以校園網拓展大學物理實驗教學的時間和空間
高教改革與發展
作者：周紅仙
摘 要： 目前在大學物理實驗教學中，綜合型及科研型實驗項目在逐漸增加，由於這些實驗項目較複雜，實驗教學受到課堂和課時的限製。本文提出以校園網拓展大學物理實驗教學的時間和空間，對實驗涉及的知識進行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像等上傳到校園網上，學生可以隨時隨地利用校園網對實驗教學內容進行課前學習，實現實驗教學在時間及空間上的延伸。
關鍵詞： 大學物理實驗 校園網 實驗資源
1.引言
大學物理實驗作為大學生進校後的第一門科學實驗課程，不僅讓學生受到嚴格、係統的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是培養學生嚴謹的科學思維能力和創新精神，培養學生理論聯係實際、分析和解決實際問題的能力。現在，麵對時代的發展、科技進步的新趨勢和新挑戰，對大學物理實驗從教學內容、教學方法、教學手段、考核方法、實驗室開放等方麵進行改革，特別是把科技發展的新技術、新成果引入實驗教學，是實驗教學改革的一個重要方麵。如中國科學技術大學的《大學物理實驗》打破了力、熱、電、光、近封閉的舊物理實驗課程體係，注重物理實驗的時代性與先進性，提出了與現代科技發展相適應的由基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實踐組成的新的四級物理實驗課程體係，開創了仿真實驗的新教學模式；太原科技大學實施由基礎型實驗、提高型實驗、設計型實驗三大模塊組成的整個大學階段的物理實驗。從國內一些大學的實驗教學改革來看，都在降低驗證性實驗的比例，增加綜合性、設計性和研究性實驗在實驗教學中所占比例，如東北大學秦皇島分校增加了光譜測量、核磁共振等一些和現代科技發展相關的實驗內容。各高校在實驗設備硬件建設方麵加大了投入，引進了先進的實驗裝置和技術，為實驗內容的先進性提供了物質基礎，但是這些實驗不同於傳統實驗的單一原理驗證及簡單參數測量，一個實驗往往涉及多學科知識的交叉，而且實驗中涉及的知識，超前於學生的理論課，增加了實驗課難度，在有限實驗學時限製下，怎樣保證實驗課的教學質量，是目前大學物理實驗教學需要解決的問題。本文提出把物理實驗資源放在校園網上共享，使實驗教學在時間和空間上得到延伸，克服實驗教學受課堂和課時限製的問題。
2.實驗教學的時間和空間限製
國內高校大學物理實驗一般在大一第二學期或大二第一學期進行，是學生接觸較早的實驗課，由於學生的理論及實驗知識貯備有限，且學生沒有進行過係統的實驗技能訓練，為了促進實驗課的順利、高效進行，要求學生課前預習，了解儀器的使用及實驗中涉及的理論知識，實驗課時教師對實驗原理、方法和儀器使用等進行講解後，由學生獨立完成實驗任務，這種傳統的實驗教學方法已經不適合目前實驗教學發展的要求。
對於綜合型實驗及科研型實驗，理論基礎及實驗設備往往涉及多學科的交叉，實驗儀器使用複雜，但學生用於實驗預習的資料主要為實驗教材。由於教材的篇幅所限，教材大都對實驗原理方麵講得較清楚，在實驗背景、應用、設計思想、方法及相關儀器的使用方麵較少涉及，在實驗中學生不能將書本講的原理和儀器設備之間進行很好的關聯，原理看完了不會做實驗，這種情況在較難的科研型實驗及綜合型實驗中更突出。由於課前預習效果不佳，為了按時完成實驗課，實驗教師不得不在課堂上花費較多時間講解實驗原理、實驗方法和儀器使用。由於課時限製，老師在講解時，把主要精力放在實驗步驟及儀器的操作上，造成學生完全按照既定步驟和要求完成操作過程，雖然效率較高，師生都省心，但不少學生在被動做實驗，盲目得到實驗結果，為完成實驗任務而做實驗。這種缺乏想象力和創新性的教學方法，對學生的思維、創新能力的培養是不利的。隨著電子技術和自動化技術在實驗設備中的應用，一些較複雜、較精密的實驗儀器引入大學物理實驗教學，學生無法理解儀器的設計原理和運行機理，學生往往在老師設計好的實驗條件下完成實驗，並沒有掌握實驗的設計思想、實驗方法，提高應有的實驗技能，實驗課不能調動學生學習積極性和主動性，不能起到培養學生創新意識和能力的作用，導致實驗課的教學質量不佳。
東北大學秦皇島分校實驗教育中心在大學物理實驗中引入“脈衝核磁共振實驗”，核磁共振技術是物理學、信息科學、電子學和醫學等學科交叉的新技術，在生物、醫學、化學、物理學中有廣泛應用，涉及原子物理、量子力學、信號處理、計算機技術、圖像處理等多學科，儀器使用複雜，還有一些新的術語、概念，這些知識無法在實驗教材中一一羅列，實驗課時教師需要花費很多時間詳細講解，但是由於實驗教學課堂時間有限，課前的預習尤為重要。對於綜合型及科研型實驗，僅僅依靠實驗教材，學生很難在預習中取得較好結果，教師要對實驗所涉及的知識進行整合，作為實驗預習的補充材料。針對“脈衝核磁共振實驗”的特點及學生的知識結構，我們對實驗涉及的各科學相關知識進行整理，配以文字、聲音、動畫、圖像上傳到校園網上，學生可以隨時隨地下載學習，通過應用這樣的預習方式後，學生的預習效果及實驗效果大大強化。