大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性研究

摘 要：本文從需求方面提出建設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的必要性，從技術(shù)方面提出建設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可行性，并詳細(xì)地闡述大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 建設(shè) 能動(dòng)性

隨著計(jì)算機(jī)價(jià)格成本的下降和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟發(fā)展，高等教育的模式也出現(xiàn)了新的變化，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和學(xué)科建設(shè)結(jié)合起來，成為教學(xué)改革的重要發(fā)展方向。目前應(yīng)用廣泛且取得比較成功是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)過程中。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)不僅提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，還節(jié)約了大量的設(shè)備經(jīng)費(fèi)投入，對(duì)加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性、主動(dòng)性都起到了積極的作用。

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的必要性

自1999年全國高等院校擴(kuò)大招生以來，我國高等教育事業(yè)得到迅猛發(fā)展，短短幾年，我國的高等教育事業(yè)已經(jīng)由精英教育走向了大眾教育。這種變化不僅給我國的高等教育事業(yè)帶來極大的機(jī)遇，也帶來了巨大的挑戰(zhàn)，尤其在如何保證高等教育的質(zhì)量問題上顯得非常突出。擴(kuò)大招生以后，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的主要問題有：

1. 師資與設(shè)備問題

高校擴(kuò)大招生后，學(xué)校的師生比迅速擴(kuò)大，各個(gè)學(xué)校都面臨著師資短缺問題，尤其是像大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這類公共基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，教師的教學(xué)和管理工作量同比顯著加大，許多教師的年教學(xué)工作量由以前的300學(xué)時(shí)左右上升到800學(xué)時(shí)以上。在設(shè)備方面，教育部規(guī)定大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)教學(xué)必須保證滿足每人一組設(shè)備的臺(tái)套數(shù)，在高校擴(kuò)招后，雖然各個(gè)學(xué)校都在加大實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)費(fèi)投入，但這種投入的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于招生速度的增長，還有實(shí)驗(yàn)室的使用面積也存在不足。

2. 教學(xué)模式方面

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式是先由學(xué)生按照教材預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，再由教師講解、演示，學(xué)生按照教師要求和教材中的實(shí)驗(yàn)步驟操作，在現(xiàn)成的表格內(nèi)填上測(cè)量數(shù)據(jù)，算出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。課前預(yù)習(xí)是非常重要的環(huán)節(jié)，預(yù)習(xí)的效果直接影響學(xué)生的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。然而，由于上課人數(shù)多及實(shí)驗(yàn)儀器、場(chǎng)地和師資等教學(xué)資源的限制，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室沒有時(shí)間接待學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，學(xué)生只能通過閱讀實(shí)驗(yàn)教材和相關(guān)資料進(jìn)行預(yù)習(xí)。在預(yù)習(xí)過程中由于學(xué)生接觸不到實(shí)驗(yàn)儀器，大部分學(xué)生在寫預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)基本上是對(duì)照教材進(jìn)行復(fù)制，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x模糊不清，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)極其枯燥無味，不容易通過實(shí)驗(yàn)教材完全建立感性認(rèn)識(shí)，預(yù)習(xí)質(zhì)量很難掌控，預(yù)習(xí)水平無法得到保證。課堂上由于多數(shù)儀器具有的封閉性和不可見性，以及教學(xué)時(shí)間的限制，使有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很難講透，學(xué)生也不能多次重復(fù)去做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)方法機(jī)械單一，因此整個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量難以得到有效和可靠的保證。

3. 教學(xué)管理方面

高校擴(kuò)招后，學(xué)習(xí)各類實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生數(shù)量激增，同時(shí)由于選修課的增加，學(xué)生公共時(shí)間很少，給實(shí)驗(yàn)排課帶來很大的困難。物理實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和教學(xué)管理人員明顯不足，實(shí)驗(yàn)的工作負(fù)荷不斷增長，教師從早到晚忙于教學(xué)，非常疲勞，影響了教師的工作積極性；另外由于同一學(xué)生的成績?cè)诓煌處熓种?，期末學(xué)生的成績匯總、評(píng)定成為一個(gè)難題；再有，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度無法掌握，個(gè)別學(xué)生不能按時(shí)完成任務(wù)，造成不必要的麻煩。

將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中，不僅可以節(jié)約大量的設(shè)備經(jīng)費(fèi)投入，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室使用面積，還可以進(jìn)行教學(xué)資源共享，將教師和管理人員從繁重的日常管理和重復(fù)的教學(xué)中解放出來。使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)上選課系統(tǒng)，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室開放的時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的條件，有選擇地預(yù)約登記上課。這一方式有效地解決了實(shí)驗(yàn)資源與公共時(shí)間的矛盾，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、以學(xué)生發(fā)展為本、教育的人性化和學(xué)習(xí)的個(gè)性化的新的教育教學(xué)理念，因此受到學(xué)生們的普遍歡迎。實(shí)驗(yàn)管理的網(wǎng)絡(luò)化可以使教師和學(xué)生隨時(shí)了解和掌握實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和相關(guān)信息。學(xué)生們還可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)M演示，有針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的可行性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟完善，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)不僅成為可行，而且得到絕大多數(shù)機(jī)構(gòu)和個(gè)人的青睞。Internet已經(jīng)將全球聯(lián)系在一起，許多地方和單位部門還建有自己的局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)共有、信息共享已經(jīng)成為當(dāng)今的時(shí)尚，教育尤其是高等教育更應(yīng)體現(xiàn)出這種潮流。

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)及多媒體技術(shù)進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理，目前開發(fā)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)非常成熟，主要有Web技術(shù)、CGI技術(shù)、Asp技術(shù)、Java技術(shù)、Flash技術(shù)、VC++技術(shù)和VRML技術(shù)等，考慮到滿足大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求和當(dāng)前最流行的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)，我們主要選擇Java技術(shù)和Flash技術(shù)作為我們開發(fā)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的主要技術(shù)。Flash的最新版本MX是專門用來設(shè)計(jì)交互式多媒體動(dòng)畫，集“向量繪圖”、“動(dòng)畫制作”、“交互設(shè)計(jì)”三大功能于一身的網(wǎng)頁動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件，甚至不用撰寫程序，就能夠制作出生動(dòng)的動(dòng)畫場(chǎng)面，用戶只需要繪制第一幀和最后一幀畫面就可以了，而且用Flash制作的動(dòng)畫文件體積非常小，非常適用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)于不太復(fù)雜的大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)我們用Flash技術(shù)進(jìn)行制作，比較復(fù)雜的仿真實(shí)驗(yàn)我們采用Java技術(shù)進(jìn)行編程。Java以其與平臺(tái)無關(guān)性、安全性能強(qiáng)、語音簡潔，同時(shí)是面向?qū)ο蟮?，在網(wǎng)絡(luò)編程中具有很大的優(yōu)勢(shì)。Java提供許多的類，通過對(duì)這些類的封裝和繼承，可供編程人員反復(fù)利用，程序員只需把主要精力用在類和接口的設(shè)計(jì)應(yīng)用上，另外，Java可以建立在擴(kuò)展的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，其庫函數(shù)提供了HTTP和FTP協(xié)議傳送和接受信息的方法，使得程序員使用網(wǎng)絡(luò)上的文件非常容易。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式采用基于Web方式的B/S三層體系結(jié)構(gòu)，采用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用戶只需通過瀏覽器向分布在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器對(duì)瀏覽器的請(qǐng)求進(jìn)行處理，將用戶所需信息返回到瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)雙向交互。B/S結(jié)構(gòu)簡化了客戶機(jī)的工作，客戶機(jī)上只需配置少量的客戶端軟件，服務(wù)器則擔(dān)負(fù)更多的工作，數(shù)據(jù)庫的訪問和應(yīng)用程序的執(zhí)行在服務(wù)器上完成，瀏覽器發(fā)出請(qǐng)求，而其余如數(shù)據(jù)請(qǐng)求、加工、結(jié)果返回以及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁生成等工作全部由Web Server完成。這種結(jié)構(gòu)不僅把客戶機(jī)從沉重的負(fù)擔(dān)和不斷提高性能的要求中解放出來，也把技術(shù)維護(hù)人員從繁重的維護(hù)升級(jí)工作中解脫出來，而且這種三層結(jié)構(gòu)在層與層之間相互獨(dú)立，任何一層的改變不會(huì)影響其它層的功能，可移植性強(qiáng)，為系統(tǒng)升級(jí)和與其它系統(tǒng)相連留有足夠的空間。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)如圖1。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有網(wǎng)就可以登錄瀏覽，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫比較安全，仿真技術(shù)、非視頻的流媒體，占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源很小，可以承受的并發(fā)數(shù)達(dá)千個(gè)以上；物理仿真實(shí)驗(yàn)圖文并茂、如臨其境，學(xué)生可以在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上進(jìn)行交互式操作，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的實(shí)驗(yàn)仿真；不僅學(xué)生可以在本系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)習(xí)，教師還可以根據(jù)學(xué)生的日志和預(yù)習(xí)的過程對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理和有效的評(píng)價(jià)，從而指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)；系統(tǒng)不僅可供本校師生使用，還可以對(duì)兄弟院校進(jìn)行開放。

三、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的不僅要求學(xué)生們掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)，而且要通過傳授物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，使學(xué)生們掌握物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生們獨(dú)立的觀察問題、分析問題和解決問題的能力，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，具有終身學(xué)習(xí)的能力，勤于思維、勇于創(chuàng)新，做一個(gè)既掌握科學(xué)方法，又具有科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度，勇于為祖國而獻(xiàn)身的工程技術(shù)人才。然而由于我國的現(xiàn)行的高考制度，使得中學(xué)的教育與高考升學(xué)緊密結(jié)合，教學(xué)過程中必然產(chǎn)生急功近利的思想，圍繞在升學(xué)考試中如何得到高分進(jìn)行教學(xué)，忽視教學(xué)活動(dòng)中的規(guī)律和方法，學(xué)生圍繞教師轉(zhuǎn)，教師圍繞考試轉(zhuǎn)。進(jìn)入大學(xué)后，由于學(xué)生們的思維多數(shù)已被定勢(shì)，往往還是離不開教師，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)就是要改變這種固有的教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)的教學(xué)管理手段和教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的回歸。

1. 培養(yǎng)學(xué)生的自主管理和自主學(xué)習(xí)能力。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用學(xué)生自主網(wǎng)上選課系統(tǒng)，課程安排不再由學(xué)校統(tǒng)一安排，由學(xué)生們根據(jù)自己的能力、專業(yè)、興趣和學(xué)習(xí)風(fēng)格等特點(diǎn)來選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)時(shí)間及學(xué)生們的選課情況自動(dòng)生成課程表，學(xué)生按照要求在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，補(bǔ)充擴(kuò)展相關(guān)理論知識(shí)，另外，學(xué)生還可以根據(jù)自己的實(shí)際需要選取不太容易理解的內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)觀察和學(xué)習(xí)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上模擬仿真實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程。通過上述活動(dòng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的自主管理和自主學(xué)習(xí)能力。

2. 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的動(dòng)畫仿真生動(dòng)直觀，操作簡單快捷，學(xué)生們通過仿真模擬實(shí)驗(yàn)的過程，可以了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器、組件名稱和功能，觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)M演示，即使有些實(shí)驗(yàn)無法通過實(shí)際操作觀察到每一個(gè)過程，比如光學(xué)實(shí)驗(yàn)，光路是無法實(shí)際觀察到的，但是，通過計(jì)算機(jī)模擬顯示觀察到光路的動(dòng)畫效果，可以激發(fā)起學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，為實(shí)際操作提供了完整的思路，可以給學(xué)生建立起一個(gè)很大的想象空間，記錄模擬實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，帶著問題在實(shí)際操作中去解決。這樣通過模擬過程分析，再通過實(shí)際操作解決問題，既可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模终{(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

3. 加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入高等院校以后最先接觸到的一門實(shí)驗(yàn)課程，要求學(xué)生們不僅要掌握大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的最基本的知識(shí)，更重要的是要學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)這門課程。實(shí)驗(yàn)課程與理論課程的學(xué)習(xí)方式、手段、過程等方面都截然不同，需要嚴(yán)格按照流程進(jìn)行，我們大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的模擬仿真就是嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行演示的，同樣要求學(xué)生們?cè)谡鎸?shí)的實(shí)驗(yàn)過程中按照實(shí)驗(yàn)步驟和流程進(jìn)行操作，將書本上的文字要求和網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)驗(yàn)流程轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)驗(yàn)步驟，從而將理論和實(shí)際結(jié)合起來，提高學(xué)生們的動(dòng)手能力。

4. 轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，回歸教育理念。

高等院校的教學(xué)活動(dòng)由于擺脫了應(yīng)試教育的模式，可以全面推行素質(zhì)教育，所以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)活動(dòng)便不再是一種基于知識(shí)的傳授，而可以做為一種思維訓(xùn)練過程。我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)更加重視講授大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展思想和研究方法，強(qiáng)調(diào)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的歷史性、整體性、思想性以及人文性，側(cè)重于將物理學(xué)家在科學(xué)研究和實(shí)踐過程中形成的一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系傳承下去。事實(shí)表明，這些思想和方法不僅對(duì)物理學(xué)本身具有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。

四、結(jié)束語

我院的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是2006年9月建設(shè)完成并投入運(yùn)行的，系統(tǒng)運(yùn)行之前，我們物理實(shí)驗(yàn)室開出的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開出是18個(gè)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目0個(gè)，系統(tǒng)運(yùn)行之后我們開出的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是32個(gè)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目6個(gè)。通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行前的04級(jí)學(xué)生和系統(tǒng)運(yùn)行后的06級(jí)學(xué)生進(jìn)行抽樣問卷調(diào)查，我們看出：對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生比例由35.6％上升到78.2％，學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程后收獲比較大的比例由28.6％上升到76.3％，學(xué)會(huì)使用基本儀器卡尺的學(xué)生由40.1％上升到89.2％，在楊氏模量實(shí)驗(yàn)中從望遠(yuǎn)鏡中調(diào)試出標(biāo)尺的平均時(shí)間由75分鐘下降到45分鐘，對(duì)實(shí)驗(yàn)教師測(cè)評(píng)的滿意率也由80.4％上升到90.2％。由此我們可以得出，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)物理系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力有著很大的幫助，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性和自主性，有利于轉(zhuǎn)變高等院校的教學(xué)觀念，給大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)注入了新的生機(jī)與活力，為多元化開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有力的保障，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)是現(xiàn)代化大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展趨勢(shì)。

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