大學物理實驗網絡系統(tǒng)的建設對加強學生學習的能動性研究

摘 要：本文從需求方面提出建設大學物理實驗網絡系統(tǒng)的必要性，從技術方面提出建設大學物理實驗網絡系統(tǒng)的可行性，并詳細地闡述大學物理實驗網絡系統(tǒng)的建設對學生學習的能動性。

關鍵詞：大學物理實驗 網絡系統(tǒng) 建設 能動性

隨著計算機價格成本的下降和網絡技術的成熟發(fā)展，高等教育的模式也出現了新的變化，將計算機網絡系統(tǒng)和學科建設結合起來，成為教學改革的重要發(fā)展方向。目前應用廣泛且取得比較成功是大學物理實驗的網絡系統(tǒng)。大學物理實驗網絡系統(tǒng)就是將計算機網絡輔助教學系統(tǒng)應用在大學物理實驗教學的各個環(huán)節(jié)過程中。大學物理實驗網絡系統(tǒng)的建設不僅提高了教學質量和教學效率，還節(jié)約了大量的設備經費投入，對加強學生學習的自覺性、主動性都起到了積極的作用。

一、大學物理實驗網絡系統(tǒng)建設的必要性

自1999年全國高等院校擴大招生以來，我國高等教育事業(yè)得到迅猛發(fā)展，短短幾年，我國的高等教育事業(yè)已經由精英教育走向了大眾教育。這種變化不僅給我國的高等教育事業(yè)帶來極大的機遇，也帶來了巨大的挑戰(zhàn)，尤其在如何保證高等教育的質量問題上顯得非常突出。擴大招生以后，大學物理實驗教學面臨的主要問題有：

1. 師資與設備問題

高校擴大招生后，學校的師生比迅速擴大，各個學校都面臨著師資短缺問題，尤其是像大學物理實驗這類公共基礎實驗課程，教師的教學和管理工作量同比顯著加大，許多教師的年教學工作量由以前的300學時左右上升到800學時以上。在設備方面，教育部規(guī)定大學物理實驗基礎教學必須保證滿足每人一組設備的臺套數，在高校擴招后，雖然各個學校都在加大實驗設備經費投入，但這種投入的速度遠遠落后于招生速度的增長，還有實驗室的使用面積也存在不足。

2. 教學模式方面

傳統(tǒng)的大學物理實驗的教學模式是先由學生按照教材預習，寫出預習報告，再由教師講解、演示，學生按照教師要求和教材中的實驗步驟操作，在現成的表格內填上測量數據，算出實驗結果。課前預習是非常重要的環(huán)節(jié)，預習的效果直接影響學生的課堂實驗教學。然而，由于上課人數多及實驗儀器、場地和師資等教學資源的限制，大學物理實驗室沒有時間接待學生進行課前預習，學生只能通過閱讀實驗教材和相關資料進行預習。在預習過程中由于學生接觸不到實驗儀器，大部分學生在寫預習報告時基本上是對照教材進行復制，對實驗目的及意義模糊不清，多數學生認為預習實驗極其枯燥無味，不容易通過實驗教材完全建立感性認識，預習質量很難掌控，預習水平無法得到保證。課堂上由于多數儀器具有的封閉性和不可見性，以及教學時間的限制，使有些實驗內容很難講透，學生也不能多次重復去做同一個實驗，教學方法機械單一，因此整個實驗的教學質量難以得到有效和可靠的保證。

3. 教學管理方面

高校擴招后，學習各類實驗課程的學生數量激增，同時由于選修課的增加，學生公共時間很少，給實驗排課帶來很大的困難。物理實驗室的教學和教學管理人員明顯不足，實驗的工作負荷不斷增長，教師從早到晚忙于教學，非常疲勞，影響了教師的工作積極性；另外由于同一學生的成績在不同教師手中，期末學生的成績匯總、評定成為一個難題；再有，對學生的實驗進度無法掌握，個別學生不能按時完成任務，造成不必要的麻煩。

將計算機網絡系統(tǒng)引入大學物理實驗教學管理中，不僅可以節(jié)約大量的設備經費投入，節(jié)省實驗室使用面積，還可以進行教學資源共享，將教師和管理人員從繁重的日常管理和重復的教學中解放出來。使用計算機網上選課系統(tǒng)，學生可以在實驗室開放的時間，根據實驗室提供的條件，有選擇地預約登記上課。這一方式有效地解決了實驗資源與公共時間的矛盾，體現了以學生為中心、以學生發(fā)展為本、教育的人性化和學習的個性化的新的教育教學理念，因此受到學生們的普遍歡迎。實驗管理的網絡化可以使教師和學生隨時了解和掌握實驗進程和相關信息。學生們還可以通過計算機網絡系統(tǒng)進行課前學習，觀察實驗模擬演示，有針對性地進行實驗訓練。

二、大學物理實驗網絡系統(tǒng)建設的可行性

隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和網絡技術的日益成熟完善，通過網絡進行學習不僅成為可行，而且得到絕大多數機構和個人的青睞。Internet已經將全球聯系在一起，許多地方和單位部門還建有自己的局域網，網絡共有、信息共享已經成為當今的時尚，教育尤其是高等教育更應體現出這種潮流。

基于計算機網絡技術的大學物理實驗系統(tǒng)就是利用計算機及多媒體技術進行大學物理實驗教學和管理，目前開發(fā)的大學物理實驗網絡系統(tǒng)的技術非常成熟，主要有Web技術、CGI技術、Asp技術、Java技術、Flash技術、VC++技術和VRML技術等，考慮到滿足大學物理實驗的教學需求和當前最流行的網絡系統(tǒng)技術，我們主要選擇Java技術和Flash技術作為我們開發(fā)大學物理實驗的主要技術。Flash的最新版本MX是專門用來設計交互式多媒體動畫，集“向量繪圖”、“動畫制作”、“交互設計”三大功能于一身的網頁動畫設計軟件，甚至不用撰寫程序，就能夠制作出生動的動畫場面，用戶只需要繪制第一幀和最后一幀畫面就可以了，而且用Flash制作的動畫文件體積非常小，非常適用于網絡系統(tǒng)。對于不太復雜的大學物理仿真實驗我們用Flash技術進行制作，比較復雜的仿真實驗我們采用Java技術進行編程。Java以其與平臺無關性、安全性能強、語音簡潔，同時是面向對象的，在網絡編程中具有很大的優(yōu)勢。Java提供許多的類，通過對這些類的封裝和繼承，可供編程人員反復利用，程序員只需把主要精力用在類和接口的設計應用上，另外，Java可以建立在擴展的TCP/IP網絡平臺上，其庫函數提供了HTTP和FTP協(xié)議傳送和接受信息的方法，使得程序員使用網絡上的文件非常容易。

系統(tǒng)的結構模式采用基于Web方式的B/S三層體系結構，采用這種系統(tǒng)結構，用戶只需通過瀏覽器向分布在網絡上的服務器發(fā)出請求，服務器對瀏覽器的請求進行處理，將用戶所需信息返回到瀏覽器即可實現雙向交互。B/S結構簡化了客戶機的工作，客戶機上只需配置少量的客戶端軟件，服務器則擔負更多的工作，數據庫的訪問和應用程序的執(zhí)行在服務器上完成，瀏覽器發(fā)出請求，而其余如數據請求、加工、結果返回以及動態(tài)網頁生成等工作全部由Web Server完成。這種結構不僅把客戶機從沉重的負擔和不斷提高性能的要求中解放出來，也把技術維護人員從繁重的維護升級工作中解脫出來，而且這種三層結構在層與層之間相互獨立，任何一層的改變不會影響其它層的功能，可移植性強，為系統(tǒng)升級和與其它系統(tǒng)相連留有足夠的空間。大學物理實驗網絡系統(tǒng)的模式結構如圖1。

系統(tǒng)實現有網就可以登錄瀏覽，后臺數據庫比較安全，仿真技術、非視頻的流媒體，占用的網絡帶寬資源很小，可以承受的并發(fā)數達千個以上；物理仿真實驗圖文并茂、如臨其境，學生可以在遠程計算機上進行交互式操作，實現了真正意義上的實驗仿真；不僅學生可以在本系統(tǒng)進行學習和預習，教師還可以根據學生的日志和預習的過程對學生進行合理和有效的評價，從而指導學生的實驗學習；系統(tǒng)不僅可供本校師生使用，還可以對兄弟院校進行開放。

三、大學物理實驗網絡系統(tǒng)的建設對學生學習的能動性

大學物理實驗教學的最終目的不僅要求學生們掌握物理實驗的基本知識，而且要通過傳授物理實驗知識，使學生們掌握物理實驗的學習方法，提高學生們獨立的觀察問題、分析問題和解決問題的能力，能夠理論聯系實際，具有終身學習的能力，勤于思維、勇于創(chuàng)新，做一個既掌握科學方法，又具有科學精神、科學態(tài)度，勇于為祖國而獻身的工程技術人才。然而由于我國的現行的高考制度，使得中學的教育與高考升學緊密結合，教學過程中必然產生急功近利的思想，圍繞在升學考試中如何得到高分進行教學，忽視教學活動中的規(guī)律和方法，學生圍繞教師轉，教師圍繞考試轉。進入大學后，由于學生們的思維多數已被定勢，往往還是離不開教師，大學物理實驗網絡系統(tǒng)的建設就是要改變這種固有的教學模式，改變傳統(tǒng)的教學管理手段和教學方式，實現大學物理實驗教學理念的回歸。

1. 培養(yǎng)學生的自主管理和自主學習能力。

大學物理實驗教學采用學生自主網上選課系統(tǒng)，課程安排不再由學校統(tǒng)一安排，由學生們根據自己的能力、專業(yè)、興趣和學習風格等特點來選擇實驗時間、實驗內容和實驗項目，由計算機網絡系統(tǒng)根據教師提供的實驗項目實驗時間及學生們的選課情況自動生成課程表，學生按照要求在網上進行實驗前的預習準備，補充擴展相關理論知識，另外，學生還可以根據自己的實際需要選取不太容易理解的內容進行反復觀察和學習，在網絡系統(tǒng)上模擬仿真實驗的整個過程。通過上述活動，有利于培養(yǎng)學生獨立的自主管理和自主學習能力。

2. 激發(fā)學生的學習興趣和提高學生學習的主動性。

大學物理實驗網絡系統(tǒng)中的動畫仿真生動直觀，操作簡單快捷，學生們通過仿真模擬實驗的過程，可以了解實驗內容、實驗儀器、組件名稱和功能，觀察實驗模擬演示，即使有些實驗無法通過實際操作觀察到每一個過程，比如光學實驗，光路是無法實際觀察到的，但是，通過計算機模擬顯示觀察到光路的動畫效果，可以激發(fā)起學生們的學習興趣，為實際操作提供了完整的思路，可以給學生建立起一個很大的想象空間，記錄模擬實驗過程中發(fā)現的問題，帶著問題在實際操作中去解決。這樣通過模擬過程分析，再通過實際操作解決問題，既可以達到實驗目的，又調動了學生的主觀能動性。

3. 加強學生的動手能力和理論聯系實際的能力。

大學物理實驗是學生進入高等院校以后最先接觸到的一門實驗課程，要求學生們不僅要掌握大學物理實驗的最基本的知識，更重要的是要學會如何學習實驗這門課程。實驗課程與理論課程的學習方式、手段、過程等方面都截然不同，需要嚴格按照流程進行，我們大學物理實驗網絡系統(tǒng)中的模擬仿真就是嚴格按照實驗步驟和實驗流程進行演示的，同樣要求學生們在真實的實驗過程中按照實驗步驟和流程進行操作，將書本上的文字要求和網絡上的實驗流程轉化為具體的實驗步驟，從而將理論和實際結合起來，提高學生們的動手能力。

4. 轉變教學觀念，回歸教育理念。

高等院校的教學活動由于擺脫了應試教育的模式，可以全面推行素質教育，所以大學物理實驗的教學活動便不再是一種基于知識的傳授，而可以做為一種思維訓練過程。我們在教學中應更加重視講授大學物理實驗的發(fā)展思想和研究方法，強調大學物理實驗的歷史性、整體性、思想性以及人文性，側重于將物理學家在科學研究和實踐過程中形成的一整套獨特而卓有成效的思想方法體系傳承下去。事實表明，這些思想和方法不僅對物理學本身具有價值，而且對整個自然科學，乃至社會科學的發(fā)展都有著重要的貢獻。

四、結束語

我院的大學物理實驗網絡系統(tǒng)是2006年9月建設完成并投入運行的，系統(tǒng)運行之前，我們物理實驗室開出的基礎性實驗項目開出是18個，設計性實驗項目0個，系統(tǒng)運行之后我們開出的基礎性實驗項目是32個，設計性實驗項目6個。通過對系統(tǒng)運行前的04級學生和系統(tǒng)運行后的06級學生進行抽樣問卷調查，我們看出：對大學物理實驗感興趣的學生比例由35.6％上升到78.2％，學習大學物理實驗課程后收獲比較大的比例由28.6％上升到76.3％，學會使用基本儀器卡尺的學生由40.1％上升到89.2％，在楊氏模量實驗中從望遠鏡中調試出標尺的平均時間由75分鐘下降到45分鐘，對實驗教師測評的滿意率也由80.4％上升到90.2％。由此我們可以得出，大學物理實驗物理系統(tǒng)的應用對于提高學生們的學習興趣、加強學生的動手能力和理論聯系實際的能力有著很大的幫助，有利于培養(yǎng)學生學習的獨立性和自主性，有利于轉變高等院校的教學觀念，給大學物理實驗的教學注入了新的生機與活力，為多元化開放式實驗教學提供了有力的保障，大學物理實驗網絡教學系統(tǒng)的建設是現代化大學物理實驗室的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

［１］季青.利用計算機改革傳統(tǒng)實驗教學模式的探索.實驗室科學，2007.10.

［２］楊強，金貞姬.構建我效大學物理虛擬實驗網絡教學平臺的研究.長春大學學報，2007.8.

［３］孫吉紅，戰(zhàn)延謀，花飛.基于Web的物理虛擬實驗系統(tǒng)的設計.實驗室研究與探索，2006.3.