物理實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用分析

王學(xué)軍

【摘要】? 物理實(shí)驗(yàn)的 數(shù)字化是推動(dòng)物理教學(xué)以及物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生發(fā)展的一種必然趨勢(shì)，它的突出特點(diǎn)之一，就是能夠幫助實(shí)驗(yàn)者高效地完成難度系數(shù)較大的物理實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行一定程度的驗(yàn)證。因此，人們?cè)谶M(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)或者教學(xué)的過(guò)程中會(huì)不自覺(jué)的傾向于數(shù)字化方向的轉(zhuǎn)變，搜集更加廣泛的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?；诖?，圍繞物理實(shí)驗(yàn)數(shù)字化的教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。

【關(guān)鍵詞】? 物理實(shí)驗(yàn) 數(shù)字化教學(xué) 資源建設(shè) 應(yīng)用分析

一、物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀

1.教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)這部分內(nèi)容是理論與實(shí)踐相結(jié)合的，只有擁有了足夠的理論知識(shí)儲(chǔ)備，才能在實(shí)驗(yàn)操作中展現(xiàn)良好的基本功。隨著新課程改革的不斷深入，學(xué)生綜合素質(zhì)的提高成為評(píng)價(jià)學(xué)生的主要方面，相應(yīng)的就會(huì)要求教師上課過(guò)程中要朝向這個(gè)方面進(jìn)行努力。因?yàn)閷W(xué)生對(duì)數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)理解與認(rèn)識(shí)不夠直觀，也就很難將物理學(xué)科的發(fā)展與之結(jié)合起來(lái)，高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)也就會(huì)與同學(xué)的生活背道而馳。為此，要在數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工程中進(jìn)行相應(yīng)的改革。

2.學(xué)生特點(diǎn)

眾所周知，學(xué)生由于年輕也正處在活潑好動(dòng)、對(duì)周?chē)氖澜绯錆M(mǎn)無(wú)窮好奇心的探知階段，而應(yīng)試教育和理論教育卻把他們牢牢地困在了狹小的書(shū)桌跟桌椅甚至是宿舍之間，所有的學(xué)習(xí)活動(dòng)幾乎都是與考試、升學(xué)掛鉤的，屬于自己的課余活動(dòng)少之又少，甚至是沒(méi)有，長(zhǎng)此以往，就會(huì)形成孩子只會(huì)學(xué)習(xí)、考試，而不能接觸到更多的書(shū)本以外的知識(shí)和見(jiàn)識(shí)。這是有悖于學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律的，學(xué)習(xí)雖然重要，但是滿(mǎn)足學(xué)生的身心發(fā)展需求同樣重要，在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中滿(mǎn)足學(xué)生的好奇心和求知欲就需要學(xué)校以及教師在數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行相應(yīng)的改革，以增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)。

3.課程評(píng)價(jià)

數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)常用的方式是實(shí)際操作和理論測(cè)試相結(jié)合的方式，然而實(shí)際操作會(huì)受到多種因素的干擾而有失公平性，在缺乏證據(jù)記錄的情況下，學(xué)生也很難消化教師指出的操作缺陷。除此之外，在設(shè)備數(shù)量和教師人數(shù)、考試時(shí)間有限的情況下，這種實(shí)際操作方式顯得耗時(shí)耗力，不易有效開(kāi)展，而且理論知識(shí)的過(guò)分注重對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)也是沒(méi)有多少意義的，更不用說(shuō)是在數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要課程下。

二、數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

1.采用一體化教學(xué)模式，加強(qiáng)課堂管理

在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，采用“講授-實(shí)踐-再講授”的模式，對(duì)于數(shù)理化物理實(shí)驗(yàn)這類(lèi)理論難度較深，操作較復(fù)雜的課程能夠起到更好的效果。在課前，先有針對(duì)性地講解與當(dāng)次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)，如第一次上機(jī)，要將理論知識(shí)跟學(xué)生講解透徹，保證每個(gè)同學(xué)都能理解其中的基本概念并熟悉操作流程。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前，教師要根據(jù)需要，做好示范操作，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要巡查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，在學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)，教師要做的不是簡(jiǎn)單的幫助學(xué)生解決問(wèn)題，更應(yīng)該引導(dǎo)他們積極地反思，針對(duì)遇到的問(wèn)題做出反思和總結(jié)，以吸取經(jīng)驗(yàn)。需要注意的一點(diǎn)是，由于數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)儀器和工作站操作較為復(fù)雜，當(dāng)堂示范教會(huì)往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效果不好。比較好的做法是將學(xué)生分為3～4人每個(gè)小組，每個(gè)小組選出一位學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，有責(zé)任感的同學(xué)擔(dān)任組長(zhǎng)，在學(xué)生前兩次實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始之前，教師可以著重花時(shí)間輔導(dǎo)各個(gè)小組的組長(zhǎng)，讓他們掌握操作方法，在正式的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，組長(zhǎng)可以將操作方法教給組員，教師再來(lái)做補(bǔ)充和強(qiáng)調(diào)，這樣課程效率就得到了提高。

2.合理設(shè)置課時(shí)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

要對(duì)物理學(xué)科的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新性的改革和調(diào)整，首先應(yīng)該從課程的改革和調(diào)整方面著手，致力于為物理實(shí)驗(yàn)設(shè)置更加科學(xué)、合理、符合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)課程。但課程的設(shè)置并不是一件隨意且簡(jiǎn)單的事情，因?yàn)檎n程的設(shè)置應(yīng)該考慮多方面的因素，例如，學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的需求、學(xué)生的接受能力、市場(chǎng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐性的要求、學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)間、教師的從教能力等等方面的要求。

3.重視課程教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源

隨著多媒體技術(shù)在課堂上的廣泛使用，物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師的教學(xué)道具也得到了相應(yīng)的簡(jiǎn)化，為學(xué)生呈現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容也因此更加形象、生動(dòng)、具體以及條理性，這也算是一種數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革嘗試。通過(guò)視頻或者清晰的圖片，向?qū)W生展示物理實(shí)驗(yàn)或者理論內(nèi)容，減少了物理專(zhuān)業(yè)老師進(jìn)行實(shí)物準(zhǔn)備的工作量，而且學(xué)生對(duì)多媒體展示的內(nèi)容印象更加深刻，理解的更為清晰透徹，就算是操作再?gòu)?fù)雜、實(shí)驗(yàn)過(guò)程再難的實(shí)驗(yàn)，都能被輕松、全面的展現(xiàn)并解說(shuō)出來(lái)，在無(wú)形之中就會(huì)大大的提高課堂效率。而且，對(duì)于一些危險(xiǎn)性較大的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)多媒體進(jìn)行展示，就可以大大的減少實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生、對(duì)于環(huán)境的威脅性也就變得幾乎不存在了。這就表明，通過(guò)多媒體教學(xué)可以大大的提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，同時(shí)極大地提高教學(xué)效率。

4.采用更加靈活的教學(xué)評(píng)價(jià)方法

數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要教給學(xué)生的是要教會(huì)學(xué)生不單單是理論知識(shí)，更重要的是要教會(huì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作。因此，在評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)應(yīng)該要比理論知識(shí)成績(jī)的比重重的多。為了更加公平客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，可以考慮錄影。這樣就能將學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程實(shí)時(shí)的記錄下來(lái)，通過(guò)回放錄影以及現(xiàn)場(chǎng)考核等措施結(jié)合起來(lái)，就能保證教師評(píng)價(jià)的公正性，錄影資料同樣能夠作為學(xué)生反思自己的有效資料，自己也能夠清楚的認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)操作的不足之處，隨著數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷深入而不斷的促進(jìn)自己進(jìn)步。

5.為物理學(xué)科建立數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

（1）數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性。數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)的操作并沒(méi)有理論中所闡述的那般簡(jiǎn)單，它除了要求老師有較強(qiáng)的講授能力和學(xué)生有良好的操作能力之外，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)格要求也是比較嚴(yán)格的。隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)早已不再像傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作那樣簡(jiǎn)單，而是必須得順著社會(huì)的互聯(lián)網(wǎng)和科技化趨勢(shì)不斷向前發(fā)展，不斷改進(jìn)儀器設(shè)備，不斷改善實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境。為了節(jié)省關(guān)于實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，越來(lái)越多的學(xué)校傾向于建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建立可以為物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)師生的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供逼真的現(xiàn)實(shí)操作環(huán)境，但這并不是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建立的最終目的，其根本目的還是為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)殡S著科技水平的提高大量的大型精密儀器被研發(fā)出來(lái)，也開(kāi)始被應(yīng)用在社會(huì)的各行各業(yè)中，各類(lèi)學(xué)校也陸續(xù)的引進(jìn)這類(lèi)儀器，學(xué)生通過(guò)在學(xué)校內(nèi)參與這種實(shí)戰(zhàn)操作可以更好的引領(lǐng)他們走向社會(huì)，適應(yīng)社會(huì)的工作，但這種儀器的使用費(fèi)用以及保養(yǎng)費(fèi)用是非常昂貴的，因此通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室同樣可以讓同學(xué)們享受到先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器以及學(xué)習(xí)材料，大大滿(mǎn)足學(xué)生的求知欲。數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)所需要的仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室集的分離鑒定能力于一體，是目前分析不易操作或較為繁瑣的實(shí)驗(yàn)最有效的方法，因此在食品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)和工農(nóng)業(yè)等需要物理實(shí)驗(yàn)的方面被廣泛應(yīng)用，尤其在農(nóng)藥殘留、脂肪酸檢測(cè)、細(xì)菌快速檢測(cè)等方面具有重要作用。但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中的儀器精密且貴重，儀器操作、開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)必須嚴(yán)格按照操作方法進(jìn)行，在未熟練掌握儀器性能及操作方法之前，不能隨意使用。另外，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)很有限，不能達(dá)到讓每個(gè)學(xué)生都熟練動(dòng)手操作的要求。從目前大多數(shù)學(xué)校的物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況來(lái)看，只有完整的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)操作才能幫助學(xué)生切實(shí)的提高實(shí)驗(yàn)操作能力，但目前的實(shí)際情況確實(shí)學(xué)生只能親自處理實(shí)驗(yàn)中最簡(jiǎn)單也最缺乏意義的部分，如儀器的擺放以及實(shí)驗(yàn)后的一起整理，至于最重要的樣品器檢測(cè)部分，學(xué)生只能充當(dāng)教師操作實(shí)驗(yàn)的觀賞者，基本得不到實(shí)戰(zhàn)的機(jī)會(huì)，無(wú)法親身參與實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)課意義也就難以受 到保證。為了解決這些問(wèn)題帶給學(xué)生的困惑，就必須要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，此虛擬平臺(tái)可應(yīng)用于各類(lèi)學(xué)校的物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新課題以及科研課題等教學(xué)環(huán)節(jié)，把原來(lái)由于設(shè)備不足，標(biāo)準(zhǔn)品昂貴及實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限而導(dǎo)致學(xué)生不能開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)全部開(kāi)放，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探索、反復(fù)訓(xùn)練，真正達(dá)到理論教學(xué)與實(shí)踐技能教學(xué)真正統(tǒng)一的目標(biāo)。

（2）物理實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)之虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建目標(biāo)。虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)也是各類(lèi)學(xué)校的物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革過(guò)程中所必須要做的一種全新嘗試。這種實(shí)現(xiàn)四個(gè)相應(yīng)的目的：第一，更加深入的貫徹直觀性的教學(xué)原則，將抽象的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)或者視頻內(nèi)容，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化理解，困難的實(shí)驗(yàn)操作步驟條理的掌握。第二，大目的就是要求教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，充分利用虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)向?qū)W生傳達(dá)更多的學(xué)習(xí)資源，突破原來(lái)的學(xué)習(xí)局限性，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。以傳統(tǒng)的課堂理論學(xué)習(xí)和模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不斷地追求現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在改革中一步步地走向完善是現(xiàn)代物理學(xué)科發(fā)展中的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革目標(biāo)。在這不斷嘗試的過(guò)程中，教師必須要借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)向?qū)W生展示更加深入的數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)。在授課的過(guò)程中，教師也應(yīng)該積極向?qū)W生展示先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義以及會(huì)對(duì)他們未來(lái)踏入工作生活中的影響，從而讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中更加具有目的性和計(jì)劃性，使得儀器的應(yīng)用意義和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力都得到同步的提升。

三、結(jié)束語(yǔ)

物理學(xué)科的發(fā)展也是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展的一支重要力量，同時(shí)它也是改變我們生活的重要推動(dòng)者。隨著科技水平的不斷提高，社會(huì)各界開(kāi)始廣泛關(guān)注數(shù)字化的生活方式以及工作方式，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不例外。為了讓物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在踏入工作生活之后能夠妥善的物理實(shí)驗(yàn)操作問(wèn)題，學(xué)校從現(xiàn)在開(kāi)始就必須要在的他們的實(shí)驗(yàn)操作課程中進(jìn)行數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，這都是從數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義方面開(kāi)始考慮的。

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