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物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科。作為自然科學的帶頭學科，物理學研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律，因此成為其他各自然科學學科的研究基礎。
第1篇：信息技術在醫用物理學實驗教學的重要性
摘要：文章在介紹了信息技術的同時，強調了將其應用于醫用物理學實驗教學中的重要性，據此給出了具體應用策略，并分析了信息技術在應用過程中存在的問題，提出了具體的解決辦法，希望能夠使醫用物理學實驗教學建設水平得到進一步的提高。
關鍵詞：信息技術;醫用物理學;實驗教學;建設;實踐
信息技術是以計算機為基礎的技術，目前已經成為了各領域應用的主要技術之一，同時也成為了評價各領域當前發展水平以及發展前景的重點。
將信息技術應用到教育領域，已經成為了該領域發展的主要趨勢。
醫用物理學實驗教學與信息技術的結合，對于教學水平的提高較為有利，因此需要得到有關人員的重視。
一、將信息技術應用到醫用物理學實驗教學建設中的重要性
(一)是當前教育領域發展的主要趨勢
信息技術的應用是當前教育領域發展的主要趨勢。
各行各業的發展均需要遵循與時俱進的原則，要充分關注當前世界同行業發展的局面與狀況，并充分利用新技術與新方法，這樣才能使行業得到更加快速的成長，不至于由于過于落后而被淘汰。
教育行業同樣應該如此，要跟隨時代的步伐，不斷解決問題，尤其是醫用物理學實驗教學，其對于創新性的要求更高，因此，將信息技術應用起到非常必要。
(二)是提高學生學習興趣的主要措施
醫用物理學實驗教學具有嚴謹性，長此以往會導致學生失去學習興趣。
建議當前學生生理與心理發展的特點，其對信息技術通常具有較大的興趣。
將信息技術應用到教學過程中，可以使學生的學習興趣被有效的激發，這對于學生學習積極性的提高以及課堂教學效果的改善均十分有利。
(三)是提高醫用物理學實驗教學水平的關鍵
將信息技術應用到物理學實驗教學中，是提高教學水平的關鍵。
傳統教學方法整體水平相對較低，無論從教學方式看，還是從教師與學生的關系或地位看，都亟待更新。
信息技術是當前技術發展的主要代表，將其應用于教學，能夠為其注入新的活力，對醫用物理學實驗教學水平的提高能夠起到極大的促進作用。
二、將信息技術應用到醫用物理學實驗教學建設中的策略
(一)信息技術在醫用物理學實驗教學預習過程中的應用
信息技術可以用于醫用物理學實驗教學的預習過程中。
調查顯示，當前學生對于預習的重視程度有待提高，大部分學生甚至完全不會預習，這一現象不僅在其他學科中存在，在醫用物理學中同樣存在。
導致上述問題存在的原因，一方面在于學生沒有充分認識到預習的重要性，另一方面也在于該學科的預習難度相對較大。
以G-M計數管坪曲線的測定為例，不僅實驗儀器復雜，同時操作鍵盤也相對較多，為學生預習增加了難度。
將信息技術用于醫用物理學的預習，可以有效解決上述問題。
將多媒體技術應用到教學過程中，將實驗的原理以及過程，以視頻的形式體現出來，進而使學生能夠通過觀看視頻，完整的了解實驗的每一個細節，這不僅能夠激發學生的學習興趣，同時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作為開發平臺，針對G-M計數管坪曲線的測定，形成系統軟件，可以有針對性的解決其操作復雜的問題，對于學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)信息技術在醫用物理學實驗教學評價過程中的應用
信息技術應用與醫用物理學實驗教學評價過程中，同樣能夠達到提高該學科教學水平的目的。
教學評價應本著客觀性與合理性的原則來實現，這樣才能提高說服力，使學生真正認識到自身存在的缺陷與不足。
就目前的情況看，醫用物理學實驗教學評價主要以理論考試、口試以及操作考試三方面為主，上述教學評價方法，在一定程度上能夠反映學生對知識的掌握情況，但具有很大的漏洞，容易導致學生作弊等現象的發生。
將信息技術應用到該學科教學評價過程中，以平時的實驗數據為依據，采用信息技術對其進行總結與處理，能夠有效的了解學生真實的學習水平，這對于教學評價合理性的提高十分有利。
三、信息技術的應用面臨的問題與解決辦法
(一)信息技術的應用面臨的問題
1.軟件與硬件的配套問題
軟件與硬件需配套使用，才能夠使信息技術真正發揮其價值。
就目前的情況看，醫用物理學實驗教學存在的問題在于，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，對于教學水平的提高會產生一定的阻礙。
2.教學模式問題
目前，醫用物理學實驗教學模式仍然以教師教、學生學為主，即教師仍扮演著課堂主體的角色，學生僅僅能夠觀察到教師的實驗過程，但很少真正的參與到實踐過程中，真正開展實驗，這是導致學生實驗操作能力差的主要原因。
改革上述教學模式，是提高醫用物理學教學水平，改革其教學模式的主要策略。
除此之外，傳統教學模式還會導致學生失去學習興趣，從長遠的角度看必定會影響教學水平。
3.教師技能問題
信息技術的應用對教師技能提出了更高的要求。
一部分教師任教時間長，雖具有較為豐富的教學經驗，但對于信息技術卻知之甚少，因此其在教學過程中，也就無法充分利用該技術，進而導致醫用物理學實驗教學改革與優化過程無法順利實現。
上述問題的解決應從教師的培訓入手來實驗，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)問題的解決辦法
為解決上述問題，應實施具有針對性的策略，在提高軟件與硬件配套性基礎上，改善教學模式，提高教師技能，為教學環境的優化提供保證。
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實驗教學存在的軟件與硬件不配套問題的主要方法。
要避免將計算機資源閑置，要將其真正用于實驗教學，以提高教學水平。
對此，學校要認識到應用軟件的重要性，要在專業技術人員的幫助下，提高軟件應用的可靠性，并使其能夠有效發揮其價值，為醫用物理學實驗教學水平的提高帶來更大的幫助。
2.改善教學模式
改善教學模式同樣十分重要。
傳統教學模式以教師教、學生學為主，不僅剝奪了學生的主體地位，同時也會阻礙其創造力的發揮，從短期看，會導致學生學習興趣降低，學習水平停滯不前，從長期看，則會對學生以創新能力為代表的綜合素質的降低，對于其就業等都十分不利。
對此，必須及時改善教學模式。
要改變教師的主體地位，將學生作為課堂的主體，將課堂大部分時間交給學生，使學生可以獲得動手操作實驗的機會，以充分激發起學校以及思考的興趣，這不僅能夠培養學生的動手操作能力，同時還能夠使學生更加深入的了解實驗步驟以及相應知識，對于其思維能力以及創造能力的培養都十分有利。
另外，教師在課堂中則要發揮引導作用，要加強對學生的引導，在學生操作存在問題時，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應用到教學過程中，將實驗過程展示在多媒體中，提高實驗的可視化程度，并將相應電子資源通過社交軟件等形式發送給學生，使學生可以隨時觀看實驗，提高學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題，要極大力度提高教師技能。
可以通過培訓的方法，使教師獲得更多信息技術知識以及對信息化技術的利用手段，使其能夠將其順利應用到課堂當中，提高教學效率與水平。
除此之外，教師自己也應認識到提高技能的重要性，要通過網絡等種種途徑，學習更多的有關信息化技術的知識，并多多觀看將上述技術應用到醫用物理學實驗教學中的視頻，以為醫用物理學實驗教學建設質量的提升帶來更大的支持。
四、結束語
綜上所述，傳統教學方法的應用會阻礙醫用物理學實驗教學的建設與創新，應將信息技術應用到具體教學過程中，為學生創造更好的預習環境，降低預習難度，提高預習效率，與此同時，還應將其用于教學評價過程中，以優化教學評價過程，提高評價的合理性與客觀性，使之能夠真正反映學生的學習水平。
針對當前醫用物理學實驗教學中存在的問題，要提出不同的策略對其加以解決，以最大程度的提高教學建設水平。
參考文獻
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第2篇：虛實結合的物理實驗教學探討
摘要：實驗教學如何借助虛擬仿真技術有效地提升教學效果，是實驗教學界普遍關注的課題。
本文結合自主開發的教學實驗項目，介紹我校開展虛實結合的物理實驗教學的理念和實踐———一種既實又虛的實驗教學新模式：在不削弱現有實驗訓練強度的基礎上，通過虛擬仿真實驗幫助學生對實驗內容，特別是其中的難點，有更深入、更全面的理解，以期學生能掌握實驗背后的物理及實驗設計思路等。
關鍵詞：虛擬仿真技術;虛實結合;教學模式;教學效果
“教育部辦公廳關于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知”明確要求“虛擬仿真實驗教學中心建設應充分體現虛實結合、相互補充、能實不虛的原則，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。
在涉及高危或極端的環境，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，提供可靠、安全和經濟的實驗項目。
”對“虛實結合、相互補充、能實不虛”的建設原則，不少同行理解為虛擬仿真實驗主要是替代或補充實際的實驗教學，進而開始懷疑：削弱現行的實際實驗教學的強度，實驗教學的效果還能保證嗎?本已有較明顯不足的學生實驗能力是否會進一步弱化?還能支持他們的長遠發展嗎?這或許是近幾年獲批成立的虛擬仿真實驗教學中心中，工程類和實訓類明顯占優勢，而基礎學科類明顯偏少的一個原因。
然而，現有的實驗課時數不明顯少于國外高校且已經比較系統化的實驗訓練，學生的實驗能力還存在較大的提高空間，現行的實驗訓練在課程設計、教學實踐的某些環節應該存在著亟需改進和優化之處。
如此，我們不妨從另一個角度來理解虛擬仿真實驗的建設原則：能否在現行的實驗教學體系的基礎上，充分挖掘虛擬仿真技術的優勢，嘗試去解決實際實驗教學中存在的深度、廣度上，以及對學生能力發展的促進作用等方面的不足?很顯然，這需要“虛實結合”的實驗教學，既實又虛———基于現有的實驗項目，開發的虛擬仿真實驗內容，不僅僅是幫助學生預習，更重要的是幫助學生提高對實驗的理解和掌握，進而改善實驗訓練的效果，提升學生的實驗綜合能力。
本文將結合具體的實驗案例，介紹復旦大學物理虛擬仿真實驗教學中的建設理念和教學實踐：既實又虛的實驗教學模式。
1復旦大學物理虛擬仿真實驗教學的建設歷程和現有課程體系
上世紀90年代，復旦大學物理學系在全國較早開展計算機輔助教學(CAI)研究，鐘萬蘅老師帶領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、晶格振動模式、斯特恩-蓋拉赫實驗等學生較難理解的內容通過科學的計算，以動畫、可任意轉動的立體模型等形式展現出來，促進了學生對這些內容的掌握。
鐘萬蘅老師的團隊制作的教學軟件在全國評比中多次獲獎。
在此之后，專門開設的“物理CAI課件設計”一直是我校的特色課程，該課程要求學生通過實踐來學習、掌握Photoshop，Flash，DreamWeaver，3DMAX等虛擬仿真課件制作工具和C++，VisualBasic，Delphi，Java等常用編程語言，不僅能夠經常開發制作一些虛擬仿真實驗項目和課堂教學演示軟件，還能鍛煉學生的計算機使用能力，特別是在制作軟件的過程中，所討論問題的物理圖像會更加清晰。
在2000年前后，沈元華老師帶領團隊開發用于幫助學生做好實驗預習的虛擬仿真實驗，包括“邁克耳孫干涉儀預習CAI”和“真空系統實驗CAI”。
“邁克耳孫干涉儀預習CAI”通過錄像、動畫等多媒體手段，對實驗的原理、儀器的構造和調節方法等作了較為詳細的介紹，幫助學生更高效地做好實驗預習，提高學生實驗室做實驗的效率和對實驗內容的掌握。
“真空系統實驗CAI”建立虛擬實驗環境中的高真空實驗系統，為各真空部件和操作單元設計獨立的狀態表及相互聯系，允許學生對各操作單元進行獨立操作，并模擬、記錄、展示“當前操作”長時間運行的結果，該軟件可以讓學生了解正常的操作流程，明白各種錯誤操作會導致的儀器損壞，并掌握如何通過監測儀表等及時發現自己的錯誤操作，以便及時糾正。
“真空系統實驗CAI”教學軟件的使用不但提高了高真空實驗的訓練效果，還可以避免因為學生操作不當而不及時糾正導致真空系統的損壞。
經過二十余年的開發積累和教學實踐，我們已建成了特色鮮明的虛擬仿真實驗教學體系，包括“虛擬仿真實驗開發課”、“虛實結合的實驗教學”、“醫學物理虛擬仿真實驗”和“互聯網遠程控制實驗”4個模塊。
1.1專門開設“虛擬仿真實驗開發課”
虛擬仿真實驗課包括“物理CAI課件設計”和“計算物理模擬實驗”，訓練學生自主開發虛擬仿真實驗的能力。
該課程要求學生基于分子動力學模擬和第一性原理計算，運用計算圖像顯示技術，針對1個或多個物理知識難點，結合當前凝聚態物理研究前沿，設計虛擬仿真實驗，幫助學生了解并領會計算物理基本內涵與技巧，初步掌握計算物理處理實際問題的思路與策略，為訓練與提高科研能力打下基礎。
基于這些課程，在獨立開發虛擬仿真實驗的過程中，學生能較好地掌握如何構建物理模型，對描述物理體系的關鍵參量的理解更加深入，物理體系隨參量化過程的物理圖像也更清晰。
這些課程受到學生的普遍歡迎。
1.2在實驗課程的日常教學中，引入多款通用的設計、仿真軟件，深入開展虛實結合的實驗教學新模式
虛實結合的實驗教學除了可以補充實驗課程內容上的不足(很難可持續地開展易耗、高成本、高危性質的教學實驗)，或者幫助學生做好實驗前的預習準備，提高實驗課的效率，更可以借助自主開發的實際實驗和虛擬仿真相結合的實驗項目，發揮實驗操作訓練和虛擬仿真各自的優勢，深入挖掘實驗現象背后的物理實質，直觀地展示知識難點，詳盡地剖析實驗技術的精髓，加深學生對實驗的理解，讓學生在充分理解的基礎上做好實驗，還能“無成本”地拓寬和加深實驗教學的內容，提高實驗綜合能力培養的水平。
在實驗教學中引入的虛擬仿真軟件包括：電路仿真軟件MultiSim和OrCAD;光學系統設計仿真軟件TracePro和Ze-max;機械3D設計軟件SolidWorks、ProE;電子光學仿真軟件SimIon;多物理場模擬軟件Com-sol;荷能離子轟擊固體表面的模擬軟件SRIM和Trim-DYN;高能粒子和物質相互作用模擬軟件Geant4。
1.3自主建設的醫學物理模擬實驗
為了揭示人體的物理奧秘，利用物理知識開展精確醫學診療，為醫學生開設“醫學物理與實驗”新課程，自主研制了聽覺物理、呼吸物理以及血液循環等虛擬仿真系統。
研制的蘋果手機應用軟件“Love-Ears”，可以隨時隨地進行與聽覺物理相關的虛擬實驗;肺呼吸物理仿真模型可以模擬肺的粘彈性及病理特征，進行肺順應性曲線的模擬測量;正在建設的血液循環虛擬仿真系統，可以模擬各種心血管疾病形成的物理因素。
1.4自主建設的互聯網遠程控制實驗
“網絡控制牛頓環實驗”和“網絡控制靜電實驗”允許學生在任何時間通過網絡操作實驗設備，得到實驗結果;在建的“網絡控制單擺實驗”則允許實時測量重力加速度隨海拔和緯度的變化。
2虛實結合的實驗教學案例
2.1積木式光柵光譜儀的設計與搭建
實驗光柵光譜儀是使用非常廣泛的科學儀器，我們的實驗教學體系中也有多個與光柵光譜儀相關的教學實驗項目，包括“光柵光譜儀的應用”和“氫光譜與類氫光譜實驗”，但學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等內容掌握得不深入、不全面，而在二維平面上光學元件調節技能方面的欠缺更是明顯;為此，我們專門開發了虛實結合的“積木式光柵光譜儀的設計與搭建實驗”。
實驗要求學生借助TracePro、Zemax等光學設計軟件，選擇光學元器件，設計、搭建、調試滿足自己需求的光柵光譜儀(如：波長分辨率優于1nm等)。
學生在確定光譜儀性能指標后，在TracePro、Zemax等光學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，學生可以在實驗室選擇相應的光學元件，在光學平臺上搭建光譜儀，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行嘗試性調節，以尋找實際光譜儀輸出結果與模擬結果之間產生差異的原因，進而高效地完成光譜儀的調節和性能優化，完成滿足自己設定指標的光柵光譜儀。
2.2克拉尼圖形實驗
共振是日常生活和科學研究中經常遇到的現象，其數學描述比較復雜，特別是實際體系較為復雜的邊界條件往往使波動方程的數學求解變得很困難，甚至無法得出解析解，而解析解往往也是用特殊函數表達，很不直觀，學生很難建立數學解與實際實驗現象之間的關聯，進而影響對實驗內容的掌握，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題。
為此，開發了虛實結合的“克拉尼圖形”實驗。
實驗要求學生首先用壓電陶瓷片驅動金屬薄圓盤，借助細沙粒得到薄圓盤在不同頻率下的共振模式。
然后嘗試給出其數學解，并在Comsol軟件中建立二維圓盤的模型，得到其共振模式，比較并分析實驗測量結果與模擬結果、解析解之間的異同，進而利用模擬軟件研究圓盤參量(如材料、大小、厚度等)變化時，圓盤共振頻率和共振模式如何變化。
3總結和展望
虛實結合的實驗教學可以讓學生更好地理解實驗現象背后的物理實質，從而明明白白地做實驗，而不是機械地參考實驗講義完成實驗。
虛擬仿真技術在實驗教學中的合理使用，可以幫助學生自主建立物理模型，把握研究對象、實驗系統的關鍵特性，理解實驗方法的設計思路，學習合理地評估實驗結果，有望明顯改善實驗教學的效果。
2015年，我們申報國家級虛擬仿真實驗教學中心獲得批準。
在今后的建設過程中，我們將建設更多的虛實結合的實驗教學案例，更全面地實踐“虛實結合”的實驗教學模式，為切實提高學生的實驗能力繼續探索。
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