基于计算机网络技术大学物理实验教学模式的探索和实践

徐朝辉,宋红权,吴定允

(周口师范学院,河南周口 466001)

基于计算机网络技术大学物理实验教学模式的探索和实践

徐朝辉,宋红权,吴定允

(周口师范学院,河南周口 466001)

从大学物理实验教学的实际出发,提出了基于计算机网络技术的新的大学物理实验教学模式。

大学物理实验;计算机网络技术;教学模式;创新能力

随着多媒体信息技术在日常生活中的普及,计算机及网络技术在物理教学中的地位越来越明显,学生的动手能力以及对计算机的操作能力也是用人单位择人的重要依据。目前,绝大部分物理实验室具备了计算机和网络技术的先进手段,但在实验教学以及实验室管理上仍采取传统的教学管理模式,这样不仅影响了物理实验上课的效率,而且使得计算机以及网络技术等先进教学资源得不到充分的应用,不能发挥多媒体教学的优势。在此背景下,原有的物理实验教学模式以及实验室管理模式都面临新的挑战,探索研究新的实验教学模式势在必行[1-5]。

1 基于计算机网络技术大学物理实验教学模式

大学物理实验课与理论课既有联系又有其独有的特点。大学物理实验课以现象所包含的物理内容为研究对象,但它的着重点不是物理内容为中心,而是实验方法和实验技能的训练。大学物理实验不依附于大学物理理论,大学物理实验所需的理论可能大学物理理论课还没讲到,所用实验仪器的工作原理和使用方法理论上更是没有涉及。大学物理实验项目又具有其独立性,不仅实验内容,实验方法不同,涉及到的领域也也可能有较大的差别。当前我们必须充分利用计算机和网络技术,充分利用最多的教学资源,提高教学效率,改革传统的教学模式。基于计算机网络技术大学物理实验教学模式主要包括以下内容:

1.1 建立三级双循环的教学方法

所谓“双循环教学”就是将实验预备知识的讲解和实验操作分为两个环节循环进行。即将每学期的实验课程若干论,每轮包括两个或多个实验项目。对于每轮实验,先拿出该轮实验三分之一的课时(如2课时)集中进行实验预备知识的学习,对实验任务,实验方法等进行集中的讲解,然后留出学生讨论和答疑的时间,以便巩固所学知识,为学生课外预习实验打下良好的理论基础,学生结合虚拟实验室在课外撰写包括实验原理,实验步骤,所用仪器等内容的预习报告,经教师审查合格后,然后再分批进行实验操作。在学生操作过程中,教师不再实验进行讲解,只进行针对性的,符合学生个性的指导。在下轮实验预备知识的讲解中,增加上轮实验的小结和讲评根据实验报告和教学情况,讲解存在的问题和实验要求,根据实际情况改进教学方法。所谓“三级”是指在基础实验、综合实验、和设计性实验的教学中采取“牵”、“领”、“放”三级的螺旋上升的教学方法,即基础实验牵着走,综合实验领着走,设计实验放开手,循环渐进地提高学生的创新能力和科学素养。这样做的目的是让学生在了解大量实验仪器使用方法,基本的实验技能以及常用的数据处理方法后,教师引导学生去找物理规律,创新实验方法,进而激发学生的学习兴趣,培养学生的创新能力和科学研究能力。

1.2 建立数字化物理实验室

数字化实验室的建设主要包括两个方面:其一,在互联网上建立实验室尽可能详尽的资料的电子信息档案,便于学生进行实验操作之前的预习和撰写预习报告。其二,建立师生互动平台即留言板或论坛,以便于师生之间的交流以及及时反馈学生对实验室管理和教师教学的建议和意见。数字化实验室的建设是三级双循环教学顺利开展以及提高大学物理实验课授课质量的保证,是教学过程和现代科学技术相结合进而提高学生创新和自主能力的保证。

1.3 实验现象的计算机仿真模拟及虚拟实验仪器的研究

主要包括两个方面内容:第一,实验现象的计算机模拟。就是根据根据物理现象或过程的特性,按照一定数学规律用计算机程序语言模拟物理现象实际的运行情况,并依据大量的模拟结果对物理现象或过程进行定量分析。相对于传统实验手段来说,计算机模拟具有成本低、时间短、重复性高、灵活性强等优点。特别对于一些科研经费不充足,实验仪器更换率低地方性大学,运用模拟技术可以让学生在低成本的条件下,从事最前沿的科学技术实验研究。第二,对虚拟仪器的研究。由于一些精密的仪器容易损坏,损坏以后不及时补充,这样就会影响正常的教学进度,如果能在实验过程中通过传感器以及计算机仿真技术模拟一些仪器,就可以节省实验成本,提高实验精度,缩减实验规模等。

1.4 多样化的考核方法

鉴于传统考核方法虚多于实,在新的实验教学模式下应该采取更科学的考核方法。新的考核方法包括平时成绩与期末考核成绩两项其中平时成绩占60%,期末考核成绩占40%。平时成绩包括预习报告成绩,平时操作成绩,实验报告成绩三项。为了防止学生在预习过程中预习报告相互抄袭,可以在网上建立实验预习检测系统,学生随机在系统中抽取若干与实验相关的问题,并回答,所得分数通过网络记录到数据库,作为实验成绩的一部分,以检验学生的实验预习质量。期末考核成绩包括以下内容:(a)操作考核。主要是从已做实验中随机抽取一个,按一定的要求用适当的实验设备测量所要求的数据,并处理及分析实验结果。(b)实验现象的计算机模拟。学生自选一些简单的物理现象进行计算机模拟,这是检测学生对物理规律和计算机应用能力的一个重要环节。(c)实验答辩。学生随机抽取一个实验,由数位有教学经验的教师作为评委,学生要根据评委的要求回答所提问题。(d)闭卷理论考核。每学期出若干套试卷,包括本学期所完成所有实验。目的是检验学生平时做实验所获取的基本知识,包括实验原理,仪器规程,实验方法,数据处理及分析和实验的应用等。(e)开卷理论考试。一般出若干个学生没有做过,但学过该基本知识的设计性实验,实验室关闭后提前告诉学生,提前10分钟抽签或教师指定操作的题目任做,目的是检验学生本学期的实验综合能力。以上实验方法可以根据实验课的具体课时选则其中若干个,项目选择越多,就越能检测学生的真实水平。

2 新教学模式的实践与成效

2007年以来,我们对新的教学模式进行了有效的探索与实践,结果显示新的教学模式,既可以消除学生对大学物理实验的畏难情绪,提高学生的学习积极性,又可以大大减少教师上重复课的工作量,形成了教师愿教,学生愿学的良好循环。表1列出了A、B两个班用传统教学模式和新教学模式的教学效果。同时,采用“牵、引、放”的方法,充分实现了因材施教,层次教学的教学目标。在设计性实验阶段,教师组织学生模拟实验仪器,学生在操作过程中不仅掌握了万用表,示波器,信号源仪器等的工作原理,还学到了物理学、电子技术、微机原理,MATLAB以及仪器的焊接、调试等综合知识。物理知识不再使学生感到望而生畏,枯燥无味,激发了学生对物理实验的学习热情。到目前为止,教师和学生共模拟、研制了30多种实验仪器,有些还填补了市场的空白。

表1 传统教学模式和新教学模式教学效果对比

3 结 论

基于计算机网络技术的教学模式较好地解决了大学物理实验课独立开课存在的问题,提高了实验教学效果,尤其满足了地方本科院校实验教学的需要,使大学物理实验真正成为独立于理论课的课程,提高了学生的创新实践能力。同时,由于新的教学模式是现代化教学手段的反应,因此对教师的理论水平和计算机应用能力提出了新的挑战,促进了教师教学质量和教学水平的提高。

[1]李林;施芸城;钟宏杰.物理实验课不同考核方式的改革与实践——操作考试的积极效应最为明显[J].大学物理,2010,30(2):43-46.

[2]季诚响;赵莉丽;杨小静.在物理实验教学中培养学生创新能力的探讨[J].大学物理实验,2010,30(1):80-82.

[3]肖文波;何兴道等.大学物理实验教学与创新能力培养的讨论[J].大学物理实验,2010,30(1):83-85.

[4]高宏;郭文阁等.综合设计型物理实验公选课的实践与体会[J].大学物理实验,2010,30(2):97-99.

[5]王长春;宛明高.注重实验教学改革培养学生创新能力[J].大学物理实验,2010,30(3):82-84.

Research and Practice on Pattern of College Physics Experiment Teaching Pattern Based on Technology of Computer and Net work

XU Zhao-hui,SONG Hong-quan,WU Ding-yun

(Zhoukou Normal University,Zhou kou 466001)

A new teaching pattern based o n co mp uter and network was p resented ,f ro m point s of viewof p ractice ,and . In t his new teaching pattern ,dual-circle teaching met hod ,t he digital p hysics lab ,researching,designing and developing of virt ual experiment system of p hysics experiment ,diversified evaluation met ho ds. The p ractices indicate t hat t he new teaching pattern favor imp roving st udent s’st udy interest and innovatio n ability.

technology of co mp uter and network ;college p hysics experiment ;teaching pattern ;innovation ability

G642.0

A

1007-2934(2011)04-0090-03

2011-01-10