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虚实结合下大学物理实验教学模式研究

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发布日期:2019-01-14 17:31

摘要】针对高校大学物理电学实验教学过程中存在的问题,提出虚实结合的大学物理电学实验教学模式。通过理论授课、虚拟实验、硬件实验教学三位一体化的教学模式,激活学生学习的积极性和主动性,提高实验教学的质量。实践表明,该模式对培养学生的创新实践能力是有效的。

关键词】仿真实验;虚实结合;创新能力;大学物理实验

大学物理实验是高校理工科专业学生进行科学实验基本训练的必修通识课程,对培养大学生严谨的科学思维与创新实践能力有非常重要的作用。传统的实验教学中,由于受到办学资金、实验场地、教学模式等条件限制,存在实验教学内容陈旧、实验仪器落后且台套数偏少等弊端,不利于培养学生的创新实践能力[1-3]。韶关学院是地处广东粤北山区的地方应用型本科高等院校,大学物理实验中心每年要承担3000多名本科生的实验教学任务,同样面临实验设备不足、实验教学模式落后等难题。为解决大学物理实验教学面临的问题,提高实验教学的效果,促进学生学习的主动性与积极性,培养高素质的应用型、创新型理工科人才,我们对实验教学的管理模式、内容体系以及教学模式等方面进行教学改革,取得了较好的教学实践效果。

1基于互联网的开放式现代化实验教学管理

为适应开放型的现代教学理念,大学物理实验中心引进了基于互联网的实验教学管理系统。系统由服务器、互联网络和客户终端三部分组成。服务器运行教学管理模块,包含学生选课、学生以及教师课程管理等模块,实现了课程管理、实验预习、实验仿真、作业提交等在线应用功能。客户终端由计算机或者智能手机构成,通过互联网络与服务器连接。开放式的现代化实验教学管理模式有利于合理、高效利用现有的教学设备资源[4]。随着计算机、智能手机和高速宽带网络的快速发展,开放式的实验教学模式对大学物理实验教学效果的改善将越来越明显。开放式网络化管理的教学模式,为大学物理实验在线虚拟仿真提供了良好应用平台。

2按专业发展需求的大学物理实验教学内容体制

韶关学院大学物理实验中心包含电磁学、热力学和光学三个实验分室,可开出基础性实验29个,综合性实验17个,设计性实验5个。各个专业的大学物理实验课时普遍只有32学时,学生无法参与所有的实验项目学习。因此,我们根据专业特色需求,结合大学物理理论教学的内容,提出了以专业发展需求为准则的大学物理实验教学内容体系。在有限的实验教学课时下,根据专业方向,合理划分基础验证性、综合性和设计性实验的比重以及力、热、光实验课时划分的比重,确定各个专业的实验教学内容[5]。首先,各个专业的大学物理实验类别包含实验理论、验证性实验、综合性实验和设计性实验四个类别。其次,根据专业特点,将大学物理实验模块分为物理类、电子信息类、机械类、农林类和化工类五个教学模块,各个模块的实验内容侧重点由专业发展需求为基准。以电子信息类实验教学模块为例,实验理论课时为6课时,验证性的基础实验为16学时,综合性和设计性实验各4个学时。基础性实验侧重于大学物理力、热、光、电和磁方向基本实验的学习,综合性和设计性的实验,主要侧重在电磁学与光学方向的专题,学生可以根据自己的兴趣进行选择,为进一步深入学习专业知识打下基础。

3虚拟仿真实验教学

虚拟仪器是上世纪九十年代初出现的新型仪器类型,是将传统的仪器技术与计算机技术、软件技术进行深层次结合而发展起来的一项新技术。也是仿真实实验的核心技术。近年来,国家对高校虚拟仿真实验教学中心建设也越来越重视,通过国家级、省级和校级虚拟实验教学中心的建设,引导高校各个专业加强虚拟仿真与硬件实验教学的联系。韶关学院大学物理实验教学中心,在教学中引入了中国科技大学研发的大学物理虚拟仿真软件平台,对大学物理的实验教学项目进行虚拟仿真[6,7]。例如电学实验,在虚拟仿真平台下,学生不但可以完成电学所有实验的项目的仿真,也可以仿真平台上,学习常用的电学仪器及仪表操作应用。这对于实验设备不足、仪器仪表落后的地方高校来说,是非常有利的。学生可以在仿真平台上,预习或者复习电学实验操作,分析实验效果,无需担心传统硬件实验设备不足且操作不当容易损坏仪器的问题。虚拟仿真实验,使得学生可以随时随地使用计算机参与实验训练。虚拟仿真平台的应用,可以激发学生学习的兴趣,培养学生的创新思维,提高专业实践操作能力。

4虚实结合的实践教学体系

将虚拟仿真教学与实践教学结合,建立“理论授课-虚拟实验-硬件实验”教学三位一体化的大学物理教学体系,将动画演示实验、虚拟仿真实验、实物实验、远程实验纳入到大学物理课程的教学环节中,是当前国内高校实验实训教学课程改革的主流[8]。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心教学的重要内容,是学科专业与信息技术深度融合的产物。对于基础实验,我们以大学物理实验项目为基础,设计了相应的虚拟仿真实验教学资源,实现了硬件实验、仿真实验与实验理论有机结合。学生掌握了大学物理基本的实验操作方式和仿真软件应用后,进入综合性或者设计性的实验环节。在完成初步设计方案后,先进行软件仿真,验证分析设计方案正确性,修改方案设计中的原理性错误,然后再进行硬件组装调试。虚实结合的教学方式和形象生动的动态效果,有利于理解实验原理,减少硬件损耗,降低硬件测试的时间。同时,也可以充分发挥软件仿真的优势,使得实验方案有效性的验证,不受实验设备、实验场地和实验时间的限制,缩短实验周期,增强实验效果。

5结语

虚实结合的大学物理实验教学模式经过近3年的实践与探索,取得了一定的成果。近几年,我校理工科学生参加各种专业技能竞赛成绩显著。以物理学、电子信息科学与技术专业为例,近三年来,学生获得大学生物理教学技能竞赛国家级奖项14项,教学仪器竞赛国家级奖项4项,大学生物理实验竞赛省级奖项7项,大学生电子设计竞赛省级以上奖项40多项。学生科研项目方面,获得国家级创新创业项目1项,省级项目6项,校级项目16项,学生科研经费累积超过12万元。虽然我们在实践教学中,取得了一定的成绩。但也发现一些问题,比如,虚拟仿真教学资源还不够完善,创新性、设计性的实验项目数量不足。在今后的教学中,应当进一步加大虚拟仿真教学资源的自主开发,加强虚拟实验与硬件实验的联系,为培养高素质创新应用型人才提供良好学习平台。

参考文献

[1]肖立娟.大学物理实验教学的现状与教学改革的探究[J].大学物理实验,2015,28(6):114-116.

[2]朱敏.虚拟实验与教学应用研究[D].上海:华东师范大学,2006.

[3]李永涛,毛巍威,刘猛洪,等.提高大学物理实验教学质量的思考[J].大学物理实验,2013,26(1):117-119.

[4]张德钱,刘益民,张玉芹.基于安卓的大学物理实验教学管理系统设计[J].实验科学与技术,2017,15(4):160-162.

[5]洪远泉,周永明.地方高校电子类专业创新教育实践探讨[J].实验科学与技术,2014,12(3):143-145.

[6]张玉芹,洪远泉.Multisim10在大学物理电学实践教学中的应用[J].韶关学院学报,2011,32(4):99-101.

[7]杨建良.运用“虚实结合”构建电类课程实验教学新模式[J].湖南第一师范学院学报,2013,13(6):45-48.

[8]戴朝卿,赵丽华,吕卫君,等.“大物理”教学体系下“互联网+”虚实结合实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2016,33(5):205-208.

作者:张德钱 张玉芹 郑春龙 单位:韶关学院物理与机电工程学院

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