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)。基于此，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)周圍的世界充滿無(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本以外的知識(shí)和見識(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)，也開始被應(yīng)用在社會(huì)的各行各業(yè)中，各類學(xué)校也陸續(xù)的引進(jìn)這類儀器，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)用于各類學(xué)校的物理學(xué)科專業(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)生不能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)全部開放，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)也是各類學(xué)校的物理學(xué)科專業(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)的意義方面開始考慮的。

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