大学物理实验室信息化建设探索

刘忠民　周琳　官盛果　刘正奇　闵秋应　叶鹏辉

摘 要 大学物理实验是各高校理工类专业开设的一门必修课，是高等学校理工科类专业对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，对培养学生操作、思考、协作等能力起着重要作用。重点介绍大学物理虚拟仿真实验教学的作用和意义，以及实验室和实验室教学信息化管理对提高教学水平的贡献。

关键词 大学物理实验；虚拟仿真实验教学；实验室；信息化管理

中图分类号：G482 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）20-0014-03

Information Construction Exploration on University Physics Laboratory//LIU Zhongmin， ZHOU Lin， GUAN Shengguo， LIU Zhengqi， MIN Qiuyin， YE Penghui

Abstract University physics experiment is a required course for

science and engineering， it is a compulsory basic course for students

basic training of science and experiment to science and engineering， it is important in training students ability of operation， thinking and

cooperation and so on. This paper introduces the function， signifi-cance of virtual simulation experiment about University physics ex-periment teaching， and introduces contribution to laboratory and laboratory teaching information management how to improve the teaching level.

Key words college physics experiment； virtual simulation experi-ment teaching； lab； information management

1 引言

信息技術飞速发展惠及大学物理实验室管理和实验教学改革。目前，不少高校已完成或正在进行大学物理实验室信息化平台建设，其实质是在传统实验室管理与实验教学的基础上，利用电脑、信息采集、网络通信及多媒体等技术，对实验教学与管理进行信息采集、加工、处理与传播，以实现实验室的运行与管理数字化，实验教学手段和方法的多样化。其突出意义在于可拓展实验教学与管理的时间和空间，给予学生更多自主学习、开放学习、高效学习和探索科学与真理的时空，也为师生交互教学提供更多更好的平台。

2 建设大学物理虚拟仿真实验教学中心

建设意义 由于大学物理实验长期以分组教学为主，长期受教学环境和条件限制，普遍存在教学质量低下和“走过场”现象。对江西师范大学300名理工科应届毕业生从理论课程与实验课程两方面进行问卷调查，统计结果见表1。

按该届学生实际做了12项大学物理实验计算，记忆率只有12.5%。这说明大学物理实验教学对理工类学生来说很多是走过场，与理论教学相比有巨大差距。经教师交流讨论，认为问题出在学生学习链上，如表2所示。

表2的实验教学与理论教学比较得出：1）实验教学少了复习和考试两个环节；2）实验教学单个实验的学习时间太少；3）实验教师凭印象打分，几乎全及格，通过率99%；

4）实验预习效果如何，实验数据的处理等是否本人完成，等等，不可控因素太多；5）学生实验报告中存在的问题不能及时反馈，师生沟通缺乏更多渠道。可见当下大学物理实验教学存在不少问题。

建设目标 建设大学物理虚拟仿真实验教学，须面向参与大学物理实验的所有学生，以培养学生掌握理论联系实际的思维方式和提高实践能力为目标。通过建设优质的虚拟实验教学资源，建设共享平台，并将虚拟实验和真实实验相结合，创建一套有效的教学模式，打造一支高水平的虚实结合的实验教学团队[1]。通过购置或开发与本校真实仪器相似的仿真软件，提高实验教学质量。

1）建设公共仿真教学管理平台。将虚拟仿真实验资源有效地应用于预习、实验、复习、考试等各个教学环节，实现虚拟实验教学网络化、信息化，既实现教学效果，又可大大减小实验教师的教学与管理强度。仿真实验是实物实验教学的演练，须具有测试功能并给出预习完成的分数，设置合格门槛，且只有合格的学生才可参与实物实验教学。

2）建立虚实结合的教学机制。实物分组大学物理实验需大量仪器与师资，因教学时间短，学生思考与操作时间有限，后期又缺乏复习，效果不太好。在原物理实验基础上，开发虚拟实验，并力争虚拟实验仪器与实际实验仪器完全吻合，鼓励教师探索和研究实验教学新方法与模式，充分发挥虚拟仿真实验在教学中的作用，利于提高教学质量，这也是将来实验教学的新方向。

3）建立虚拟仿真实验教学中心信息化管理系统。虚拟仿真实验教学也需监控和管理，建立信息化管理中心，有利于保障虚拟仿真实验在教学环节发挥应有作用和稳定运行。

4）仿真实验平台的每个实验尽量与实物实验教学相吻合。软件公司制作的软件，一般根据市场最通用仪器来模拟仿真，若软件可实现根据自身仪器进行修改，将是一款非常优秀的软件。软件公司除教会学校教师使用外，更要教会教师根据各学校的具体仪器来编写仿真实验。endprint

3 建设大学物理实验室信息化管理中心

建设意义 目前，高校大学物理实验室做到真正信息化管理的还是少数，从实验室管理到实验教学，几乎还是人工管理与现场教学的老模式。有些高校建设了开放实验室，实际自觉来做实验的学生很少，也没真正发挥开放教学的作用；有些高校買了仿真软件，但软件还没有完全用起来。如何调动学生自我学习的能动性？如何建立更好的师生教学交流平台？如何让学生获得更好更多的教学资源？如何给爱学、善学学子创造良好时空平台？这些是目前明确大学物理实验教学改革方向需要考虑的问题。

建设目标 建设信息化管理中心，须以学生为中心，以提高教学质量为中心，以优化师资、减轻教师工作强度为中心；以培养学生自主学习、自我管理、独立思考与实践能力为目标，以较少师资和管理人员而能实现优良教学效果为目标。

通过建设智能化实验室管理系统，实现学生自主预约实验，实验室智能化管理，实验过程智能记录，实验报告网上提交、批改、查重等，从而给学生提供真正自主实验、自主探索的时空。若能实现大学城校际师生共享教学课件、共享实验设备，相互承认实验成绩，必将大大促进和提高大学物理实验之教学水平。

1）建设教学管理与学生自主选排课系统。以学生为主体、教师为主导的教学是激发学生兴趣、确保教学质量、实现教学目标的基本保证[2]。信息化实验教学是实施以学生为主体、教师为主导的教学理念和教学方法的有效途径。信息化教学侧重开放性实验教学，是指实验的内容、实验教学的时间和空间对学生开放。学生可根据各自的实验基础、感兴趣的领域，自主安排时间到开放实验室完成实验。开放性实验教学在教学内容、教学时间和空间上给予学生充分自主性，充分满足学生个性化教学的需要。

2）建设课件等教学资源库共享系统。教学资源建设是实施教育信息化的基础，需要长期建设和维护。由于教学资源的内容丰富多彩，形式多种多样，因此，一个高效的教学资源管理应用系统，是现代网络信息化教育系统中一个重要的、必不可少的基础系统。实验教师的教学课件、教学视频等，学生优秀的实验报告等，均可作为教学资源予以共享。

3）建设实验预习自动评判系统。实验讲义对实验原理、实验内容、仪器操作等均有详细介绍，但不少学校实际实验仪器与讲义介绍仪器不一致。各高校因师资力量、教学仪器等的限制，很难供给学生大面积实验预习的环境，使学生无法对实验环境建立直观认识。由于教学时间和教学模式限制，教师也无法有效对学生的预习情况进行有效检查，因此导致不少学生的大学物理实验不过是“走过场”，纯粹为攒学分而来，严重影响了实验教学质量。

若将实验原理、实验内容、操作概念、数据记录、关键公式及思考题等以填空与选择题形式放入实验预习系统，给出门槛分数，并结合仿真实验教学，达标后才能进入下一步教学，显然对实验预习能起到很好的督促与指导作用。

4）建设实验过程智能记录系统。实验过程智能记录如能实施，将对实验过程、结果等数据的真伪查证起到重要作用，也对实验数据丢失后再次查找非常有帮助。但真正要实施，涉及信号采集、转换、计算及软件处理等多个环节，成本将会很大。若能开发大学物理实验APP，学生智能手机安装APP，作为数据采集、记录、上传的平台，显然能节约大量资金，也是实施创新教学的新思路。

5）建设实验报告自动查重与评阅系统。学生完成实验报告和教师评阅实验报告是实验教学的重要环节。实验报告体现出学生的数据处理、分析、综合思考和创新能力。教师通过评阅实验报告，可掌握学生对该实验的实验原理、操作及数据处理等是否正确，学生是否真正领悟整个实验。实验报告对总结教学中存在的问题、针对性调整教学思路非常关键。在上千学生的大学物理实验教学中，因教师人数有限、实验报告评阅量大，实验报告评阅的质量难以保证，影响了实验教学的质量和评分公平公正度。若学生在网上提交实验报告，电脑可自动根据关键点评判，能自动查找出抄袭内容，将大大减小实验教师的工作强度，又可提高评阅质量和评分公正度。

6）建设实验室智能管理系统。实验室智能管理涉及门禁、电源开关、监控、预习是否合格等一系列联动动作。学生在网上预习合格后，方可用学生证打开实验室门禁进入实验室做实验；进入实验室，启动电源开关，实验室电源通电，实验过程监控同时开始工作，监控对学生在实验室的整个实验过程进行记录；实验完成，刷卡后门关闭，五分钟后实验室自动切断电源与监控。

7）建设师生教学交流管理平台。传统的实验教学以教师的主动讲授和学生的被动接受为特征，教师注重通过语言的讲述和行为的灌输来实现知识传授。课堂教学往往过于单一，教师占据教学的主体地位，学生学习的主动性得不到充分的体现和发挥，严重束缚了学生学习积极性、主动性和创造性。建设师生互动教学交流平台，方便学生提问、教师答疑解疑，师生共同解决问题的同时，也无形中提高了教学质量。

4 结束语

当前，不少高校已建设大学物理实验室信息共享平台，但因软件、管理或教师原因，花了几十万建设的管理与教学平台并未发挥应有作用。如何建设并利用信息化平台，真正做到物尽其用？但愿本文能起到些许启发和指导作用。

参考文献

[1]张建.大学物理虚拟仿真实验室的研究与开发[D].长春：吉林大学，2007.

[2]周志坚，向裕民，向必纯，等.“以学生为主体 教材为载体 教师为主导”的教学模式探讨：以大学物理为例[J].四川理工学院学报：社会科学版，2007（10）：1-2.endprint