以校園網(wǎng)拓展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間

周紅仙

摘 要： 目前在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，綜合型及科研型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在逐漸增加，由于這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到課堂和課時(shí)的限制。本文提出以校園網(wǎng)拓展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間，對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)進(jìn)行整理，配以文字、聲音、動(dòng)畫(huà)、圖像等上傳到校園網(wǎng)上，學(xué)生可以隨時(shí)隨地利用校園網(wǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間及空間上的延伸。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 校園網(wǎng) 實(shí)驗(yàn)資源

1.引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)生進(jìn)校后的第一門(mén)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，不僅讓學(xué)生受到嚴(yán)格、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧，更主要的是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。現(xiàn)在，面對(duì)時(shí)代的發(fā)展、科技進(jìn)步的新趨勢(shì)和新挑戰(zhàn)，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方法、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放等方面進(jìn)行改革，特別是把科技發(fā)展的新技術(shù)、新成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要方面。如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》打破了力、熱、電、光、近封閉的舊物理實(shí)驗(yàn)課程體系，注重物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)代性與先進(jìn)性，提出了與現(xiàn)代科技發(fā)展相適應(yīng)的由基本實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、科學(xué)小實(shí)踐組成的新的四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)課程體系，開(kāi)創(chuàng)了仿真實(shí)驗(yàn)的新教學(xué)模式；太原科技大學(xué)實(shí)施由基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、提高型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)三大模塊組成的整個(gè)大學(xué)階段的物理實(shí)驗(yàn)。從國(guó)內(nèi)一些大學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革來(lái)看，都在降低驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，增加綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所占比例，如東北大學(xué)秦皇島分校增加了光譜測(cè)量、核磁共振等一些和現(xiàn)代科技發(fā)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。各高校在實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件建設(shè)方面加大了投入，引進(jìn)了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置和技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先進(jìn)性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，但是這些實(shí)驗(yàn)不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的單一原理驗(yàn)證及簡(jiǎn)單參數(shù)測(cè)量，一個(gè)實(shí)驗(yàn)往往涉及多學(xué)科知識(shí)的交叉，而且實(shí)驗(yàn)中涉及的知識(shí)，超前于學(xué)生的理論課，增加了實(shí)驗(yàn)課難度，在有限實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)限制下，怎樣保證實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量，是目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要解決的問(wèn)題。本文提出把物理實(shí)驗(yàn)資源放在校園網(wǎng)上共享，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間和空間上得到延伸，克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)受課堂和課時(shí)限制的問(wèn)題。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間限制

國(guó)內(nèi)高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)一般在大一第二學(xué)期或大二第一學(xué)期進(jìn)行，是學(xué)生接觸較早的實(shí)驗(yàn)課，由于學(xué)生的理論及實(shí)驗(yàn)知識(shí)貯備有限，且學(xué)生沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，為了促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課的順利、高效進(jìn)行，要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)，了解儀器的使用及實(shí)驗(yàn)中涉及的理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法和儀器使用等進(jìn)行講解后，由學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法已經(jīng)不適合目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的要求。

對(duì)于綜合型實(shí)驗(yàn)及科研型實(shí)驗(yàn)，理論基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往涉及多學(xué)科的交叉，實(shí)驗(yàn)儀器使用復(fù)雜，但學(xué)生用于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的資料主要為實(shí)驗(yàn)教材。由于教材的篇幅所限，教材大都對(duì)實(shí)驗(yàn)原理方面講得較清楚，在實(shí)驗(yàn)背景、應(yīng)用、設(shè)計(jì)思想、方法及相關(guān)儀器的使用方面較少涉及，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不能將書(shū)本講的原理和儀器設(shè)備之間進(jìn)行很好的關(guān)聯(lián)，原理看完了不會(huì)做實(shí)驗(yàn)，這種情況在較難的科研型實(shí)驗(yàn)及綜合型實(shí)驗(yàn)中更突出。由于課前預(yù)習(xí)效果不佳，為了按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)教師不得不在課堂上花費(fèi)較多時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和儀器使用。由于課時(shí)限制，老師在講解時(shí)，把主要精力放在實(shí)驗(yàn)步驟及儀器的操作上，造成學(xué)生完全按照既定步驟和要求完成操作過(guò)程，雖然效率較高，師生都省心，但不少學(xué)生在被動(dòng)做實(shí)驗(yàn)，盲目得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)而做實(shí)驗(yàn)。這種缺乏想象力和創(chuàng)新性的教學(xué)方法，對(duì)學(xué)生的思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不利的。隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的應(yīng)用，一些較復(fù)雜、較精密的實(shí)驗(yàn)儀器引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生無(wú)法理解儀器的設(shè)計(jì)原理和運(yùn)行機(jī)理，學(xué)生往往在老師設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)條件下完成實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有掌握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方法，提高應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)驗(yàn)課不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，不能起到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力的作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量不佳。

東北大學(xué)秦皇島分校實(shí)驗(yàn)教育中心在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中引入“脈沖核磁共振實(shí)驗(yàn)”，核磁共振技術(shù)是物理學(xué)、信息科學(xué)、電子學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科交叉的新技術(shù)，在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)中有廣泛應(yīng)用，涉及原子物理、量子力學(xué)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理等多學(xué)科，儀器使用復(fù)雜，還有一些新的術(shù)語(yǔ)、概念，這些知識(shí)無(wú)法在實(shí)驗(yàn)教材中一一羅列，實(shí)驗(yàn)課時(shí)教師需要花費(fèi)很多時(shí)間詳細(xì)講解，但是由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂時(shí)間有限，課前的預(yù)習(xí)尤為重要。對(duì)于綜合型及科研型實(shí)驗(yàn)，僅僅依靠實(shí)驗(yàn)教材，學(xué)生很難在預(yù)習(xí)中取得較好結(jié)果，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)進(jìn)行整合，作為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的補(bǔ)充材料。針對(duì)“脈沖核磁共振實(shí)驗(yàn)”的特點(diǎn)及學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的各科學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整理，配以文字、聲音、動(dòng)畫(huà)、圖像上傳到校園網(wǎng)上，學(xué)生可以隨時(shí)隨地下載學(xué)習(xí)，通過(guò)應(yīng)用這樣的預(yù)習(xí)方式后，學(xué)生的預(yù)習(xí)效果及實(shí)驗(yàn)效果大大強(qiáng)化。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間延伸

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，目前人們能夠隨時(shí)隨地乃至在移動(dòng)過(guò)程中從互聯(lián)網(wǎng)獲取信息和服務(wù)，這些技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)信息獲取模式對(duì)時(shí)間和空間的限制，目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在許多行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。作為新技術(shù)的發(fā)祥地，高等學(xué)校和網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系十分密切，網(wǎng)絡(luò)最初是在校園里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并獲得成功的，目前國(guó)內(nèi)高校都有良好的校園網(wǎng)環(huán)境，校園網(wǎng)為克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的時(shí)間和空間限制提供了條件。

利用計(jì)算機(jī)、校園網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，把實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)原理和運(yùn)行機(jī)理、常用數(shù)據(jù)、信號(hào)處理方法、實(shí)驗(yàn)中用到的軟件等相關(guān)資料上傳至校園網(wǎng)，學(xué)生利用校園網(wǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，在網(wǎng)上對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行虛擬操作練習(xí)。把網(wǎng)上資源作為實(shí)驗(yàn)教材的補(bǔ)充，將實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)延伸到課外，學(xué)生可以隨時(shí)隨地地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能在規(guī)定的地點(diǎn)及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的限制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間及空間上的延伸，克服了實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期受到課堂、課時(shí)限制的困擾。

針對(duì)“脈沖核磁共振實(shí)驗(yàn)”的特點(diǎn)，我們?cè)谛@網(wǎng)上建設(shè)了“脈沖核磁共振實(shí)驗(yàn)”虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)所涉及的基本概念進(jìn)行了詳細(xì)講解，如能級(jí)、量子數(shù)、原子核的自旋、磁矩等，對(duì)基本原理及物理過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)畫(huà)演示，如拉莫進(jìn)動(dòng)、塞曼效應(yīng)、磁共振、磁化及弛豫過(guò)程等，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，用動(dòng)畫(huà)的形式加深了學(xué)生對(duì)微觀過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課之前，通過(guò)校園網(wǎng)學(xué)習(xí)知識(shí)，取得了較好的預(yù)習(xí)效果。

高效的預(yù)習(xí)，為實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量提供了保證。實(shí)驗(yàn)課上，教師不需要按傳統(tǒng)的“教師演示實(shí)驗(yàn)+學(xué)生模仿”的課堂教學(xué)模式上課，不用再花很多時(shí)間講述實(shí)驗(yàn)原理、步驟、儀器的使用、數(shù)據(jù)處理方面的內(nèi)容，把課堂的時(shí)間還給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、發(fā)現(xiàn)、解決物理問(wèn)題，教師由知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)顧問(wèn)，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生懂得如何研究物理問(wèn)題，而不是只局限于知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練。

這種教學(xué)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)教師的知識(shí)水平及知識(shí)結(jié)構(gòu)提出了更高要求，要求實(shí)驗(yàn)教師既有過(guò)硬的實(shí)驗(yàn)方面的專業(yè)知識(shí)，又掌握計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，更了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)向及新成果，只有不斷更新知識(shí)，才能促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4.結(jié)語(yǔ)

為了適應(yīng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的要求，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例在降低，綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及科技發(fā)展的新成果被引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。由于這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往是多學(xué)科的綜合，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用較復(fù)雜，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)受到課堂和課時(shí)的限制是實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的新問(wèn)題。我們通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及的內(nèi)容及學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)進(jìn)行整理，配以文字、聲音、動(dòng)畫(huà)、圖像上傳到校園網(wǎng)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地下載學(xué)習(xí)，利用校園網(wǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行虛擬操作練習(xí)，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能在規(guī)定的地點(diǎn)及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的限制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間及空間上的延伸，克服了實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期受到課堂、課時(shí)限制的困擾。

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