王學(xué)軍

【摘要】? 物理實驗的 數(shù)字化是推動物理教學(xué)以及物理專業(yè)學(xué)生發(fā)展的一種必然趨勢，它的突出特點之一，就是能夠幫助實驗者高效地完成難度系數(shù)較大的物理實驗，并對其進(jìn)行一定程度的驗證。因此，人們在進(jìn)行物理實驗或者教學(xué)的過程中會不自覺的傾向于數(shù)字化方向的轉(zhuǎn)變，搜集更加廣泛的實驗數(shù)據(jù)?；诖?，圍繞物理實驗數(shù)字化的教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的方面進(jìn)行了簡要論述。

【關(guān)鍵詞】? 物理實驗 數(shù)字化教學(xué) 資源建設(shè) 應(yīng)用分析

一、物理實驗的教學(xué)現(xiàn)狀

1.教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字化物理實驗這部分內(nèi)容是理論與實踐相結(jié)合的，只有擁有了足夠的理論知識儲備，才能在實驗操作中展現(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)的提高成為評價學(xué)生的主要方面，相應(yīng)的就會要求教師上課過程中要朝向這個方面進(jìn)行努力。因為學(xué)生對數(shù)字化物理實驗理解與認(rèn)識不夠直觀，也就很難將物理學(xué)科的發(fā)展與之結(jié)合起來，高素質(zhì)的實驗操作能力的培養(yǎng)也就會與同學(xué)的生活背道而馳。為此，要在數(shù)字化物理實驗教學(xué)工程中進(jìn)行相應(yīng)的改革。

2.學(xué)生特點

眾所周知，學(xué)生由于年輕也正處在活潑好動、對周圍的世界充滿無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)活動幾乎都是與考試、升學(xué)掛鉤的，屬于自己的課余活動少之又少，甚至是沒有，長此以往，就會形成孩子只會學(xué)習(xí)、考試，而不能接觸到更多的書本以外的知識和見識。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)知識的過程中滿足學(xué)生的好奇心和求知欲就需要學(xué)校以及教師在數(shù)字化物理實驗教學(xué)中進(jìn)行相應(yīng)的改革，以增加學(xué)生的實驗操作機會。

3.課程評價

數(shù)字化物理實驗教學(xué)評價常用的方式是實際操作和理論測試相結(jié)合的方式，然而實際操作會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)、考試時間有限的情況下，這種實際操作方式顯得耗時耗力，不易有效開展，而且理論知識的過分注重對于學(xué)生來說也是沒有多少意義的，更不用說是在數(shù)字化物理實驗教學(xué)的重要課程下。

二、數(shù)字化物理實驗教學(xué)改革探索

1.采用一體化教學(xué)模式，加強課堂管理

在實踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，采用“講授-實踐-再講授”的模式，對于數(shù)理化物理實驗這類理論難度較深，操作較復(fù)雜的課程能夠起到更好的效果。在課前，先有針對性地講解與當(dāng)次實驗相關(guān)的理論知識，如第一次上機，要將理論知識跟學(xué)生講解透徹，保證每個同學(xué)都能理解其中的基本概念并熟悉操作流程。在學(xué)生實驗之前，教師要根據(jù)需要，做好示范操作，實驗過程中，要巡查學(xué)生的實驗操作，在學(xué)生遇到問題時，教師要做的不是簡單的幫助學(xué)生解決問題，更應(yīng)該引導(dǎo)他們積極地反思，針對遇到的問題做出反思和總結(jié)，以吸取經(jīng)驗。需要注意的一點是，由于數(shù)字化物理實驗儀器和工作站操作較為復(fù)雜，當(dāng)堂示范教會往往費時費力，效果不好。比較好的做法是將學(xué)生分為3～4人每個小組，每個小組選出一位學(xué)習(xí)能力較強，有責(zé)任感的同學(xué)擔(dān)任組長，在學(xué)生前兩次實驗課開始之前，教師可以著重花時間輔導(dǎo)各個小組的組長，讓他們掌握操作方法，在正式的實驗過程中，組長可以將操作方法教給組員，教師再來做補充和強調(diào)，這樣課程效率就得到了提高。

2.合理設(shè)置課時，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

要對物理學(xué)科的數(shù)字化物理實驗教學(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，致力于為物理實驗設(shè)置更加科學(xué)、合理、符合實際的實驗課程。但課程的設(shè)置并不是一件隨意且簡單的事情，因為課程的設(shè)置應(yīng)該考慮多方面的因素，例如，學(xué)生對于理論知識的需求、學(xué)生的接受能力、市場對學(xué)生實踐性的要求、學(xué)生的實際學(xué)習(xí)時間、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)科的實驗教學(xué)教師的教學(xué)道具也得到了相應(yīng)的簡化，為學(xué)生呈現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容也因此更加形象、生動、具體以及條理性，這也算是一種數(shù)字化物理實驗教學(xué)的改革嘗試。通過視頻或者清晰的圖片，向?qū)W生展示物理實驗或者理論內(nèi)容，減少了物理專業(yè)老師進(jìn)行實物準(zhǔn)備的工作量，而且學(xué)生對多媒體展示的內(nèi)容印象更加深刻，理解的更為清晰透徹，就算是操作再復(fù)雜、實驗過程再難的實驗，都能被輕松、全面的展現(xiàn)并解說出來，在無形之中就會大大的提高課堂效率。而且，對于一些危險性較大的實驗，通過多媒體進(jìn)行展示，就可以大大的減少實驗對于學(xué)生、對于環(huán)境的威脅性也就變得幾乎不存在了。這就表明，通過多媒體教學(xué)可以大大的提高學(xué)生的實驗操作能力，同時極大地提高教學(xué)效率。

4.采用更加靈活的教學(xué)評價方法

數(shù)字化物理實驗教學(xué)要教給學(xué)生的是要教會學(xué)生不單單是理論知識，更重要的是要教會學(xué)生實驗操作。因此，在評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成績時，實驗操作成績應(yīng)該要比理論知識成績的比重重的多。為了更加公平客觀地評價學(xué)生的實驗操作，可以考慮錄影。這樣就能將學(xué)生在實驗操作過程實時的記錄下來，通過回放錄影以及現(xiàn)場考核等措施結(jié)合起來，就能保證教師評價的公正性，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)識到實驗操作的不足之處，隨著數(shù)字化物理實驗教學(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)字化物理實驗虛擬仿真實驗室

（1）數(shù)字化物理實驗中虛擬仿真實驗室建設(shè)的必要性。數(shù)字化物理實驗的操作并沒有理論中所闡述的那般簡單，它除了要求老師有較強的講授能力和學(xué)生有良好的操作能力之外，對實驗室的規(guī)格要求也是比較嚴(yán)格的。隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，數(shù)字化物理實驗早已不再像傳統(tǒng)的實驗操作那樣簡單，而是必須得順著社會的互聯(lián)網(wǎng)和科技化趨勢不斷向前發(fā)展，不斷改進(jìn)儀器設(shè)備，不斷改善實驗室的環(huán)境。為了節(jié)省關(guān)于實驗的經(jīng)費開支，越來越多的學(xué)校傾向于建立虛擬仿真實驗室。通過虛擬仿真實驗室的建立可以為物理學(xué)科專業(yè)師生的數(shù)字化物理實驗教學(xué)提供逼真的現(xiàn)實操作環(huán)境，但這并不是虛擬仿真實驗室建立的最終目的，其根本目的還是為了適應(yīng)社會的發(fā)展趨勢，因為隨著科技水平的提高大量的大型精密儀器被研發(fā)出來，也開始被應(yīng)用在社會的各行各業(yè)中，各類學(xué)校也陸續(xù)的引進(jìn)這類儀器，學(xué)生通過在學(xué)校內(nèi)參與這種實戰(zhàn)操作可以更好的引領(lǐng)他們走向社會，適應(yīng)社會的工作，但這種儀器的使用費用以及保養(yǎng)費用是非常昂貴的，因此通過虛擬仿真實驗室同樣可以讓同學(xué)們享受到先進(jìn)的實驗儀器以及學(xué)習(xí)材料，大大滿足學(xué)生的求知欲。數(shù)字化物理實驗所需要的仿真虛擬實驗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驗最有效的方法，因此在食品檢測、環(huán)境監(jiān)測、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)和工農(nóng)業(yè)等需要物理實驗的方面被廣泛應(yīng)用，尤其在農(nóng)藥殘留、脂肪酸檢測、細(xì)菌快速檢測等方面具有重要作用。但是虛擬仿真實驗室中的儀器精密且貴重，儀器操作、開機關(guān)機必須嚴(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)校的實驗經(jīng)費很有限，不能達(dá)到讓每個學(xué)生都熟練動手操作的要求。從目前大多數(shù)學(xué)校的物理學(xué)科專業(yè)的數(shù)字化物理實驗教學(xué)情況來看，只有完整的數(shù)字化物理實驗操作才能幫助學(xué)生切實的提高實驗操作能力，但目前的實際情況確實學(xué)生只能親自處理實驗中最簡單也最缺乏意義的部分，如儀器的擺放以及實驗后的一起整理，至于最重要的樣品器檢測部分，學(xué)生只能充當(dāng)教師操作實驗的觀賞者，基本得不到實戰(zhàn)的機會，無法親身參與實驗操作，實驗課程的開課意義也就難以受 到保證。為了解決這些問題帶給學(xué)生的困惑，就必須要進(jìn)行實驗教學(xué)改革，此虛擬平臺可應(yīng)用于各類學(xué)校的物理學(xué)科專業(yè)的實驗課程、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新課題以及科研課題等教學(xué)環(huán)節(jié)，把原來由于設(shè)備不足，標(biāo)準(zhǔn)品昂貴及實驗學(xué)時有限而導(dǎo)致學(xué)生不能開設(shè)的實驗全部開放，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)與實踐技能教學(xué)真正統(tǒng)一的目標(biāo)。

（2）物理實驗數(shù)字化教學(xué)之虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的構(gòu)建目標(biāo)。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺也是各類學(xué)校的物理學(xué)科專業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化物理實驗教學(xué)改革過程中所必須要做的一種全新嘗試。這種實現(xiàn)四個相應(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)字化物理實驗理論知識轉(zhuǎn)化為生動的動畫或者視頻內(nèi)容，幫助學(xué)生學(xué)會復(fù)雜的問題簡單化理解，困難的實驗操作步驟條理的掌握。第二，大目的就是要求教師在實驗教學(xué)的過程中，充分利用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺向?qū)W生傳達(dá)更多的學(xué)習(xí)資源，突破原來的學(xué)習(xí)局限性，隨時隨地學(xué)習(xí)。以傳統(tǒng)的課堂理論學(xué)習(xí)和模擬實驗為基礎(chǔ)，不斷地追求現(xiàn)代化的實驗教學(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)字化物理實驗教學(xué)的改革目標(biāo)。在這不斷嘗試的過程中，教師必須要借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并通過虛擬仿真實驗室的實驗教學(xué)向?qū)W生展示更加深入的數(shù)字化物理實驗知識。在授課的過程中，教師也應(yīng)該積極向?qū)W生展示先進(jìn)實驗設(shè)備應(yīng)用于實驗教學(xué)的意義以及會對他們未來踏入工作生活中的影響，從而讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中更加具有目的性和計劃性，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

物理學(xué)科的發(fā)展也是推動我國經(jīng)濟快速穩(wěn)定發(fā)展的一支重要力量，同時它也是改變我們生活的重要推動者。隨著科技水平的不斷提高，社會各界開始廣泛關(guān)注數(shù)字化的生活方式以及工作方式，物理實驗教學(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驗操作問題，學(xué)校從現(xiàn)在開始就必須要在的他們的實驗操作課程中進(jìn)行數(shù)字化物理實驗教學(xué)改革，這都是從數(shù)字化物理實驗教學(xué)的意義方面開始考慮的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 侍銀銀，尹釗.對中學(xué)物理演示實驗數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的分析與思考[J].高師理科學(xué)刊，2010，（5）.

[2]張潔，李成龍.數(shù)字化管理在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2008，（31）.

[3]彭輝麗，尤素萍，蔡本曉，陳許敏.基于PASCO平臺的數(shù)字化物理實驗教學(xué)模式探討[J].化工設(shè)計通訊，2018，（04）.

[4]楊駿駿，鄭雪麗，李巧梅.大學(xué)物理實驗數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)與應(yīng)用[J].物理與工程，2017，（S1）.