摘 要：本文从需求方面提出建设大学物理实验网络系统的必要性，从技术方面提出建设大学物理实验网络系统的可行性，并详细地阐述大学物理实验网络系统的建设对学生学习的能动性。
关键词：大学物理实验 网络系统 建设 能动性
随着计算机价格成本的下降和网络技术的成熟发展，高等教育的模式也出现了新的变化，将计算机网络系统和学科建设结合起来，成为教学改革的重要发展方向。目前应用广泛且取得比较成功是大学物理实验的网络系统。大学物理实验网络系统就是将计算机网络辅助教学系统应用在大学物理实验教学的各个环节过程中。大学物理实验网络系统的建设不仅提高了教学质量和教学效率，还节约了大量的设备经费投入，对加强学生学习的自觉性、主动性都起到了积极的作用。
一、大学物理实验网络系统建设的必要性
自1999年全国高等院校扩大招生以来，我国高等教育事业得到迅猛发展，短短几年，我国的高等教育事业已经由精英教育走向了大众教育。这种变化不仅给我国的高等教育事业带来极大的机遇，也带来了巨大的挑战，尤其在如何保证高等教育的质量问题上显得非常突出。扩大招生以后，大学物理实验教学面临的主要问题有：
1. 师资与设备问题
高校扩大招生后，学校的师生比迅速扩大，各个学校都面临着师资短缺问题，尤其是像大学物理实验这类公共基础实验课程，教师的教学和管理工作量同比显著加大，许多教师的年教学工作量由以前的300学时左右上升到800学时以上。在设备方面，教育部规定大学物理实验基础教学必须保证满足每人一组设备的台套数，在高校扩招后，虽然各个学校都在加大实验设备经费投入，但这种投入的速度远远落后于招生速度的增长，还有实验室的使用面积也存在不足。
2. 教学模式方面
传统的大学物理实验的教学模式是先由学生按照教材预习，写出预习报告，再由教师讲解、演示，学生按照教师要求和教材中的实验步骤操作，在现成的表格内填上测量数据，算出实验结果。课前预习是非常重要的环节，预习的效果直接影响学生的课堂实验教学。然而，由于上课人数多及实验仪器、场地和师资等教学资源的限制，大学物理实验室没有时间接待学生进行课前预习，学生只能通过阅读实验教材和相关资料进行预习。在预习过程中由于学生接触不到实验仪器，大部分学生在写预习报告时基本上是对照教材进行复制，对实验目的及意义模糊不清，多数学生认为预习实验极其枯燥无味，不容易通过实验教材完全建立感性认识，预习质量很难掌控，预习水平无法得到保证。课堂上由于多数仪器具有的封闭性和不可见性，以及教学时间的限制，使有些实验内容很难讲透，学生也不能多次重复去做同一个实验，教学方法机械单一，因此整个实验的教学质量难以得到有效和可靠的保证。
3. 教学管理方面
高校扩招后，学习各类实验课程的学生数量激增，同时由于选修课的增加，学生公共时间很少，给实验排课带来很大的困难。物理实验室的教学和教学管理人员明显不足，实验的工作负荷不断增长，教师从早到晚忙于教学，非常疲劳，影响了教师的工作积极性；另外由于同一学生的成绩在不同教师手中，期末学生的成绩汇总、评定成为一个难题；再有，对学生的实验进度无法掌握，个别学生不能按时完成任务，造成不必要的麻烦。
将计算机网络系统引入大学物理实验教学管理中，不仅可以节约大量的设备经费投入，节省实验室使用面积，还可以进行教学资源共享，将教师和管理人员从繁重的日常管理和重复的教学中解放出来。使用计算机网上选课系统，学生可以在实验室开放的时间，根据实验室提供的条件，有选择地预约登记上课。这一方式有效地解决了实验资源与公共时间的矛盾，体现了以学生为中心、以学生发展为本、教育的人性化和学习的个性化的新的教育教学理念，因此受到学生们的普遍欢迎。实验管理的网络化可以使教师和学生随时了解和掌握实验进程和相关信息。学生们还可以通过计算机网络系统进行课前学习，观察实验模拟演示，有针对性地进行实验训练。
二、大学物理实验网络系统建设的可行性
随着计算机技术的迅猛发展和网络技术的日益成熟完善，通过网络进行学习不仅成为可行，而且得到绝大多数机构和个人的青睐。Internet已经将全球联系在一起，许多地方和单位部门还建有自己的局域网，网络共有、信息共享已经成为当今的时尚，教育尤其是高等教育更应体现出这种潮流。
基于计算机网络技术的大学物理实验系统就是利用计算机及多媒体技术进行大学物理实验教学和管理，目前开发的大学物理实验网络系统的技术非常成熟，主要有Web技术、CGI技术、Asp技术、Java技术、Flash技术、VC++技术和VRML技术等，考虑到满足大学物理实验的教学需求和当前最流行的网络系统技术，我们主要选择Java技术和Flash技术作为我们开发大学物理实验的主要技术。Flash的最新版本MX是专门用来设计交互式多媒体动画，集“向量绘图”、“动画制作”、“交互设计”三大功能于一身的网页动画设计软件，甚至不用撰写程序，就能够制作出生动的动画场面，用户只需要绘制第一帧和最后一帧画面就可以了，而且用Flash制作的动画文件体积非常小，非常适用于网络系统。对于不太复杂的大学物理仿真实验我们用Flash技术进行制作，比较复杂的仿真实验我们采用Java技术进行编程。Java以其与平台无关性、安全性能强、语音简洁，同时是面向对象的，在网络编程中具有很大的优势。Java提供许多的类，通过对这些类的封装和继承，可供编程人员反复利用，程序员只需把主要精力用在类和接口的设计应用上，另外，Java可以建立在扩展的TCP/IP网络平台上，其库函数提供了HTTP和FTP协议传送和接受信息的方法，使得程序员使用网络上的文件非常容易。
系统的结构模式采用基于Web方式的B/S三层体系结构，采用这种系统结构，用户只需通过浏览器向分布在网络上的服务器发出请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器即可实现双向交互。B/S结构简化了客户机的工作，客户机上只需配置少量的客户端软件，服务器则担负更多的工作，数据库的访问和应用程序的执行在服务器上完成，浏览器发出请求，而其余如数据请求、加工、结果返回以及动态网页生成等工作全部由Web Server完成。这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断提高性能的要求中解放出来，也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来，而且这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能，可移植性强，为系统升级和与其它系统相连留有足够的空间。大学物理实验网络系统的模式结构如图1。
系统实现有网就可以登录浏览，后台数据库比较安全，仿真技术、非视频的流媒体，占用的网络带宽资源很小，可以承受的并发数达千个以上；物理仿真实验图文并茂、如临其境，学生可以在远程计算机上进行交互式操作，实现了真正意义上的实验仿真；不仅学生可以在本系统进行学习和预习，教师还可以根据学生的日志和预习的过程对学生进行合理和有效的评价，从而指导学生的实验学习；系统不仅可供本校师生使用，还可以对兄弟院校进行开放。
三、大学物理实验网络系统的建设对学生学习的能动性
大学物理实验教学的最终目的不仅要求学生们掌握物理实验的基本知识，而且要通过传授物理实验知识，使学生们掌握物理实验的学习方法，提高学生们独立的观察问题、分析问题和解决问题的能力，能够理论联系实际，具有终身学习的能力，勤于思维、勇于创新，做一个既掌握科学方法，又具有科学精神、科学态度，勇于为祖国而献身的工程技术人才。然而由于我国的现行的高考制度，使得中学的教育与高考升学紧密结合，教学过程中必然产生急功近利的思想，围绕在升学考试中如何得到高分进行教学，忽视教学活动中的规律和方法，学生围绕教师转，教师围绕考试转。进入大学后，由于学生们的思维多数已被定势，往往还是离不开教师，大学物理实验网络系统的建设就是要改变这种固有的教学模式，改变传统的教学管理手段和教学方式，实现大学物理实验教学理念的回归。
1. 培养学生的自主管理和自主学习能力。
大学物理实验教学采用学生自主网上选课系统，课程安排不再由学校统一安排，由学生们根据自己的能力、专业、兴趣和学习风格等特点来选择实验时间、实验内容和实验项目，由计算机网络系统根据教师提供的实验项目实验时间及学生们的选课情况自动生成课程表，学生按照要求在网上进行实验前的预习准备，补充扩展相关理论知识，另外，学生还可以根据自己的实际需要选取不太容易理解的内容进行反复观察和学习，在网络系统上模拟仿真实验的整个过程。通过上述活动，有利于培养学生独立的自主管理和自主学习能力。
2. 激发学生的学习兴趣和提高学生学习的主动性。
大学物理实验网络系统中的动画仿真生动直观，操作简单快捷，学生们通过仿真模拟实验的过程，可以了解实验内容、实验仪器、组件名称和功能，观察实验模拟演示，即使有些实验无法通过实际操作观察到每一个过程，比如光学实验，光路是无法实际观察到的，但是，通过计算机模拟显示观察到光路的动画效果，可以激发起学生们的学习兴趣，为实际操作提供了完整的思路，可以给学生建立起一个很大的想象空间，记录模拟实验过程中发现的问题，带着问题在实际操作中去解决。这样通过模拟过程分析，再通过实际操作解决问题，既可以达到实验目的，又调动了学生的主观能动性。
3. 加强学生的动手能力和理论联系实际的能力。
大学物理实验是学生进入高等院校以后最先接触到的一门实验课程，要求学生们不仅要掌握大学物理实验的最基本的知识，更重要的是要学会如何学习实验这门课程。实验课程与理论课程的学习方式、手段、过程等方面都截然不同，需要严格按照流程进行，我们大学物理实验网络系统中的模拟仿真就是严格按照实验步骤和实验流程进行演示的，同样要求学生们在真实的实验过程中按照实验步骤和流程进行操作，将书本上的文字要求和网络上的实验流程转化为具体的实验步骤，从而将理论和实际结合起来，提高学生们的动手能力。
4. 转变教学观念，回归教育理念。
高等院校的教学活动由于摆脱了应试教育的模式，可以全面推行素质教育，所以大学物理实验的教学活动便不再是一种基于知识的传授，而可以做为一种思维训练过程。我们在教学中应更加重视讲授大学物理实验的发展思想和研究方法，强调大学物理实验的历史性、整体性、思想性以及人文性，侧重于将物理学家在科学研究和实践过程中形成的一整套独特而卓有成效的思想方法体系传承下去。事实表明，这些思想和方法不仅对物理学本身具有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。
四、结束语
我院的大学物理实验网络系统是2006年9月建设完成并投入运行的，系统运行之前，我们物理实验室开出的基础性实验项目开出是18个，设计性实验项目0个，系统运行之后我们开出的基础性实验项目是32个，设计性实验项目6个。通过对系统运行前的04级学生和系统运行后的06级学生进行抽样问卷调查，我们看出：对大学物理实验感兴趣的学生比例由35.6％上升到78.2％，学习大学物理实验课程后收获比较大的比例由28.6％上升到76.3％，学会使用基本仪器卡尺的学生由40.1％上升到89.2％，在杨氏模量实验中从望远镜中调试出标尺的平均时间由75分钟下降到45分钟，对实验教师测评的满意率也由80.4％上升到90.2％。由此我们可以得出，大学物理实验物理系统的应用对于提高学生们的学习兴趣、加强学生的动手能力和理论联系实际的能力有着很大的帮助，有利于培养学生学习的独立性和自主性，有利于转变高等院校的教学观念，给大学物理实验的教学注入了新的生机与活力，为多元化开放式实验教学提供了有力的保障，大学物理实验网络教学系统的建设是现代化大学物理实验室的发展趋势。
参考文献：
［１］季青.利用计算机改革传统实验教学模式的探索.实验室科学，2007.10.
［２］杨强，金贞姬.构建我效大学物理虚拟实验网络教学平台的研究.长春大学学报，2007.8.
［３］孙吉红，战延谋，花飞.基于Web的物理虚拟实验系统的设计.实验室研究与探索，2006.3.