基于學習通和虛擬仿真實驗的分光計實驗教學改進

關鍵詞：大學物理；學習通；虛擬仿真；分光計實驗；實驗教學

文章編號：1671-489X(2025)10-0036-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.10.036

0 引言

分光計是光學中用來精確測量角度的儀器，廣泛用于測量折射率、光柵常數、色散率等多種物理量[1-2]。這種精密儀器在科學研究和工業應用中都具有重要意義，如在光學研究中用于精確測量光的波長，在材料科學中用于分析材料的光學性質，以及在化學分析中用于檢測物質的成分和濃度。分光計的調節思想、方法與技巧在光學儀器校準中具有代表性。具體來說，分光計的調節過程涉及多種精密操作，如自準直望遠鏡的調節、平行光管的調節和最小偏向角的測量等。這些操作不僅需要使用者具備扎實的理論基礎，還需要具有較強的動手能力和細致的工作態度。因此，分光計實驗在大學物理實驗中占據重要地位。掌握其調節和使用方法有助于學生理解更復雜的光學儀器，可以培養他們的實驗技能和科學思維能力。然而，在實際教學中，由于分光計結構復雜、調節要求高[3-5]，學生在有限的實驗教學時間內往往難以快速、準確地調整光路。特別是對那些沒有使用過分光計的學生來說，這一挑戰更為明顯。

分光計的復雜結構和精密操作要求導致初學者在短時間內難以掌握其使用方法。學生在實驗過程中常常感到困惑，不知道如何正確地進行光路調整和角度測量，容易出現操作錯誤，從而導致實驗結果不準確。教師在指導學生時，需要花費大量時間和精力，詳細講解每一個操作步驟，并反復進行示范。然而，由于實驗課時有限，教師無法逐一解答每位學生的問題，導致部分學生在實驗結束時仍然未能掌握正確的操作方法。不僅影響了學生的學習效果，也增加了教師的教學壓力。

隨著科技的不斷進步和發展，信息技術在教育領域不斷醞釀發酵，移動學習平臺[6、虛擬仿真平臺[7]等在教育領域的應用日益廣泛，這給大學物理實驗提供了一個全新的教學改革思路[8-10]。移動學習平臺可以使學生通過智能手機、平板電腦等移動設備隨時隨地學習，打破了傳統課堂的時間和空間限制，提高了學習的靈活性和便利性。學生可以在課前利用碎片時間，通過觀看視頻、閱讀資料等方式預習實驗內容，了解分光計的基本原理和操作方法。虛擬仿真平臺則通過計算機模擬真實實驗環境，使學生在虛擬實驗室中進行分光計的操作練習，體驗實驗過程。這種方法不僅可以讓學生在實驗前充分熟悉操作步驟，還可以反復進行練習，提高操作熟練度和準確性。虛擬仿真平臺還可以提供即時反饋，幫助學生及時糾正錯誤，鞏固學習效果。

結合移動學習平臺和虛擬仿真平臺對分光計實驗教學進行改進，不僅可以有效解決傳統教學中存在的困難和問題，還可以顯著提高學生的學習積極性和自主學習能力，提升實驗教學的整體效果。本文針對信息工程大學在分光計實驗教學過程中遇到的學生學習困難、教學效果不佳等問題，通過結合學習通平臺和虛擬仿真實驗平臺，對分光計實驗教學進行改進。希望通過這些改進措施，能夠為其他光學實驗的教學改革提供寶貴的經驗和參考。

1分光計實驗教學中存在的問題

在現代大學物理實驗教學中，盡管實驗課程的設計和安排已經盡可能科學化和系統化，但仍然面臨著一些實際操作中的困難和挑戰。分光計實驗作為一個復雜且要求精度較高的實驗項目，教學過程中暴露出的問題尤為突出。以下幾個方面是信息工程大學分光計實驗教學中存在的問題。

1.1實驗理論課與操作課間隔時間長

由于學校理工科學生較多，大學物理實驗室使用緊張，實驗儀器臺套數有限，為確保大學物理實驗課程實驗項目充足，并遵循“能實不虛”的原則，學校的每個大學物理實驗室安排兩個實驗項目，并用三周時間完成這兩個實驗項目。具體安排為：第一周是理論課，介紹并講解兩個實驗項目的實驗目標、實驗原理、實驗內容等；第二周和第三周是操作課，學生分別完成兩個實驗項目的操作，并記錄實驗數據。這種安排導致理論課和操作課之間至少相隔一周，甚至兩周的時間。這種間隔時間雖然在課程安排上看似合理，但對于像分光計這類復雜實驗項目而言，一周的間隔會導致許多學生遺忘了理論課上學習的大部分內容。分光計實驗涉及精密的光路調節和角度測量，需要學生對原理和操作步驟有清晰的記憶和理解。然而，隨著時間的推移，學生在理論課上獲得的知識和技能往往會逐漸淡化，導致在實際操作中遇到困難。此外，理論課和操作課的間隔也影響了學生對實驗的連貫理解，增加了學習的難度和實驗的失敗率。

在操作課上，即使教師不斷提供操作方法的指導，仍有許多學生無法跟上實驗操作節奏，甚至無法成功調節光路。一方面是由于學生對理論知識的遺忘，另一方面也是因為分光計的調節過程復雜，要求較高的精度和細致的操作。在短短的一堂實驗課時間內，學生不僅要重新回憶和理解理論知識，還要將其應用到實際操作中，這對于很多學生來說是一個巨大的挑戰。特別是對于那些動手能力較弱或對光學實驗缺乏經驗的學生，完成分光計的調節并進行準確的測量幾乎是不可能完成的任務。

1.2分光計操作演示效果不好

在課堂教學中，分光計的實驗操作演示至關重要。目前常用的方法是通過分光計示教儀進行操作演示。該設備的優點在于能夠將分光計望遠鏡的視場傳輸到電腦屏幕上，讓學生清晰地觀察分光計望遠鏡視場的畫面。但是，教師在調節過程中所調整的具體部件對于學生來說并不清晰可見，大多數學生只能通過聽教師的講解來理解。因此，學生在觀看演示時，往往難以同步理解教師的每一步操作，更無法進行深入思考。此外，分光計的調節過程涉及很多旋鈕的調整，學生很難準確掌握各個旋鈕的位置、各部件的調節順序以及調節技巧。因為每個旋鈕的作用不同，稍有不慎就會導致儀器調節偏差增大，不僅影響實驗進度，還會讓學生產生挫敗感。

1.3 預習效果不佳

預習對于主動學習實驗至關重要，尤其對像分光計這類操作復雜的實驗更為關鍵。傳統的預習要求學生閱讀實驗教材并撰寫預習實驗報告，然而，教材和儀器說明書對于調節方法的描述通常不夠直觀、明確，導致學生在預習階段難以清晰理解調節的重點和難點。

除了傳統預習方法，學生也可以通過觀看實驗講解視頻來進行預習。視頻能夠為學生提供更直觀的實驗過程，從而在一定程度上提高預習效果。然而，對分光計實驗而言，實際調節過程中會遇到各種復雜多樣的問題，僅僅依靠閱讀教材和觀看視頻講解，學生在實驗過程中仍可能出現思路不清晰、目標不明確的情況。因此，沒有充分的操作練習，學生很難真正掌握分光計儀器調節技能。

2分光計實驗教學的改進

信息工程大學大學物理實驗課程在學習通平臺上提供了相應的線上課程，每個實驗項目都包含理論視頻、操作視頻和在線練習等內容。此外，物理實驗中心還設有大學物理虛擬仿真實驗平臺，教師可在實驗室的授課電腦操作，學生也可在個人電腦上進行操作。圖1展示了分光計實驗的教學模式，以下將詳細介紹理論課預習、理論課講授、操作課預習、操作課安排和課后復習這五個教學環節的具體實施過程。

2.1 理論課預習

在分光計理論課前，要求學生閱讀教材并觀看學習通平臺上的線上理論視頻。教師可以通過學習通平臺查看學生的學習情況。通過這些預習活動，學生能夠基本了解分光計測量三棱鏡頂角和折射率的原理。這些預習不僅能夠減輕課堂教學的壓力，還有助于教師和學生將注意力集中在課程的重點和難點上。

2.2 理論課講授

在分光計理論課講授中，分光計的調節和使用是至關重要的。由于分光計實驗涉及多個旋鈕、復雜的操作步驟和高難度的調節要求，因此在理論課中向學生清晰展示分光計各功能旋鈕的作用、調節順序和技巧顯得尤為重要。為了實現這一目標，教師將虛擬仿真實驗平臺融入理論課的講授，如圖2所示。

通過虛擬仿真實驗平臺，教師能夠向學生生動地展示分光計的使用方法和操作步驟。投影儀將分光計望遠鏡的視場清晰投影給所有學生，使他們不僅能看到實驗現象，還能明確觀察到調節旋鈕的位置和操作過程中實驗現象的變化，理解各個旋鈕的位置和功能。同時，將虛擬仿真實驗融入講授過程中，有利于教師和學生之間的互動。教師可以根據展示過程中的情況與學生共同討論，促使學生通過思考真正理解分光計的調節方法，而不是僅僅簡單地完成實驗內容。

此外，理論課上教師展示分光計虛擬仿真實驗的操作過程，有助于提高學生課前預習的效果。這不僅降低了學生預習的難度和時間成本，還使操作課前的預習目標更加明確，重點和難點更加突出。

2.3 操作課預習

由于學校理論課和操作課之間相隔一周，教師利用虛擬仿真實驗平臺幫助學生充分利用這段時間并優化學習效果。操作課的預習要求學生結合學習通平臺上的操作視頻，利用虛擬仿真實驗平臺進行模擬操作。這樣的預習安排能夠使學生全面了解分光計各個功能旋鈕的作用，掌握儀器調節的先后順序，特別是練習如何使用平面鏡進行自準法調節、如何利用反射法測量三棱鏡頂角、如何測量最小偏向角。在這一周的時間里，學生有充足的時間完成操作預習，通過虛擬仿真實驗操作練習，不僅鞏固了理論課上學習的內容，還增強了對分光計調節和使用的熟悉度，有效避免了操作課上的盲目和慌亂。

2.4操作課安排

分光計實驗的操作步驟較為繁多，因此在操作課上，教師會引導學生逐步調節實驗儀器。由于學生在虛擬仿真實驗平臺上進行了操作練習，對各個旋鈕及其功能已經有了清晰的理解，因此，即使在操作課上遇到復雜情況，教師只需稍作提示，學生也能夠順利解決問題。在操作課的安排中，教師會詳細說明分光計實驗的操作步驟，并結合學生在虛擬仿真實驗中的經驗，幫助他們更加流暢地完成實驗過程。這種有序的操作課安排不僅提升了學生的實驗技能，還增強了他們在實驗中的自信心和獨立操作能力。

2.5 課后復習

盡管教師對分光計實驗教學做了改進，但仍然存在少數學生難以完全掌握分光計的調節和使用技巧。因此，實驗課后，學生可以利用學習通平臺和虛擬仿真實驗平臺進行復習。在學習通平臺上，學生可以在線練習和找到豐富的文獻資料，用以鞏固和拓展他們在分光計實驗中所學的知識。此外，學生還可以利用虛擬仿真實驗平臺再次練習分光計的調節操作，甚至嘗試一些在文獻中提及但實驗中未涉及的其他調節方法。

學習通移動學習平臺和虛擬仿真實驗平臺在分光計實驗中起著重要的輔助作用。它們為學生提供了全時域、全空間的開放學習和實驗環境，不僅能夠幫助學生彌補在實驗室中接觸分光計儀器較少的問題，還能夠在課后提供額外的學習資源和練習機會。對于教師而言，這些工具提供了新的教學思路和方法，幫助優化分光計實驗的教學效果，提升學生的學習成效和實驗技能。

3 結束語

本文深入分析了分光計實驗教學中存在的問題，并通過將學習通線上學習和虛擬仿真實驗巧妙地融入整個教學過程，有效解決了實驗理論課與操作課時間間隔長、分光計操作演示效果不佳和預習效果不佳等難題。教師通過將預習內容分為兩部分，并利用學習通移動學習平臺和虛擬仿真實驗平臺進行實驗預習，使學生能夠更充分地準備實驗內容，明確預習目標并突出重難點，從而提升了預習的效果和學習的效率。

在理論課上，教師采用虛擬仿真實驗代替傳統的示教儀，通過投影儀清晰地展示分光計的操作過程，幫助學生更深入地理解和思考分光計實驗的調節方法。此外，利用虛擬仿真實驗平臺和學習通線上資源，為學生提供了豐富的在線練習和文獻資料，使他們在實驗課后仍能進行復習和拓展學習。

經過這些教學改進措施的實施，顯著提高了課堂的質量和教學效果，學生對分光計實驗的掌握程度明顯提升，不僅能夠完成實驗任務，還能夠真正理解和運用分光計的調節技巧。這些成果不僅改善了教學過程，也為今后更好地利用現代技術手段進行物理實驗教學提供了寶貴的經驗和啟示。

4參考文獻

[1］趙永潛，張亞萍，許廣建，等．基于分光計的光柵光譜特性研究[J].大學物理實驗，2016，29(4):29-32.

[2］張文輝．分光計測三棱鏡折射率的探討［J].福州大學學報（自然科學版），2007（增刊1)：88-91.

[3]張慶月，周培聰，熊新農，等．分光計教學實驗改進[J].大學物理實驗，2020，33(5):29-33.

[4]祁玲敏，韓太坤，賀言，等．分光計調節中的難點分析及調節方法的改進［J]．大學物理實驗，2019(3)：21-24.

[5]萬志龍，謝金樓，王剛，等．大學物理實驗線上線下混合式教學探究：以分光計實驗為例［J]．中國教育技術裝備，2024(12):106-110.

[6]竇柳明，唐貴平，楊昌虎，等.基于雨課堂的大學物理實驗教學改革實踐［J].大學物理實驗，2021，34(5)：130-134.

[7］張增明，王中平，張憲鋒，等．國家級物理虛擬仿真實驗教學中心的建設實踐［J].實驗技術與管理，2015，32(12):146-149.

[8]皮飛鵬，洪哲新，張姍，等．大學物理實驗線上線下混合式教學模式探索與實踐［J].中國教育技術裝備，2021(24):107-109，115.

[9]王軍，王帆，沙金巧，等．線上線下相結合的大學物理實驗教學改革研究[J].物理與工程，2020，30(5)：26-31，36.

[10］歐陽建明，彭剛，羅劍，等．虛實結合、線上線下混合的“大學物理實驗”教學改革與實踐［J].高等教育研究學報，2021，44(3)：58-62.