遠(yuǎn)程大學(xué)物理實驗系統(tǒng)開放性實驗現(xiàn)代物理實驗技術(shù)系

1、摘要 本文闡述了發(fā)展教育技術(shù)，營造多元化教學(xué)模式的必要性，并且具體闡述了大學(xué)物理仿真實驗，遠(yuǎn)程大學(xué)物理實驗系統(tǒng)、開放性實驗、現(xiàn)代物理實驗技術(shù)系列講座和“物理學(xué)史的啟迪“等課程教學(xué)模式的研究與實踐。關(guān)鍵詞 教育技術(shù) 多元化教學(xué)模式 仿真實驗 遠(yuǎn)程教學(xué) 開放實驗引言當(dāng)前我國正面臨大學(xué)從精英教育向大眾教育的改革,這對教育事業(yè)的發(fā)展帶來了機(jī)遇，同時也面臨著新的挑戰(zhàn)。學(xué)校擴(kuò)大招生必然會引起從設(shè)備到師資各種教學(xué)資源的緊張，在這樣的形勢和環(huán)境中如何進(jìn)一步提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量是擺在我們面前急待解決的問題。教育資源的缺乏是長期困擾教學(xué)質(zhì)量提高的難題，也是教學(xué)改革發(fā)展的瓶頸。隨著時代的發(fā)展，科技進(jìn)步對教育提出越

2、來越高的要求，對人才的創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)是一種趨向個性化的教學(xué)，需要比普通公共教學(xué)占用更多的教學(xué)資源，這些矛盾只能通過發(fā)展教育技術(shù)、創(chuàng)新教育手段來解決。近幾年來，我們從面向21世紀(jì)科技發(fā)展和人才科學(xué)素質(zhì)需求的角度來考慮，對物理實驗教學(xué)的課程體系、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了全面改革。建立了能適合當(dāng)代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有深厚基礎(chǔ)知識的創(chuàng)造性人才的教學(xué)新體系；選擇了與當(dāng)代教育思想和高科技成果相融合教學(xué)內(nèi)容；同時發(fā)展教育技術(shù)改革了傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段的單一模式，以滿足不同層次的學(xué)生獨立進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的需求，采用CAI、Internet網(wǎng)等現(xiàn)代教學(xué)手段，改善教學(xué)條件，營造多元化的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動

3、性，提高了物理實驗的教學(xué)水平。本文著重闡述創(chuàng)建的多元化的教學(xué)環(huán)境和模式。大學(xué)物理仿真實驗和教學(xué)模式大學(xué)物理實驗教學(xué)作為大學(xué)生在進(jìn)校后的第一門科學(xué)實驗課程，不僅應(yīng)讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是要培養(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)系實際、分析和解決實際問題的能力，特別是與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力，因而實驗教學(xué)應(yīng)該面對時代的發(fā)展，科技進(jìn)步的新趨勢和新挑戰(zhàn)，不斷有所創(chuàng)新。但是實際實驗教學(xué)中，由于實驗學(xué)時的限制，往往無法滿足學(xué)生自己設(shè)計實驗參數(shù)，完成實驗；另一方面，隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)在實驗設(shè)備中的應(yīng)用和一些較復(fù)雜和精密的

4、實驗儀器在實驗中的使用，學(xué)生常常無法了解儀器的設(shè)計原理和運行機(jī)理，因此學(xué)生往往在老師設(shè)計好的實驗條件下完成了實驗，并沒有掌握實驗的設(shè)計思想、實驗方法和應(yīng)有的實驗技能。一方面，實驗教學(xué)資源和經(jīng)費還緊缺，另一方面，已有的有限的教學(xué)資源沒有發(fā)揮其最大潛力和作用。因此，我們將人工智能和控制理論和多年來許多專家、教師實驗教學(xué)的經(jīng)驗相結(jié)合，研制和開發(fā)了一批物理教學(xué)軟件。其中，96年我們在國際上首創(chuàng)開發(fā)出第一套仿真實驗教學(xué)軟件；98年升級為Windows版本，在規(guī)模和虛擬技術(shù)水平上得到進(jìn)一步提高和完善。近年來我們又推出了大學(xué)物理虛擬實驗的Internet網(wǎng)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，并且 結(jié)合與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的物理實

5、驗內(nèi)容和實驗技術(shù)發(fā)展了其規(guī)模和水平。對大面積提高物理實驗的教學(xué)水平，起了一定的作用；在國際和國內(nèi)物理教學(xué)界都產(chǎn)生了較大的影響，得到了廣泛應(yīng)用和贊揚。它的意義主要在如下三個方面：n 開創(chuàng)了物理實驗教學(xué)的新模式，該成果利用計算機(jī)把實驗設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容（包括理論教學(xué)）、教師指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者的思考、操作有機(jī)融合為一體，形成一部可操作的活的教科書，為物理實驗改革提供了有力工具，同時克服了實驗教學(xué)長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸；n 實現(xiàn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的結(jié)合：將實驗的原理、思想、方法和應(yīng)用與仿真軟件的虛擬實驗儀器、實驗環(huán)境相結(jié)合，將理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機(jī)的融為一體。學(xué)生可以

6、在學(xué)習(xí)物理概念、思想、方法的基礎(chǔ)上，有目的的去設(shè)計實驗，完成實驗；又能通過實驗深化對物理概念、思想的理解。利用仿真實驗，在同一個界面上實現(xiàn)理論與實驗的互動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。n 實現(xiàn)與真實實驗相結(jié)合的二段、三段式等的教學(xué)模式：對一些難度高、復(fù)雜的實驗，學(xué)生在通常的34個學(xué)時內(nèi)對實驗設(shè)備原理、使用方法、實驗的設(shè)計原理、實驗方法難以仔細(xì)消化，對實驗中所遇到的現(xiàn)象也很難通過短時間分析建立起認(rèn)識，因此復(fù)雜的實驗不能容許學(xué)生自行設(shè)計實驗參數(shù)，反復(fù)調(diào)整后，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果。針對這些問題，我們采用虛擬實驗、遠(yuǎn)程教學(xué)（在校園網(wǎng)上完成虛擬實驗）與實際實驗相結(jié)合的二段、三段式等的教學(xué)模式，使

7、學(xué)生在課堂外可充分消化實驗內(nèi)容，在課堂內(nèi)獨立完成實際實驗，有充分的思考與分析的時間，使學(xué)生真正受益，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量和水平。大學(xué)物理遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)和教學(xué)模式大學(xué)物理仿真實驗為網(wǎng)絡(luò)教育最難實現(xiàn)的遠(yuǎn)程實驗教學(xué)開創(chuàng)了一種新的方法和途徑。為使實驗教學(xué)在時間和空間上得到延伸；同時實現(xiàn)網(wǎng)上師生間、學(xué)生間的實時交互教學(xué)，我們建立了大學(xué)物理虛擬實驗的Internet網(wǎng)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，在教學(xué)中取得了很好的教學(xué)效果。大學(xué)物理虛擬實驗遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1 大學(xué)虛擬物理實驗遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。開放式教學(xué)模式為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、滿足他們的求知和創(chuàng)新欲望，如何進(jìn)行開放性教學(xué)模式是物理實驗教師努力探索和研究的課題，并已經(jīng)積累了一些成績，但是總體上來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)、求知和創(chuàng)新的欲望。為此，在多年實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)上，我們努力實現(xiàn)物理實驗課程全方位向?qū)W生開放，即實現(xiàn)對學(xué)生選課開放、實驗內(nèi)容開放、實驗時間開放;教學(xué)模式、考試方式開放。這種全面開放的形式，能在最大程度上調(diào)動學(xué)生的主動性，適應(yīng)于不同層次的學(xué)生的需求。實現(xiàn)這樣的目標(biāo)必須以多元化的教學(xué)環(huán)境，豐富的實驗教學(xué)內(nèi)容為依托，有靈活方