物理实验室管理与发展

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摘要：物理实验是中学物理教学的重要组成部分，随着信息化普及程度的日益增高，物理实验室的管理与发展面临着新的机遇与挑战。本文通过对物理实验室的作用与管理、传统物理实验室存在的问题、虚拟物理实验室的建立、虚拟物理实验室的优点、虚拟物理实验室的不足、物理实验室发展的前景等方面的论述，探讨了互联网时代虚拟物理实验室的现状与未来发展前景。

关键词：物理实验室；虚拟物理实验室；网络化

一、物理实验室的作用与管理

物理学是基础性学科，也是实践性学科。物理实验是物理学的核心组成部分，是物理学产生及发展的基础。只有通过实验，学生才能将课堂上学习的理论与实践结合起来，在实践中理解课本中的知识。为了让学生最大限度地利用物理实验室，在实验室管理方面应遵循如下原则：

1.服务性原则：

实验室管理员要为学生的学习提供最好的服务，准备好充足的实验器材，按时开放实验室，保证每一个学生都能顺利完成实验。

2.开放性原则：

实验室不仅要按照课本的要求提供实验条件，还要根据具体的实验、结合其他教材与教师密切合作，把实验室的工作与教师的课堂教学紧密相连，让实验室成为课堂的延伸。

3.安全性原则：

物理实验中，安全性是至关重要的。像部分电学实验、光学实验，都带有一定的危险性，实验室管理人员的责任十分重大，一定要尽心尽责，保障安全。

4.方便性原则：

实验室既要方便学生，也要方便管理人员进行管理。方便性原则要求管理人员要具有较高的管理水平和较强的管理能力。

5.经济性原则：

一般情况下，物理实验器材的消耗量不大，但也应该遵循经济性原则，尽可能地节约实验器材，从而为更多的学生提供实验条件.

二、传统物理实验室存在的问题

1.验证性实验居多，设计性、探索性实验不足，影响了学生做实验的积极性，降低了物理实验的吸引力。传统物理实验的过程是：教师在课堂上讲解实验理论，然后示范实验过程；学生在实验室中按步骤模仿教师，完成实验。这类实验的过程、目的、方法、步骤、结果都是预知的，学生只是重复一遍过程而已，对学生的吸引力十分有限。

2.低水平的实验居多，多是依靠简单的装置就能完成的小实验，实验设备粗糙、简陋，实验数据误差较大。而高水平的物理实验往往具备高档次的仪器设备，成本很高，无法普及，更无法让每个学生都参与操作。高水平的实验多是教师演示一下即可，学生只能观看。

3.实验次数、实验时间不足，经常有学生还未完成实验就下课的现象出现。

4.封闭型管理，实验室无法与其他学校沟通交流。

5.实验室管理人员工作量大，工作繁重。

6.理论教学与动手实验经常不同步。由于实验室与教室教学的工作进度不一样，理论教学与实验安排常常脱节。讲理论时，实验室安排不开；等安排开了，理论教学早进行到其他部分了。

三、虚拟物理实验室的建立

信息技术的发展为虚拟物理实验室的建立创造了条件。虚拟实验室，即用数字技术在电脑上模拟实验室中的设备、实验过程和实验数据，最终形成数字化的实验结果的电脑虚拟实验室。目前，使用最多的虚拟实验室开发软件主要有JAVA、ActiveX控件、VRML、QuickTimeVR等技术。每个虚拟实验系统均由若干个子模块构成，每个模块均承担着不同的任务，来共同完成模拟实验。随着计算机技术的发展，虚拟实验室的软件水平会不断提高，仿真度也会越来越高。

四、虚拟物理实验室的优点

1.仿真性：虚拟实验室中的虚拟设备，完全模仿现实实验室中的设备，所需物理数据完全采自现实设备，具有相同的物理特性。

2.智能性：虚拟的物理设备有大的数据库作基础，可以实现交互反馈、自动纠错等智能化功能。

3.易用性：可以根据实验内容随时改变数据，从而产生新的实验条件。

4.易维护性：纯数字操作，维护工作简单易行。一个班的学生做完实验，管理人员只需保存数据，然后将数据清零，下一个班即可开始新的实验。

5.交互性：由于是数字化操作，很容易实现人—机交互和人—人交互。交互性的提高，将使实验教学的教学效率大幅度提高。

6.开放性：虚拟实验室可以通过网络实现共享和远程操作。学生只需用账号登录，即可在任何可以上网的地方进行物理实验，这将大大提高实验室的利用率。

7.经济性：在虚拟实验室中，实验都是数字化运行，成本几乎为零。特别是对于一些高成本耗材的物理实验，可以在电脑中无数次重复进行，其经济性显而易见。

五、虚拟物理实验室的不足

虚拟物理实验室的优势很明显，但其不足之处也不容忽视。虚拟物理实验室的设备都是数字化的，与真实环境下的真实物理实验相比，实际上有着不小的距离。因此，虚拟物理实验，只能部分替代真实的物理实验，一些目前还无法数字化的实验因素还无法在虚拟实验中再现，比如材料的味道等。另外虚拟实验对真实实验的模仿，其精确度也是有限的，一些细节问题可能无法模拟。虽然这个问题可以随着设备先进性的提高而得到一定程度的缓解，但虚拟实验永远无法达到真实实验的水平。

六、物理实验室发展的前景

随着计算机技术的高速发展，大数据、云计算等新技术的实现，给虚拟实验室技术带来了发展契机。开放性、动态化将使得虚拟实验室的水平高速发展，其精确度将不断提高，复杂性将日益丰富，交互性、开放性也将达到新的高度。在今天科技飞速进步的背景下，虚拟物理实验室的发展前景一片光明。

参考文献：

[1]李建,曹芝仁,王廷志.创新物理实验室的建立与创新实践[J].江苏教育学院学报:自然科学版,2009(4).

[2]王占民,魏诺.大学物理实验室与创新教育的探讨[J].陕西师范大学学报:自然科学版,2003(S).

作者：耿雪红 单位：甘肃省白银市第一中学