物理实验数字化教学资源建设与应用分析

    王学军

    【摘要】? 物理实验的 数字化是推动物理教学以及物理专业学生发展的一种必然趋势，它的突出特点之一，就是能夠帮助实验者高效地完成难度系数较大的物理实验，并对其进行一定程度的验证。因此，人们在进行物理实验或者教学的过程中会不自觉的倾向于数字化方向的转变，搜集更加广泛的实验数据。基于此，围绕物理实验数字化的教学资源建设与应用的方面进行了简要论述。

    【关键词】? 物理实验 数字化教学 资源建设 应用分析

    一、物理实验的教学现状

    1.教学内容

    数字化物理实验这部分内容是理论与实践相结合的，只有拥有了足够的理论知识储备，才能在实验操作中展现良好的基本功。随着新课程改革的不断深入，学生综合素质的提高成为评价学生的主要方面，相应的就会要求教师上课过程中要朝向这个方面进行努力。因为学生对数字化物理实验理解与认识不够直观，也就很难将物理学科的发展与之结合起来，高素质的实验操作能力的培养也就会与同学的生活背道而驰。为此，要在数字化物理实验教学工程中进行相应的改革。

    2.学生特点

    众所周知，学生由于年轻也正处在活泼好动、对周围的世界充满无穷好奇心的探知阶段，而应试教育和理论教育却把他们牢牢地困在了狭小的书桌跟桌椅甚至是宿舍之间，所有的学习活动几乎都是与考试、升学挂钩的，属于自己的课余活动少之又少，甚至是没有，长此以往，就会形成孩子只会学习、考试，而不能接触到更多的书本以外的知识和见识。这是有悖于学生的身心发展规律的，学习虽然重要，但是满足学生的身心发展需求同样重要，在学习知识的过程中满足学生的好奇心和求知欲就需要学校以及教师在数字化物理实验教学中进行相应的改革，以增加学生的实验操作机会。

    3.课程评价

    数字化物理实验教学评价常用的方式是实际操作和理论测试相结合的方式，然而实际操作会受到多种因素的干扰而有失公平性，在缺乏证据记录的情况下，学生也很难消化教师指出的操作缺陷。除此之外，在设备数量和教师人数、考试时间有限的情况下，这种实际操作方式显得耗时耗力，不易有效开展，而且理论知识的过分注重对于学生来说也是没有多少意义的，更不用说是在数字化物理实验教学的重要课程下。

    二、数字化物理实验教学改革探索

    1.采用一体化教学模式，加强课堂管理

    在实践教学中发现，采用“讲授-实践-再讲授”的模式，对于数理化物理实验这类理论难度较深，操作较复杂的课程能够起到更好的效果。在课前，先有针对性地讲解与当次实验相关的理论知识，如第一次上机，要将理论知识跟学生讲解透彻，保证每个同学都能理解其中的基本概念并熟悉操作流程。在学生实验之前，教师要根据需要，做好示范操作，实验过程中，要巡查学生的实验操作，在学生遇到问题时，教师要做的不是简单的帮助学生解决问题，更应该引导他们积极地反思，针对遇到的问题做出反思和总结，以吸取经验。需要注意的一点是，由于数字化物理实验仪器和工作站操作较为复杂，当堂示范教会往往费时费力，效果不好。比较好的做法是将学生分为3～4人每个小组，每个小组选出一位学习能力较强，有责任感的同学担任组长，在学生前两次实验课开始之前，教师可以着重花时间辅导各个小组的组长，让他们掌握操作方法，在正式的实验过程中，组长可以将操作方法教给组员，教师再来做补充和强调，这样课程效率就得到了提高。

    2.合理设置课时，优化教学内容

    要对物理学科的数字化物理实验教学进行创新性的改革和调整，首先应该从课程的改革和调整方面着手，致力于为物理实验设置更加科学、合理、符合实际的实验课程。但课程的设置并不是一件随意且简单的事情，因为课程的设置应该考虑多方面的因素，例如，学生对于理论知识的需求、学生的接受能力、市场对学生实践性的要求、学生的实际学习时间、教师的从教能力等等方面的要求。

    3.重视课程教学网站的建设，丰富学生的学习资源

    随着多媒体技术在课堂上的广泛使用，物理学科的实验教学教师的教学道具也得到了相应的简化，为学生呈现的教学内容也因此更加形象、生动、具体以及条理性，这也算是一种数字化物理实验教学的改革尝试。通过视频或者清晰的图片，向学生展示物理实验或者理论内容，减少了物理专业老师进行实物准备的工作量，而且学生对多媒体展示的内容印象更加深刻，理解的更为清晰透彻，就算是操作再复杂、实验过程再难的实验，都能被轻松、全面的展现并解说出来，在无形之中就会大大的提高课堂效率。而且，对于一些危险性较大的实验，通过多媒体进行展示，就可以大大的减少实验对于学生、对于环境的威胁性也就变得几乎不存在了。这就表明，通过多媒体教学可以大大的提高学生的实验操作能力，同时极大地提高教学效率。

    4.采用更加灵活的教学评价方法

    数字化物理实验教学要教给学生的是要教会学生不单单是理论知识，更重要的是要教会学生实验操作。因此，在评价学生的学习成绩时，实验操作成绩应该要比理论知识成绩的比重重的多。为了更加公平客观地评价学生的实验操作，可以考虑录影。这样就能将学生在实验操作过程实时的记录下来，通过回放录影以及现场考核等措施结合起来，就能保证教师评价的公正性，录影资料同样能够作为学生反思自己的有效资料，自己也能够清楚的认识到实验操作的不足之处，随着数字化物理实验教学的不断深入而不断的促进自己进步。

    5.为物理学科建立数字化物理实验虚拟仿真实验室

    （1）数字化物理实验中虚拟仿真实验室建设的必要性。数字化物理实验的操作并没有理论中所阐述的那般简单，它除了要求老师有较强的讲授能力和学生有良好的操作能力之外，对实验室的规格要求也是比较严格的。随着社会的发展进步，数字化物理实验早已不再像传统的实验操作那样简单，而是必须得顺着社会的互联网和科技化趋势不断向前发展，不断改进仪器设备，不断改善实验室的环境。为了节省关于实验的经费开支，越来越多的学校倾向于建立虚拟仿真实验室。通过虚拟仿真实验室的建立可以为物理学科专业师生的数字化物理实验教学提供逼真的现实操作环境，但这并不是虚拟仿真实验室建立的最终目的，其根本目的还是为了适应社会的发展趋势，因为随着科技水平的提高大量的大型精密仪器被研发出来，也开始被应用在社会的各行各业中，各类学校也陆续的引进这类仪器，学生通过在学校内参与这种实战操作可以更好的引领他们走向社会，适应社会的工作，但这种仪器的使用费用以及保养费用是非常昂贵的，因此通过虚拟仿真实验室同样可以让同学们享受到先进的实验仪器以及学习材料，大大满足学生的求知欲。数字化物理实验所需要的仿真虚拟实验室集的分离鉴定能力于一体，是目前分析不易操作或较为繁琐的实验最有效的方法，因此在食品检测、环境监测、生物化学、医学和工农业等需要物理实验的方面被广泛应用，尤其在农药残留、脂肪酸检测、细菌快速检测等方面具有重要作用。但是虚拟仿真实验室中的仪器精密且贵重，仪器操作、开机关机必须严格按照操作方法进行，在未熟练掌握仪器性能及操作方法之前，不能随意使用。另外，学校的实验经费很有限，不能达到让每个学生都熟练动手操作的要求。从目前大多数学校的物理学科专业的数字化物理实验教学情况来看，只有完整的数字化物理实验操作才能帮助学生切实的提高实验操作能力，但目前的实际情况确实学生只能亲自处理实验中最简单也最缺乏意义的部分，如仪器的摆放以及实验后的一起整理，至于最重要的样品器检测部分，学生只能充当教师操作实验的观赏者，基本得不到实战的机会，无法亲身参与实验操作，实验课程的开课意义也就难以受 到保证。为了解决这些问题带给学生的困惑，就必须要进行实验教学改革，此虚拟平台可应用于各类学校的物理学科专业的实验课程、毕业设计、创新课题以及科研课题等教学环节，把原来由于设备不足，标准品昂贵及实验学时有限而导致学生不能开设的实验全部开放，使学生自主学习、自主探索、反复训练，真正达到理论教学与实践技能教学真正统一的目标。

    （2）物理实验数字化教学之虚拟网络实验室的构建目标。虚拟网络实验教学平台也是各类学校的物理学科专业在进行数字化物理实验教学改革过程中所必须要做的一种全新尝试。这种实现四个相应的目的：第一，更加深入的贯彻直观性的教学原则，将抽象的数字化物理实验理论知识转化为生动的动画或者视频内容，帮助学生学会复杂的问题简单化理解，困难的实验操作步骤条理的掌握。第二，大目的就是要求教师在实验教学的过程中，充分利用虚拟网络实验教学平台向学生传达更多的学习资源，突破原来的学习局限性，随时随地学习。以传统的课堂理论学习和模拟实验为基础，不断地追求现代化的实验教学，在改革中一步步地走向完善是现代物理学科发展中的数字化物理实验教学的改革目标。在这不断尝试的过程中，教师必须要借助互联网技术并通过虚拟仿真实验室的实验教学向学生展示更加深入的数字化物理实验知识。在授课的过程中，教师也应该积极向学生展示先进实验设备应用于实验教学的意义以及会对他们未来踏入工作生活中的影响，从而让学生在学习的过程中更加具有目的性和计划性，使得仪器的应用意义和学生的学习能力都得到同步的提升。

    三、结束语

    物理学科的发展也是推动我国经济快速稳定发展的一支重要力量，同时它也是改变我们生活的重要推动者。随着科技水平的不断提高，社会各界开始广泛关注数字化的生活方式以及工作方式，物理实验教学也不例外。为了让物理学科专业的学生在踏入工作生活之后能够妥善的物理实验操作问题，学校从现在开始就必须要在的他们的实验操作课程中进行数字化物理实验教学改革，这都是从数字化物理实验教学的意义方面开始考虑的。

    参考文献：

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