-03

2014-08-02

收稿日期：2014-10-10

五邑大学教研教改项目