物理實驗室管理與發展

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摘要：物理實驗是中學物理教學的重要組成部分，隨著信息化普及程度的日益增高，物理實驗室的管理與發展面臨著新的機遇與挑戰。本文通過對物理實驗室的作用與管理、傳統物理實驗室存在的問題、虛擬物理實驗室的建立、虛擬物理實驗室的優點、虛擬物理實驗室的不足、物理實驗室發展的前景等方面的論述，探討了互聯網時代虛擬物理實驗室的現狀與未來發展前景。

關鍵詞：物理實驗室；虛擬物理實驗室；網絡化

一、物理實驗室的作用與管理

物理學是基礎性學科，也是實踐性學科。物理實驗是物理學的核心組成部分，是物理學產生及發展的基礎。只有通過實驗，學生才能將課堂上學習的理論與實踐結合起來，在實踐中理解課本中的知識。為了讓學生最大限度地利用物理實驗室，在實驗室管理方面應遵循如下原則：

1.服務性原則：

實驗室管理員要為學生的學習提供最好的服務，準備好充足的實驗器材，按時開放實驗室，保證每一個學生都能順利完成實驗。

2.開放性原則：

實驗室不僅要按照課本的要求提供實驗條件，還要根據具體的實驗、結合其他教材與教師密切合作，把實驗室的工作與教師的課堂教學緊密相連，讓實驗室成為課堂的延伸。

3.安全性原則：

物理實驗中，安全性是至關重要的。像部分電學實驗、光學實驗，都帶有一定的危險性，實驗室管理人員的責任十分重大，一定要盡心盡責，保障安全。

4.方便性原則：

實驗室既要方便學生，也要方便管理人員進行管理。方便性原則要求管理人員要具有較高的管理水平和較強的管理能力。

5.經濟性原則：

一般情況下，物理實驗器材的消耗量不大，但也應該遵循經濟性原則，盡可能地節約實驗器材，從而為更多的學生提供實驗條件.

二、傳統物理實驗室存在的問題

1.驗證性實驗居多，設計性、探索性實驗不足，影響了學生做實驗的積極性，降低了物理實驗的吸引力。傳統物理實驗的過程是：教師在課堂上講解實驗理論，然后示范實驗過程；學生在實驗室中按步驟模仿教師，完成實驗。這類實驗的過程、目的、方法、步驟、結果都是預知的，學生只是重復一遍過程而已，對學生的吸引力十分有限。

2.低水平的實驗居多，多是依靠簡單的裝置就能完成的小實驗，實驗設備粗糙、簡陋，實驗數據誤差較大。而高水平的物理實驗往往具備高檔次的儀器設備，成本很高，無法普及，更無法讓每個學生都參與操作。高水平的實驗多是教師演示一下即可，學生只能觀看。

3.實驗次數、實驗時間不足，經常有學生還未完成實驗就下課的現象出現。

4.封閉型管理，實驗室無法與其他學校溝通交流。

5.實驗室管理人員工作量大，工作繁重。

6.理論教學與動手實驗經常不同步。由于實驗室與教室教學的工作進度不一樣，理論教學與實驗安排常常脫節。講理論時，實驗室安排不開；等安排開了，理論教學早進行到其他部分了。

三、虛擬物理實驗室的建立

信息技術的發展為虛擬物理實驗室的建立創造了條件。虛擬實驗室，即用數字技術在電腦上模擬實驗室中的設備、實驗過程和實驗數據，最終形成數字化的實驗結果的電腦虛擬實驗室。目前，使用最多的虛擬實驗室開發軟件主要有JAVA、ActiveX控件、VRML、QuickTimeVR等技術。每個虛擬實驗系統均由若干個子模塊構成，每個模塊均承擔著不同的任務，來共同完成模擬實驗。隨著計算機技術的發展，虛擬實驗室的軟件水平會不斷提高，仿真度也會越來越高。

四、虛擬物理實驗室的優點

1.仿真性：虛擬實驗室中的虛擬設備，完全模仿現實實驗室中的設備，所需物理數據完全采自現實設備，具有相同的物理特性。

2.智能性：虛擬的物理設備有大的數據庫作基礎，可以實現交互反饋、自動糾錯等智能化功能。

3.易用性：可以根據實驗內容隨時改變數據，從而產生新的實驗條件。

4.易維護性：純數字操作，維護工作簡單易行。一個班的學生做完實驗，管理人員只需保存數據，然后將數據清零，下一個班即可開始新的實驗。

5.交互性：由于是數字化操作，很容易實現人—機交互和人—人交互。交互性的提高，將使實驗教學的教學效率大幅度提高。

6.開放性：虛擬實驗室可以通過網絡實現共享和遠程操作。學生只需用賬號登錄，即可在任何可以上網的地方進行物理實驗，這將大大提高實驗室的利用率。

7.經濟性：在虛擬實驗室中，實驗都是數字化運行，成本幾乎為零。特別是對于一些高成本耗材的物理實驗，可以在電腦中無數次重復進行，其經濟性顯而易見。

五、虛擬物理實驗室的不足

虛擬物理實驗室的優勢很明顯，但其不足之處也不容忽視。虛擬物理實驗室的設備都是數字化的，與真實環境下的真實物理實驗相比，實際上有著不小的距離。因此，虛擬物理實驗，只能部分替代真實的物理實驗，一些目前還無法數字化的實驗因素還無法在虛擬實驗中再現，比如材料的味道等。另外虛擬實驗對真實實驗的模仿，其精確度也是有限的，一些細節問題可能無法模擬。雖然這個問題可以隨著設備先進性的提高而得到一定程度的緩解，但虛擬實驗永遠無法達到真實實驗的水平。

六、物理實驗室發展的前景

隨著計算機技術的高速發展，大數據、云計算等新技術的實現，給虛擬實驗室技術帶來了發展契機。開放性、動態化將使得虛擬實驗室的水平高速發展，其精確度將不斷提高，復雜性將日益豐富，交互性、開放性也將達到新的高度。在今天科技飛速進步的背景下，虛擬物理實驗室的發展前景一片光明。

參考文獻：

[1]李建,曹芝仁,王廷志.創新物理實驗室的建立與創新實踐[J].江蘇教育學院學報:自然科學版,2009(4).

[2]王占民,魏諾.大學物理實驗室與創新教育的探討[J].陜西師范大學學報:自然科學版,2003(S).

作者：耿雪紅 單位：甘肅省白銀市第一中學