學科教育論文-數(shù)字化實驗教學探討摘要：高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)是高等教育的一個重要方面，實驗教學是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。本文論述7如何通過數(shù)字化實驗，加強實驗實訓(xùn)等實踐性環(huán)節(jié)的教學改革，使實驗教學自成體系，著眼于促進學生實踐和創(chuàng)新能力的提高進行。關(guān)鍵詞：實驗教學；數(shù)字化；教學改革；網(wǎng)絡(luò)；立體化從上世紀90年代末起，中國的高等教育經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段，逐年擴大的招生規(guī)模，使我國高等院校在校的學生達到了前所未有的程度。大學教育在總體上已經(jīng)從以前的精英教育過渡到了大眾教育。如何堅持教育創(chuàng)新思想、實現(xiàn)培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才的既定目標，就成為一個十分值得研究的課題。本文就如何通過數(shù)字化實驗，加強實驗實訓(xùn)等實踐性環(huán)節(jié)的教學改革，使實驗教學自成體系，著眼于促進學生實踐和創(chuàng)新能力的提高進行了論述。一、實驗教學方法、手段改革的必要性目前許多高校實驗教學普遍存在的問題是：實驗教學設(shè)備陳舊，臺套數(shù)較少，實驗內(nèi)容落后。許多實驗僅局限于對所學理論結(jié)果進行驗證，或開設(shè)一些演示實驗。有些課程的實驗，由于缺少設(shè)備，也只能在計算機上進行仿真。上述問題在一定程度上已經(jīng)影響到學生對理論知識的掌握和對理論課程學習的興趣，更談不上對學生實踐能力的培養(yǎng)。在實驗教學方式上，仍然是傳統(tǒng)的教學模式。實驗教學一般只是定位于作為理論教學的一種補充和繼續(xù)，即處于理論教學的一種附屬地位。在實驗項目的編排上，以基礎(chǔ)實驗或演示性實驗為主，多屬于內(nèi)容單一、目的為驗證課堂所學的實驗類型。在實驗的進行方式上，更是采用一種大體固定的模式：即在確定的時間內(nèi)，讓學生根據(jù)實驗指導(dǎo)書要求，在教師指導(dǎo)下，按既定方法、既定條件，完成實驗全過程。這里所謂實驗全過程，學生只需做三件事：即熟悉實驗指導(dǎo)書內(nèi)容、按實驗指導(dǎo)書要求進行操作并完成實驗報告。而實驗指導(dǎo)書是教師精心編寫的。在這種狀態(tài)下，根本談不上綜合運用知識解決實際問題；實驗教學尚未能真正地自成體系。學生在實驗中難以獲得創(chuàng)造的樂趣和激發(fā)更多的創(chuàng)造靈感。同時學生是否把課余時間能用于研究性、探索性和創(chuàng)新性學習，還缺少更好的引導(dǎo)方法及提供合適的內(nèi)容與條件，學生在學習中的主觀能動性沒有充分調(diào)動，多數(shù)學生處于被動接受知識傳授的狀態(tài)，這對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的提高十分不利。針對這些具體問題和我們的培養(yǎng)目標，從理論和實際操作方法上，我們就實驗教學環(huán)節(jié)的改革提出了新的方式和方法即數(shù)字化實驗教學。二、數(shù)字化實驗教學的意義數(shù)字化實驗教學是指學生在數(shù)字化實驗環(huán)境下，以虛實結(jié)合的方式，對虛擬實驗設(shè)備、仿真實驗環(huán)境、虛實結(jié)合的實驗對象進行操作，進而達到學習理論、鍛煉實驗技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。數(shù)字化實驗教學的基礎(chǔ)是數(shù)字化實驗室。數(shù)字化實驗室是數(shù)字化校園建設(shè)中不可缺少的一部分。數(shù)字化實驗室就是在傳統(tǒng)實驗室的基礎(chǔ)上，利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等相關(guān)的信息加工處理，將現(xiàn)實實驗室中的各種實驗資源數(shù)字化，并通過計算機進行實驗教學管理的綜合性和開放型的實驗教學環(huán)境。它包括實驗條件的數(shù)字化、實驗管理的數(shù)字化和相關(guān)實驗資源的數(shù)字化等。數(shù)字化實驗教學是實驗教學改革發(fā)展的必然。通過數(shù)字化的實驗條件、豐富的數(shù)字化實驗資源、高效的數(shù)字化實驗管理，為學生開辟了“立體化”的學習、求知、探索、創(chuàng)新的場所，形成了以學生為中心的教學模式，使學生真正變被動學習為主動學習，避免了學生被動接受知識、機械模仿教師的學習狀態(tài)，實現(xiàn)了學生由不會做到自己做，從簡單到復(fù)雜、從觀察到分析再到創(chuàng)新的目的。三、實現(xiàn)數(shù)字化實驗教學應(yīng)具備的條件(一)引入數(shù)字化儀器設(shè)備，建立數(shù)字化實驗硬件環(huán)境數(shù)字化儀器設(shè)備是數(shù)字化實驗室不可缺少的條件。數(shù)字化實驗室不是“虛擬仿真”實驗室，不能單純開展仿真型實驗內(nèi)容，應(yīng)該是虛實結(jié)合，以實為主的模式。實者作為基礎(chǔ)實驗知識的學習和基本實驗?zāi)芰Φ挠?xùn)練；虛者用來開放實驗環(huán)境，及時應(yīng)用科技成果和先進實驗技術(shù)，拓寬實驗的覆蓋面。二者的有機結(jié)合，使實驗室成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、開發(fā)學生潛能的基地。通過虛擬電子儀器，提高實驗室的建設(shè)水平，增強實驗教學功能。從而達到以下目的：既能夠在數(shù)字化實驗環(huán)境下，完成常規(guī)的實驗任務(wù)，培養(yǎng)學生基本實驗方法、實驗?zāi)芰?；又可以發(fā)揮數(shù)字化儀器的優(yōu)勢，拓展傳統(tǒng)實驗內(nèi)容，使學生獲取更多的實驗知識；還可以通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)字化實驗環(huán)境擴展出去，使實驗室得到有效延伸，大幅度提高實驗設(shè)備的利用率。(二)構(gòu)建以計算機為主體的數(shù)字化實驗平臺數(shù)字化實驗室要真正體現(xiàn)出其優(yōu)勢，必須以計算機為主體，把實和虛有機的結(jié)合起來。一方面計算機作為控制設(shè)備，充分開發(fā)數(shù)字化儀器的功能，另一方面計算機搭建起虛擬實驗平臺，各種仿真環(huán)境、應(yīng)用軟件為學生構(gòu)建了滿足求知欲、發(fā)揮創(chuàng)造性的大舞臺。這些平臺有的學生可以直接通過網(wǎng)絡(luò)運行，有的通過下載到個人電腦上安裝運行，為學生在圖書館，在宿舍均開辟了做實驗、搞設(shè)計的環(huán)境，學生可以自主安排實驗內(nèi)容，自由創(chuàng)造實驗系統(tǒng)，使學生完全成了學習的主人。(三)發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，形成立體化實驗教學模式網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字化實驗室的神經(jīng)，它可以保證數(shù)字化實驗室的高效率運行，達到最佳效果。一方面網(wǎng)絡(luò)把諸如數(shù)字化儀器設(shè)備等硬件資源發(fā)散出去，開展遠程實驗，實現(xiàn)遠程控制，充分發(fā)揮數(shù)字化儀器設(shè)備的優(yōu)勢，提高了利用率。遠程實驗也是遠程教育的重要組成部分，實驗教學全系統(tǒng)的數(shù)字化是實現(xiàn)遠程實驗的基礎(chǔ)和必要條件。另一方面網(wǎng)絡(luò)把諸如實驗仿真平臺、多媒體課件、實驗輔導(dǎo)資料等軟件資源發(fā)散出去，作為實驗教學的拓展和補充；使實驗知識的學習沒有了實驗室時間和空間的概念，完全成為了學生的自覺行動，同時也方便了學生的創(chuàng)造力的發(fā)揮和求知欲的滿足。(四)建設(shè)現(xiàn)代化管理手段，保障數(shù)字化實驗順利開展數(shù)字化管理是數(shù)字化實驗教學系統(tǒng)中不可缺少的部分，實驗的自主性、靈活性增大，要保證實驗效果和實驗質(zhì)量，管理就必須要跟上，應(yīng)制作相應(yīng)的網(wǎng)上實驗管理系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對學生的實驗預(yù)習、實驗自習情況的了解、實現(xiàn)實驗預(yù)約、解惑答疑、報告提交、實驗討論、自我測試等功能，這樣一來既方便了學生在實驗室以外學習時，遇到一般性問題，能得到及時的幫助；又能通過批閱學生的預(yù)習報告、查看學生的網(wǎng)上討論和測試結(jié)果，及時了解學生的學習情況，便于有針對性地安排輔導(dǎo)：同時通過實驗預(yù)約更好地保證實驗場地的合理開放，使學生自主安排實驗時間和實驗內(nèi)容。四、數(shù)字化實驗可以達到的效果(一)數(shù)字化實驗解決了“全開放”實驗教學方式的瓶徑數(shù)字化實驗教學是解決教學方法、學習方法、學習內(nèi)容、學習時間、學習空間全面開放的最佳方案，完成并沖破了傳統(tǒng)實驗教學在內(nèi)容、時間、空間上的約束，可使我們的開放實驗真正實現(xiàn)全方位、全天候。學生可以到實驗室來學習實驗知識和鍛煉實驗技能，也可以通過網(wǎng)絡(luò)開展實驗活動，學生真正成了實驗教學的主體，通過自己設(shè)計實驗內(nèi)容、安排實驗時間、選擇實驗地點和實