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基于虛擬化儀器的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

2014-09-02 08:47陳建軍胡彥婷木拉提·哈米提
考試周刊 2014年53期
關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐能力虛擬化

陳建軍 胡彥婷 木拉提·哈米提

摘 要: 文章針對(duì)當(dāng)前非物理專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所面臨的各種問題和挑戰(zhàn),采用虛擬軟件培養(yǎng)的方式,使學(xué)生快捷地認(rèn)識(shí)和熟悉物理實(shí)驗(yàn)的流程,進(jìn)一步加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程的了解和掌握,增強(qiáng)對(duì)相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐動(dòng)手能力,最終以虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞: 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 虛擬化 教學(xué)方式 實(shí)踐能力

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,社會(huì)各行各業(yè)對(duì)有較強(qiáng)創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力的綜合類人才的迫切需求和此類人才數(shù)目的巨大缺口之間的矛盾越發(fā)突出[1]-[3]。高等院校肩負(fù)為社會(huì)輸出大量合格人才的主要責(zé)任,因此,對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)近年來越來越受到各高校的重視[4]-[5]。實(shí)驗(yàn)是大學(xué)理工農(nóng)醫(yī)等學(xué)科教育的重要環(huán)節(jié),是提高學(xué)生動(dòng)手能力,培養(yǎng)創(chuàng)造能力和綜合素質(zhì)的最有效手段之一。醫(yī)用物理實(shí)驗(yàn)是我校學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后首先遇到的一門系統(tǒng)全面的實(shí)驗(yàn)課程,且作為醫(yī)科類學(xué)生必修的基礎(chǔ)類實(shí)踐課程,毫無疑問在學(xué)生的培養(yǎng)實(shí)踐環(huán)節(jié)方面處于重要地位,它不僅可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,更重要的是可以使學(xué)生獲得基本的實(shí)驗(yàn)知識(shí),在實(shí)驗(yàn)方法和技能方面得到較系統(tǒng)、嚴(yán)格的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

二、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所涉及的問題

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心是我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,承擔(dān)全校醫(yī)學(xué)專業(yè)類學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。我校醫(yī)用物理實(shí)驗(yàn)課程仍基本沿用傳統(tǒng)模式,在課程實(shí)施中存在一些問題,影響了教學(xué)效果。

1.作為專業(yè)醫(yī)學(xué)類院校,我校醫(yī)用物理實(shí)驗(yàn)課程覆蓋面很廣,涉及臨床、檢驗(yàn)、影像、公共衛(wèi)生等近十個(gè)專業(yè)方向的學(xué)生,這些學(xué)生的理論基礎(chǔ)、動(dòng)手能力和對(duì)知識(shí)的接受能力參差不齊,這對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)提出了很大挑戰(zhàn)。盡管在教學(xué)過程中,我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)的難易程度對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行分類教學(xué),但這種劃分并不能完全解決上述問題。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)仍采用傳統(tǒng)模式,即老師在黑板上先講述實(shí)驗(yàn)原理,再結(jié)合一定實(shí)驗(yàn)操作給學(xué)生介紹實(shí)驗(yàn)儀器、相關(guān)步驟、注意事項(xiàng),等等。對(duì)于一些比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),比如示波器的基本操作等,由于學(xué)生理論基礎(chǔ)普遍相對(duì)薄弱,實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)很復(fù)雜,采用傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生的知識(shí)接受度不足以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。

3.雖然我校已加大了實(shí)踐環(huán)節(jié)的資金投入,但這種有限的投入很難滿足試驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴、更新速度快的要求。由于實(shí)驗(yàn)儀器長期高負(fù)荷運(yùn)作,損耗率較高,實(shí)驗(yàn)器材老化嚴(yán)重,影響了正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的開展。

三、虛擬化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

針對(duì)暴露出來的這些問題,我們?cè)趯W(xué)校相關(guān)教改項(xiàng)目的支持下,已進(jìn)行了一定的探索和研究。近年來,隨著虛擬儀器技術(shù)的迅猛發(fā)展,我們逐漸關(guān)注到其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的顯著優(yōu)勢(shì)。

虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下:

1.成本低廉。虛擬儀器的價(jià)格低廉,是傳統(tǒng)儀器的10%~20%。虛擬儀器的結(jié)構(gòu)是基于軟件體系的,不像傳統(tǒng)儀器的硬件存在器件老化及溫度變化的問題,從而延長設(shè)備的使用壽命,也可以節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

2.靈活性大。傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)自身封閉、功能固定、可擴(kuò)展性差,而虛擬儀器可由用戶(學(xué)生或老師)自行定義功能模塊,大大增強(qiáng)了其靈活性。而且任何計(jì)算機(jī)技術(shù)的提升皆可及時(shí)提高虛擬儀器的功能。

3.數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大。虛擬儀器可方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、存儲(chǔ)和打印,這是傳統(tǒng)儀器無法做到的。

4.測(cè)量精確。傳統(tǒng)儀器受系統(tǒng)誤差的影響,不同儀器之間個(gè)體差異較大,加之觀察者自身因素等往往會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,而虛擬儀器在PC機(jī)上運(yùn)行,不同的PC機(jī)上運(yùn)行具有相同的效果,測(cè)量誤差很小。

5.界面生動(dòng)直觀,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。容錯(cuò)性強(qiáng),內(nèi)核基于軟件,即使學(xué)生操作失誤也不容易對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器造成損壞。

由于虛擬儀器技術(shù)具有以上優(yōu)點(diǎn),因此可將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,構(gòu)成虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。目前,我們已基于Labview開發(fā)出一款虛擬示波器用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,該虛擬示波器集成了信號(hào)發(fā)生器模塊和示波器探測(cè)模塊,能夠模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要求學(xué)生掌握的示波器的主要功能。該虛擬示波器已封裝為exe執(zhí)行文件,學(xué)生可以在任何一臺(tái)電腦安裝運(yùn)行,通過在電腦上進(jìn)行模擬操作,結(jié)合書本預(yù)習(xí)課前就能掌握示波器的基本操作方法,從而大大激發(fā)學(xué)生在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)自主學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力。

四、結(jié)語

我們嘗試把虛擬示波器用于多媒體教學(xué)過程中,通過直觀演示,學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受度大大提高,強(qiáng)化了教學(xué)效果,減輕了教學(xué)負(fù)擔(dān)。當(dāng)然,我們目前做的工作才剛剛起步,下一階段,我們將會(huì)針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容針對(duì)性地開發(fā)相應(yīng)的虛擬儀器,并對(duì)其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的方法和手段進(jìn)行積極探索。我們希望最終能夠開發(fā)出一套系統(tǒng)化、模塊化的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力,進(jìn)而培養(yǎng)出更適合社會(huì)需要的棟梁。

參考文獻(xiàn):

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年).新華社北京,2010年7月29日電.

[2]王勇,梅忠義.問題與對(duì)策:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討.湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(4).

[3]鄧曉冉,楊帥.淺談大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2009,22(1).endprint

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