物理實(shí)驗教學(xué)思路論文模板
物理學(xué)是研究物質(zhì)運動(dòng)最一般規律和物質(zhì)基本結構的學(xué)科。作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，物理學(xué)研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運動(dòng)形式和規律，因此成為其他各自然科學(xué)學(xué)科的研究基礎。
第1篇：信息技術(shù)在醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)的重要性
摘要：文章在介紹了信息技術(shù)的同時(shí)，強調了將其應用于醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的重要性，據此給出了具體應用策略，并分析了信息技術(shù)在應用過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了具體的解決辦法，希望能夠使醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)建設水平得到進(jìn)一步的提高。
關(guān)鍵詞：信息技術(shù);醫用物理學(xué);實(shí)驗教學(xué);建設;實(shí)踐
信息技術(shù)是以計算機為基礎的技術(shù)，目前已經(jīng)成為了各領(lǐng)域應用的主要技術(shù)之一，同時(shí)也成為了評價(jià)各領(lǐng)域當前發(fā)展水平以及發(fā)展前景的重點(diǎn)。
將信息技術(shù)應用到教育領(lǐng)域，已經(jīng)成為了該領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢。
醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)與信息技術(shù)的結合，對于教學(xué)水平的提高較為有利，因此需要得到有關(guān)人員的重視。
一、將信息技術(shù)應用到醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)建設中的重要性
(一)是當前教育領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢
信息技術(shù)的應用是當前教育領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢。
各行各業(yè)的發(fā)展均需要遵循與時(shí)俱進(jìn)的原則，要充分關(guān)注當前世界同行業(yè)發(fā)展的局面與狀況，并充分利用新技術(shù)與新方法，這樣才能使行業(yè)得到更加快速的成長(cháng)，不至于由于過(guò)于落后而被淘汰。
教育行業(yè)同樣應該如此，要跟隨時(shí)代的步伐，不斷解決問(wèn)題，尤其是醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)，其對于創(chuàng )新性的要求更高，因此，將信息技術(shù)應用起到非常必要。
(二)是提高學(xué)生學(xué)習興趣的主要措施
醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)具有嚴謹性，長(cháng)此以往會(huì )導致學(xué)生失去學(xué)習興趣。
建議當前學(xué)生生理與心理發(fā)展的特點(diǎn)，其對信息技術(shù)通常具有較大的興趣。
將信息技術(shù)應用到教學(xué)過(guò)程中，可以使學(xué)生的學(xué)習興趣被有效的激發(fā)，這對于學(xué)生學(xué)習積極性的提高以及課堂教學(xué)效果的改善均十分有利。
(三)是提高醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)水平的關(guān)鍵
將信息技術(shù)應用到物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中，是提高教學(xué)水平的關(guān)鍵。
傳統教學(xué)方法整體水平相對較低，無(wú)論從教學(xué)方式看，還是從教師與學(xué)生的關(guān)系或地位看，都亟待更新。
信息技術(shù)是當前技術(shù)發(fā)展的主要代表，將其應用于教學(xué)，能夠為其注入新的活力，對醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)水平的提高能夠起到極大的促進(jìn)作用。
二、將信息技術(shù)應用到醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)建設中的策略
(一)信息技術(shù)在醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)預習過(guò)程中的應用
信息技術(shù)可以用于醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)的預習過(guò)程中。
調查顯示，當前學(xué)生對于預習的重視程度有待提高，大部分學(xué)生甚至完全不會(huì )預習，這一現象不僅在其他學(xué)科中存在，在醫用物理學(xué)中同樣存在。
導致上述問(wèn)題存在的原因，一方面在于學(xué)生沒(méi)有充分認識到預習的重要性，另一方面也在于該學(xué)科的預習難度相對較大。
以G-M計數管坪曲線(xiàn)的測定為例，不僅實(shí)驗儀器復雜，同時(shí)操作鍵盤(pán)也相對較多，為學(xué)生預習增加了難度。
將信息技術(shù)用于醫用物理學(xué)的預習，可以有效解決上述問(wèn)題。
將多媒體技術(shù)應用到教學(xué)過(guò)程中，將實(shí)驗的原理以及過(guò)程，以視頻的形式體現出來(lái)，進(jìn)而使學(xué)生能夠通過(guò)觀(guān)看視頻，完整的了解實(shí)驗的每一個(gè)細節，這不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，同時(shí)也能夠達到提高其預習效率的目的。
采用普通數據采集卡和LabWindows/CVI作為開(kāi)發(fā)平臺，針對G-M計數管坪曲線(xiàn)的測定，形成系統軟件，可以有針對性的解決其操作復雜的問(wèn)題，對于學(xué)生操作便利性的提高以及難度的降低能夠起到一定的幫助作用。
(二)信息技術(shù)在醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)評價(jià)過(guò)程中的應用
信息技術(shù)應用與醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)評價(jià)過(guò)程中，同樣能夠達到提高該學(xué)科教學(xué)水平的目的。
教學(xué)評價(jià)應本著(zhù)客觀(guān)性與合理性的原則來(lái)實(shí)現，這樣才能提高說(shuō)服力，使學(xué)生真正認識到自身存在的缺陷與不足。
就目前的情況看，醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)評價(jià)主要以理論考試、口試以及操作考試三方面為主，上述教學(xué)評價(jià)方法，在一定程度上能夠反映學(xué)生對知識的掌握情況，但具有很大的漏洞，容易導致學(xué)生作弊等現象的發(fā)生。
將信息技術(shù)應用到該學(xué)科教學(xué)評價(jià)過(guò)程中，以平時(shí)的實(shí)驗數據為依據，采用信息技術(shù)對其進(jìn)行總結與處理，能夠有效的了解學(xué)生真實(shí)的學(xué)習水平，這對于教學(xué)評價(jià)合理性的提高十分有利。
三、信息技術(shù)的應用面臨的問(wèn)題與解決辦法
(一)信息技術(shù)的應用面臨的問(wèn)題
1.軟件與硬件的配套問(wèn)題
軟件與硬件需配套使用，才能夠使信息技術(shù)真正發(fā)揮其價(jià)值。
就目前的情況看，醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)存在的問(wèn)題在于，僅僅具備硬件基礎，卻并未將軟件與其配套使用，從某種程度上看，這導致了硬件資源的浪費，對于教學(xué)水平的提高會(huì )產(chǎn)生一定的阻礙。
2.教學(xué)模式問(wèn)題
目前，醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)模式仍然以教師教、學(xué)生學(xué)為主，即教師仍扮演著(zhù)課堂主體的角色，學(xué)生僅僅能夠觀(guān)察到教師的實(shí)驗過(guò)程，但很少真正的參與到實(shí)踐過(guò)程中，真正開(kāi)展實(shí)驗，這是導致學(xué)生實(shí)驗操作能力差的主要原因。
改革上述教學(xué)模式，是提高醫用物理學(xué)教學(xué)水平，改革其教學(xué)模式的主要策略。
除此之外，傳統教學(xué)模式還會(huì )導致學(xué)生失去學(xué)習興趣，從長(cháng)遠的角度看必定會(huì )影響教學(xué)水平。
3.教師技能問(wèn)題
信息技術(shù)的應用對教師技能提出了更高的要求。
一部分教師任教時(shí)間長(cháng)，雖具有較為豐富的教學(xué)經(jīng)驗，但對于信息技術(shù)卻知之甚少，因此其在教學(xué)過(guò)程中，也就無(wú)法充分利用該技術(shù)，進(jìn)而導致醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革與優(yōu)化過(guò)程無(wú)法順利實(shí)現。
上述問(wèn)題的解決應從教師的培訓入手來(lái)實(shí)驗，除此之外，在自身技能的提高方面，教師也應作出一定的努力。
(二)問(wèn)題的解決辦法
為解決上述問(wèn)題，應實(shí)施具有針對性的策略，在提高軟件與硬件配套性基礎上，改善教學(xué)模式，提高教師技能，為教學(xué)環(huán)境的優(yōu)化提供保證。
1.提高軟件與硬件的配套性
提高軟件與硬件的配套性，是解決當前應用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)存在的軟件與硬件不配套問(wèn)題的主要方法。
要避免將計算機資源閑置，要將其真正用于實(shí)驗教學(xué)，以提高教學(xué)水平。
對此，學(xué)校要認識到應用軟件的重要性，要在專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的幫助下，提高軟件應用的可靠性，并使其能夠有效發(fā)揮其價(jià)值，為醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)水平的提高帶來(lái)更大的幫助。
2.改善教學(xué)模式
改善教學(xué)模式同樣十分重要。
傳統教學(xué)模式以教師教、學(xué)生學(xué)為主，不僅剝奪了學(xué)生的主體地位，同時(shí)也會(huì )阻礙其創(chuàng )造力的發(fā)揮，從短期看，會(huì )導致學(xué)生學(xué)習興趣降低，學(xué)習水平停滯不前，從長(cháng)期看，則會(huì )對學(xué)生以創(chuàng )新能力為代表的綜合素質(zhì)的降低，對于其就業(yè)等都十分不利。
對此，必須及時(shí)改善教學(xué)模式。
要改變教師的主體地位，將學(xué)生作為課堂的主體，將課堂大部分時(shí)間交給學(xué)生，使學(xué)生可以獲得動(dòng)手操作實(shí)驗的機會(huì )，以充分激發(fā)起學(xué)校以及思考的興趣，這不僅能夠培養學(xué)生的動(dòng)手操作能力，同時(shí)還能夠使學(xué)生更加深入的了解實(shí)驗步驟以及相應知識，對于其思維能力以及創(chuàng )造能力的培養都十分有利。
另外，教師在課堂中則要發(fā)揮引導作用，要加強對學(xué)生的引導，在學(xué)生操作存在問(wèn)題時(shí)，幫助其解決。
除此之外，還應將以多媒體為代表的信息化技術(shù)應用到教學(xué)過(guò)程中，將實(shí)驗過(guò)程展示在多媒體中，提高實(shí)驗的可視化程度，并將相應電子資源通過(guò)社交軟件等形式發(fā)送給學(xué)生，使學(xué)生可以隨時(shí)觀(guān)看實(shí)驗，提高學(xué)生對知識的掌握水平。
3.提高教師技能
鑒于當前一部分教師存在的計算機以及信息化技能達不到要求的問(wèn)題，要極大力度提高教師技能。
可以通過(guò)培訓的方法，使教師獲得更多信息技術(shù)知識以及對信息化技術(shù)的利用手段，使其能夠將其順利應用到課堂當中，提高教學(xué)效率與水平。
除此之外，教師自己也應認識到提高技能的重要性，要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )等種種途徑，學(xué)習更多的有關(guān)信息化技術(shù)的知識，并多多觀(guān)看將上述技術(shù)應用到醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的視頻，以為醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)建設質(zhì)量的提升帶來(lái)更大的支持。
四、結束語(yǔ)
綜上所述，傳統教學(xué)方法的應用會(huì )阻礙醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)的建設與創(chuàng )新，應將信息技術(shù)應用到具體教學(xué)過(guò)程中，為學(xué)生創(chuàng )造更好的預習環(huán)境，降低預習難度，提高預習效率，與此同時(shí)，還應將其用于教學(xué)評價(jià)過(guò)程中，以?xún)?yōu)化教學(xué)評價(jià)過(guò)程，提高評價(jià)的合理性與客觀(guān)性，使之能夠真正反映學(xué)生的學(xué)習水平。
針對當前醫用物理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題，要提出不同的策略對其加以解決，以最大程度的提高教學(xué)建設水平。
參考文獻
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第2篇：虛實(shí)結合的物理實(shí)驗教學(xué)探討
摘要：實(shí)驗教學(xué)如何借助虛擬仿真技術(shù)有效地提升教學(xué)效果，是實(shí)驗教學(xué)界普遍關(guān)注的課題。
本文結合自主開(kāi)發(fā)的教學(xué)實(shí)驗項目，介紹我校開(kāi)展虛實(shí)結合的物理實(shí)驗教學(xué)的理念和實(shí)踐———一種既實(shí)又虛的實(shí)驗教學(xué)新模式：在不削弱現有實(shí)驗訓練強度的基礎上，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗幫助學(xué)生對實(shí)驗內容，特別是其中的難點(diǎn)，有更深入、更全面的理解，以期學(xué)生能掌握實(shí)驗背后的物理及實(shí)驗設計思路等。
關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);虛實(shí)結合;教學(xué)模式;教學(xué)效果
“教育部辦公廳關(guān)于開(kāi)展2015年國家級虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設工作的通知”明確要求“虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設應充分體現虛實(shí)結合、相互補充、能實(shí)不虛的原則，實(shí)現真實(shí)實(shí)驗不具備或難以完成的教學(xué)功能。
在涉及高�；驑O端的環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時(shí)，提供可靠、安全和經(jīng)濟的實(shí)驗項目。
”對“虛實(shí)結合、相互補充、能實(shí)不虛”的建設原則，不少同行理解為虛擬仿真實(shí)驗主要是替代或補充實(shí)際的實(shí)驗教學(xué)，進(jìn)而開(kāi)始懷疑：削弱現行的實(shí)際實(shí)驗教學(xué)的強度，實(shí)驗教學(xué)的效果還能保證嗎?本已有較明顯不足的學(xué)生實(shí)驗能力是否會(huì )進(jìn)一步弱化?還能支持他們的長(cháng)遠發(fā)展嗎?這或許是近幾年獲批成立的虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心中，工程類(lèi)和實(shí)訓類(lèi)明顯占優(yōu)勢，而基礎學(xué)科類(lèi)明顯偏少的一個(gè)原因。
然而，現有的實(shí)驗課時(shí)數不明顯少于國外高校且已經(jīng)比較系統化的實(shí)驗訓練，學(xué)生的實(shí)驗能力還存在較大的提高空間，現行的實(shí)驗訓練在課程設計、教學(xué)實(shí)踐的某些環(huán)節應該存在著(zhù)亟需改進(jìn)和優(yōu)化之處。
如此，我們不妨從另一個(gè)角度來(lái)理解虛擬仿真實(shí)驗的建設原則：能否在現行的實(shí)驗教學(xué)體系的基礎上，充分挖掘虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢，嘗試去解決實(shí)際實(shí)驗教學(xué)中存在的深度、廣度上，以及對學(xué)生能力發(fā)展的促進(jìn)作用等方面的不足?很顯然，這需要“虛實(shí)結合”的實(shí)驗教學(xué)，既實(shí)又虛———基于現有的實(shí)驗項目，開(kāi)發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗內容，不僅僅是幫助學(xué)生預習，更重要的是幫助學(xué)生提高對實(shí)驗的理解和掌握，進(jìn)而改善實(shí)驗訓練的效果，提升學(xué)生的實(shí)驗綜合能力。
本文將結合具體的實(shí)驗案例，介紹復旦大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中的建設理念和教學(xué)實(shí)踐：既實(shí)又虛的實(shí)驗教學(xué)模式。
1復旦大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)的建設歷程和現有課程體系
上世紀90年代，復旦大學(xué)物理學(xué)系在全國較早開(kāi)展計算機輔助教學(xué)(CAI)研究，鐘萬(wàn)蘅老師帶領(lǐng)研究團隊編制固體物理、統計物理、近代物理等課程內容的虛擬仿真軟件，將氣體擴散、晶格振動(dòng)模式、斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗等學(xué)生較難理解的內容通過(guò)科學(xué)的計算，以動(dòng)畫(huà)、可任意轉動(dòng)的立體模型等形式展現出來(lái)，促進(jìn)了學(xué)生對這些內容的掌握。
鐘萬(wàn)蘅老師的團隊制作的教學(xué)軟件在全國評比中多次獲獎。
在此之后，專(zhuān)門(mén)開(kāi)設的“物理CAI課件設計”一直是我校的特色課程，該課程要求學(xué)生通過(guò)實(shí)踐來(lái)學(xué)習、掌握Photoshop，Flash，DreamWeaver，3DMAX等虛擬仿真課件制作工具和C++，VisualBasic，Delphi，Java等常用編程語(yǔ)言，不僅能夠經(jīng)常開(kāi)發(fā)制作一些虛擬仿真實(shí)驗項目和課堂教學(xué)演示軟件，還能鍛煉學(xué)生的計算機使用能力，特別是在制作軟件的過(guò)程中，所討論問(wèn)題的物理圖像會(huì )更加清晰。
在2000年前后，沈元華老師帶領(lǐng)團隊開(kāi)發(fā)用于幫助學(xué)生做好實(shí)驗預習的虛擬仿真實(shí)驗，包括“邁克耳孫干涉儀預習CAI”和“真空系統實(shí)驗CAI”。
“邁克耳孫干涉儀預習CAI”通過(guò)錄像、動(dòng)畫(huà)等多媒體手段，對實(shí)驗的原理、儀器的構造和調節方法等作了較為詳細的介紹，幫助學(xué)生更高效地做好實(shí)驗預習，提高學(xué)生實(shí)驗室做實(shí)驗的效率和對實(shí)驗內容的掌握。
“真空系統實(shí)驗CAI”建立虛擬實(shí)驗環(huán)境中的高真空實(shí)驗系統，為各真空部件和操作單元設計獨立的狀態(tài)表及相互聯(lián)系，允許學(xué)生對各操作單元進(jìn)行獨立操作，并模擬、記錄、展示“當前操作”長(cháng)時(shí)間運行的結果，該軟件可以讓學(xué)生了解正常的操作流程，明白各種錯誤操作會(huì )導致的儀器損壞，并掌握如何通過(guò)監測儀表等及時(shí)發(fā)現自己的錯誤操作，以便及時(shí)糾正。
“真空系統實(shí)驗CAI”教學(xué)軟件的使用不但提高了高真空實(shí)驗的訓練效果，還可以避免因為學(xué)生操作不當而不及時(shí)糾正導致真空系統的損壞。
經(jīng)過(guò)二十余年的開(kāi)發(fā)積累和教學(xué)實(shí)踐，我們已建成了特色鮮明的虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)體系，包括“虛擬仿真實(shí)驗開(kāi)發(fā)課”、“虛實(shí)結合的實(shí)驗教學(xué)”、“醫學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗”和“互聯(lián)網(wǎng)遠程控制實(shí)驗”4個(gè)模塊。
1.1專(zhuān)門(mén)開(kāi)設“虛擬仿真實(shí)驗開(kāi)發(fā)課”
虛擬仿真實(shí)驗課包括“物理CAI課件設計”和“計算物理模擬實(shí)驗”，訓練學(xué)生自主開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗的能力。
該課程要求學(xué)生基于分子動(dòng)力學(xué)模擬和第一性原理計算，運用計算圖像顯示技術(shù)，針對1個(gè)或多個(gè)物理知識難點(diǎn)，結合當前凝聚態(tài)物理研究前沿，設計虛擬仿真實(shí)驗，幫助學(xué)生了解并領(lǐng)會(huì )計算物理基本內涵與技巧，初步掌握計算物理處理實(shí)際問(wèn)題的思路與策略，為訓練與提高科研能力打下基礎。
基于這些課程，在獨立開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗的過(guò)程中，學(xué)生能較好地掌握如何構建物理模型，對描述物理體系的關(guān)鍵參量的理解更加深入，物理體系隨參量化過(guò)程的物理圖像也更清晰。
這些課程受到學(xué)生的普遍歡迎。
1.2在實(shí)驗課程的日常教學(xué)中，引入多款通用的設計、仿真軟件，深入開(kāi)展虛實(shí)結合的實(shí)驗教學(xué)新模式
虛實(shí)結合的實(shí)驗教學(xué)除了可以補充實(shí)驗課程內容上的不足(很難可持續地開(kāi)展易耗、高成本、高危性質(zhì)的教學(xué)實(shí)驗)，或者幫助學(xué)生做好實(shí)驗前的預習準備，提高實(shí)驗課的效率，更可以借助自主開(kāi)發(fā)的實(shí)際實(shí)驗和虛擬仿真相結合的實(shí)驗項目，發(fā)揮實(shí)驗操作訓練和虛擬仿真各自的優(yōu)勢，深入挖掘實(shí)驗現象背后的物理實(shí)質(zhì)，直觀(guān)地展示知識難點(diǎn)，詳盡地剖析實(shí)驗技術(shù)的精髓，加深學(xué)生對實(shí)驗的理解，讓學(xué)生在充分理解的基礎上做好實(shí)驗，還能“無(wú)成本”地拓寬和加深實(shí)驗教學(xué)的內容，提高實(shí)驗綜合能力培養的水平。
在實(shí)驗教學(xué)中引入的虛擬仿真軟件包括：電路仿真軟件MultiSim和OrCAD;光學(xué)系統設計仿真軟件TracePro和Ze-max;機械3D設計軟件SolidWorks、ProE;電子光學(xué)仿真軟件SimIon;多物理場(chǎng)模擬軟件Com-sol;荷能離子轟擊固體表面的模擬軟件SRIM和Trim-DYN;高能粒子和物質(zhì)相互作用模擬軟件Geant4。
1.3自主建設的醫學(xué)物理模擬實(shí)驗
為了揭示人體的物理奧秘，利用物理知識開(kāi)展精確醫學(xué)診療，為醫學(xué)生開(kāi)設“醫學(xué)物理與實(shí)驗”新課程，自主研制了聽(tīng)覺(jué)物理、呼吸物理以及血液循環(huán)等虛擬仿真系統。
研制的蘋(píng)果手機應用軟件“Love-Ears”，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行與聽(tīng)覺(jué)物理相關(guān)的虛擬實(shí)驗;肺呼吸物理仿真模型可以模擬肺的粘彈性及病理特征，進(jìn)行肺順應性曲線(xiàn)的模擬測量;正在建設的血液循環(huán)虛擬仿真系統，可以模擬各種心血管疾病形成的物理因素。
1.4自主建設的互聯(lián)網(wǎng)遠程控制實(shí)驗
“網(wǎng)絡(luò )控制牛頓環(huán)實(shí)驗”和“網(wǎng)絡(luò )控制靜電實(shí)驗”允許學(xué)生在任何時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )操作實(shí)驗設備，得到實(shí)驗結果;在建的“網(wǎng)絡(luò )控制單擺實(shí)驗”則允許實(shí)時(shí)測量重力加速度隨海拔和緯度的變化。
2虛實(shí)結合的實(shí)驗教學(xué)案例
2.1積木式光柵光譜儀的設計與搭建
實(shí)驗光柵光譜儀是使用非常廣泛的科學(xué)儀器，我們的實(shí)驗教學(xué)體系中也有多個(gè)與光柵光譜儀相關(guān)的教學(xué)實(shí)驗項目，包括“光柵光譜儀的應用”和“氫光譜與類(lèi)氫光譜實(shí)驗”，但學(xué)生對光柵光譜儀的結構如何、分辨率與信噪比跟哪些因素有關(guān)等內容掌握得不深入、不全面，而在二維平面上光學(xué)元件調節技能方面的欠缺更是明顯;為此，我們專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了虛實(shí)結合的“積木式光柵光譜儀的設計與搭建實(shí)驗”。
實(shí)驗要求學(xué)生借助TracePro、Zemax等光學(xué)設計軟件，選擇光學(xué)元器件，設計、搭建、調試滿(mǎn)足自己需求的光柵光譜儀(如：波長(cháng)分辨率優(yōu)于1nm等)。
學(xué)生在確定光譜儀性能指標后，在TracePro、Zemax等光學(xué)工程設計軟中建立光柵光譜儀的模型，然后調節模型中各元件的參量設置，設定輸入條件，得到模擬的光路圖，然后根據自己的需要，對模型中各元件的參量(包括會(huì )聚透鏡的面積、光柵的光柵常量以及它們的空間參量)設置進(jìn)行調整，得到趨近于自己的設計目標的光譜結果。
基于自己設計的模型，學(xué)生可以在實(shí)驗室選擇相應的光學(xué)元件，在光學(xué)平臺上搭建光譜儀，比較自己的光譜儀的輸出結果和軟件模擬的結果;再利用設計軟件對光譜儀的參量設置進(jìn)行嘗試性調節，以尋找實(shí)際光譜儀輸出結果與模擬結果之間產(chǎn)生差異的原因，進(jìn)而高效地完成光譜儀的調節和性能優(yōu)化，完成滿(mǎn)足自己設定指標的光柵光譜儀。
2.2克拉尼圖形實(shí)驗
共振是日常生活和科學(xué)研究中經(jīng)常遇到的現象，其數學(xué)描述比較復雜，特別是實(shí)際體系較為復雜的邊界條件往往使波動(dòng)方程的數學(xué)求解變得很困難，甚至無(wú)法得出解析解，而解析解往往也是用特殊函數表達，很不直觀(guān)，學(xué)生很難建立數學(xué)解與實(shí)際實(shí)驗現象之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而影響對實(shí)驗內容的掌握，用方形薄板和三角形薄板演示克拉尼圖形就存在這樣的問(wèn)題。
為此，開(kāi)發(fā)了虛實(shí)結合的“克拉尼圖形”實(shí)驗。
實(shí)驗要求學(xué)生首先用壓電陶瓷片驅動(dòng)金屬薄圓盤(pán)，借助細沙粒得到薄圓盤(pán)在不同頻率下的共振模式。
然后嘗試給出其數學(xué)解，并在Comsol軟件中建立二維圓盤(pán)的模型，得到其共振模式，比較并分析實(shí)驗測量結果與模擬結果、解析解之間的異同，進(jìn)而利用模擬軟件研究圓盤(pán)參量(如材料、大小、厚度等)變化時(shí)，圓盤(pán)共振頻率和共振模式如何變化。
3總結和展望
虛實(shí)結合的實(shí)驗教學(xué)可以讓學(xué)生更好地理解實(shí)驗現象背后的物理實(shí)質(zhì)，從而明明白白地做實(shí)驗，而不是機械地參考實(shí)驗講義完成實(shí)驗。
虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗教學(xué)中的合理使用，可以幫助學(xué)生自主建立物理模型，把握研究對象、實(shí)驗系統的關(guān)鍵特性，理解實(shí)驗方法的設計思路，學(xué)習合理地評估實(shí)驗結果，有望明顯改善實(shí)驗教學(xué)的效果。
2015年，我們申報國家級虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心獲得批準。
在今后的建設過(guò)程中，我們將建設更多的虛實(shí)結合的實(shí)驗教學(xué)案例，更全面地實(shí)踐“虛實(shí)結合”的實(shí)驗教學(xué)模式，為切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗能力繼續探索。
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