数字化实验教学探讨(一)

详细内容

摘要：高素质创新人才培养是高等教育的一个重要方面，实验教学是创新能力培养的重要环节。本文论述7如何通过数字化实验，加强实验实训等实践性环节的教学改革，使实验教学自成体系，着眼于促进学生实践和创新能力的提高进行。
　　关键词：实验教学；数字化；教学改革；网络；立体化
　　
　　从上世纪90年代末起，中国的高等教育经历了一个快速发展的阶段，逐年扩大的招生规模，使我国高等院校在校的学生达到了前所未有的程度。大学教育在总体上已经从以前的精英教育过渡到了大众教育。如何坚持教育创新思想、实现培养技术应用型人才的既定目标，就成为一个十分值得研究的课题。本文就如何通过数字化实验，加强实验实训等实践性环节的教学改革，使实验教学自成体系，着眼于促进学生实践和创新能力的提高进行了论述。
　　
　　一、实验教学方法、手段改革的必要性
　　
　　目前许多高校实验教学普遍存在的问题是：实验教学设备陈旧，台套数较少，实验内容落后。许多实验仅局限于对所学理论结果进行验证，或开设一些演示实验。有些课程的实验，由于缺少设备，也只能在计算机上进行仿真。上述问题在一定程度上已经影响到学生对理论知识的掌握和对理论课程学习的兴趣，更谈不上对学生实践能力的培养。
　　在实验教学方式上，仍然是传统的教学模式。实验教学一般只是定位于作为理论教学的一种补充和继续，即处于理论教学的一种附属地位。在实验项目的编排上，以基础实验或演示性实验为主，多属于内容单一、目的为验证课堂所学的实验类型。在实验的进行方式上，更是采用一种大体固定的模式：即在确定的时间内，让学生根据实验指导书要求，在教师指导下，按既定方法、既定条件，完成实验全过程。这里所谓实验全过程，学生只需做三件事：即熟悉实验指导书内容、按实验指导书要求进行操作并完成实验报告。而实验指导书是教师精心编写的。在这种状态下，根本谈不上综合运用知识解决实际问题；实验教学尚未能真正地自成体系。学生在实验中难以获得创造的乐趣和激发更多的创造灵感。同时学生是否把课余时间能用于研究性、探索性和创新性学习，还缺少更好的引导方法及提供合适的内容与条件，学生在学习中的主观能动性没有充分调动，多数学生处于被动接受知识传授的状态，这对学生实践能力和创新能力的提高十分不利。
　　针对这些具体问题和我们的培养目标，从理论和实际操作方法上，我们就实验教学环节的改革提出了新的方式和方法――即数字化实验教学。
　　
　　二、数字化实验教学的意义
　　
　　数字化实验教学是指学生在数字化实验环境下，以虚实结合的方式，对虚拟实验设备、仿真实验环境、虚实结合的实验对象进行操作，进而达到学习理论、锻炼实验技能、培养创新能力的目的。
　　数字化实验教学的基础是数字化实验室。数字化实验室是数字化校园建设中不可缺少的一部分。数字化实验室就是在传统实验室的基础上，利用先进的计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、数字技术、虚拟现实技术等相关的信息加工处理，将现实实验室中的各种实验资源数字化，并通过计算机进行实验教学管理的综合性和开放型的实验教学环境。它包括实验条件的数字化、实验管理的数字化和相关实验资源的数字化等。
　　数字化实验教学是实验教学改革发展的必然。通过数字化的实验条件、丰富的数字化实验资源、高效的数字化实验管理，为学生开辟了“立体化”的学习、求知、探索、创新的场所，形成了以学生为中心的教学模式，使学生真正变被动学习为主动学习，避免了学生被动接受知识、机械模仿教师的学习状态，实现了学生由不会做到自己做，从简单到复杂、从观察到分析再到创新的目的。
　　
　　三、实现数字化实验教学应具备的条件
　　
　　(一)引入数字化仪器设备，建立数字化实验硬件环境
　　数字化仪器设备是数字化实验室不可缺少的条件。数字化实验室不是“虚拟仿真”实验室，不能单纯开展仿真型实验内容，应该是虚实结合，以实为主的模式。实者作为基础实验知识的学习和基本实验能力的训练；虚者用来开放实验环境，及时应用科技成果和先进实验技术，拓宽实验的覆盖面。二者的有机结合，使实验室成为培养学生创新能力、开发学生潜能的基地。通过虚拟电子仪器，提高实验室的建设水平，增强实验教学功能。从而达到以下目的：既能够在数字化实验环境下，完成常规的实验任务，培养学生基本实验方法、实验能力；又可以发挥数字化仪器的优势，拓展传统实验内容，使学生获取更多的实验知识；还可以通过网络把数字化实验环境扩展出去，使实验室得到有效延伸，大幅度提高实验设备的利用率。