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物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。
第1篇：信息技术在医用物理学实验教学的重要性
摘要：文章在介绍了信息技术的同时，强调了将其应用于医用物理学实验教学中的重要性，据此给出了具体应用策略，并分析了信息技术在应用过程中存在的问题，提出了具体的解决办法，希望能够使医用物理学实验教学建设水平得到进一步的提高。
关键词：信息技术;医用物理学;实验教学;建设;实践
信息技术是以计算机为基础的技术，目前已经成为了各领域应用的主要技术之一，同时也成为了评价各领域当前发展水平以及发展前景的重点。
将信息技术应用到教育领域，已经成为了该领域发展的主要趋势。
医用物理学实验教学与信息技术的结合，对于教学水平的提高较为有利，因此需要得到有关人员的重视。
一、将信息技术应用到医用物理学实验教学建设中的重要性
(一)是当前教育领域发展的主要趋势
信息技术的应用是当前教育领域发展的主要趋势。
各行各业的发展均需要遵循与时俱进的原则，要充分关注当前世界同行业发展的局面与状况，并充分利用新技术与新方法，这样才能使行业得到更加快速的成长，不至于由于过于落后而被淘汰。
教育行业同样应该如此，要跟随时代的步伐，不断解决问题，尤其是医用物理学实验教学，其对于创新性的要求更高，因此，将信息技术应用起到非常必要。
(二)是提高学生学习兴趣的主要措施
医用物理学实验教学具有严谨性，长此以往会导致学生失去学习兴趣。
建议当前学生生理与心理发展的特点，其对信息技术通常具有较大的兴趣。
将信息技术应用到教学过程中，可以使学生的学习兴趣被有效的激发，这对于学生学习积极性的提高以及课堂教学效果的改善均十分有利。
(三)是提高医用物理学实验教学水平的关键
将信息技术应用到物理学实验教学中，是提高教学水平的关键。
传统教学方法整体水平相对较低，无论从教学方式看，还是从教师与学生的关系或地位看，都亟待更新。
信息技术是当前技术发展的主要代表，将其应用于教学，能够为其注入新的活力，对医用物理学实验教学水平的提高能够起到极大的促进作用。
二、将信息技术应用到医用物理学实验教学建设中的策略
(一)信息技术在医用物理学实验教学预习过程中的应用
信息技术可以用于医用物理学实验教学的预习过程中。
调查显示，当前学生对于预习的重视程度有待提高，大部分学生甚至完全不会预习，这一现象不仅在其他学科中存在，在医用物理学中同样存在。
导致上述问题存在的原因，一方面在于学生没有充分认识到预习的重要性，另一方面也在于该学科的预习难度相对较大。
以G-M计数管坪曲线的测定为例，不仅实验仪器复杂，同时操作键盘也相对较多，为学生预习增加了难度。
将信息技术用于医用物理学的预习，可以有效解决上述问题。
将多媒体技术应用到教学过程中，将实验的原理以及过程，以视频的形式体现出来，进而使学生能够通过观看视频，完整的了解实验的每一个细节，这不仅能够激发学生的学习兴趣，同时也能够达到提高其预习效率的目的。
采用普通数据采集卡和LabWindows/CVI作为开发平台，针对G-M计数管坪曲线的测定，形成系统软件，可以有针对性的解决其操作复杂的问题，对于学生操作便利性的提高以及难度的降低能够起到一定的帮助作用。
(二)信息技术在医用物理学实验教学评价过程中的应用
信息技术应用与医用物理学实验教学评价过程中，同样能够达到提高该学科教学水平的目的。
教学评价应本着客观性与合理性的原则来实现，这样才能提高说服力，使学生真正认识到自身存在的缺陷与不足。
就目前的情况看，医用物理学实验教学评价主要以理论考试、口试以及操作考试三方面为主，上述教学评价方法，在一定程度上能够反映学生对知识的掌握情况，但具有很大的漏洞，容易导致学生作弊等现象的发生。
将信息技术应用到该学科教学评价过程中，以平时的实验数据为依据，采用信息技术对其进行总结与处理，能够有效的了解学生真实的学习水平，这对于教学评价合理性的提高十分有利。
三、信息技术的应用面临的问题与解决办法
(一)信息技术的应用面临的问题
1.软件与硬件的配套问题
软件与硬件需配套使用，才能够使信息技术真正发挥其价值。
就目前的情况看，医用物理学实验教学存在的问题在于，仅仅具备硬件基础，却并未将软件与其配套使用，从某种程度上看，这导致了硬件资源的浪费，对于教学水平的提高会产生一定的阻碍。
2.教学模式问题
目前，医用物理学实验教学模式仍然以教师教、学生学为主，即教师仍扮演着课堂主体的角色，学生仅仅能够观察到教师的实验过程，但很少真正的参与到实践过程中，真正开展实验，这是导致学生实验操作能力差的主要原因。
改革上述教学模式，是提高医用物理学教学水平，改革其教学模式的主要策略。
除此之外，传统教学模式还会导致学生失去学习兴趣，从长远的角度看必定会影响教学水平。
3.教师技能问题
信息技术的应用对教师技能提出了更高的要求。
一部分教师任教时间长，虽具有较为丰富的教学经验，但对于信息技术却知之甚少，因此其在教学过程中，也就无法充分利用该技术，进而导致医用物理学实验教学改革与优化过程无法顺利实现。
上述问题的解决应从教师的培训入手来实验，除此之外，在自身技能的提高方面，教师也应作出一定的努力。
(二)问题的解决办法
为解决上述问题，应实施具有针对性的策略，在提高软件与硬件配套性基础上，改善教学模式，提高教师技能，为教学环境的优化提供保证。
1.提高软件与硬件的配套性
提高软件与硬件的配套性，是解决当前应用物理学实验教学存在的软件与硬件不配套问题的主要方法。
要避免将计算机资源闲置，要将其真正用于实验教学，以提高教学水平。
对此，学校要认识到应用软件的重要性，要在专业技术人员的帮助下，提高软件应用的可靠性，并使其能够有效发挥其价值，为医用物理学实验教学水平的提高带来更大的帮助。
2.改善教学模式
改善教学模式同样十分重要。
传统教学模式以教师教、学生学为主，不仅剥夺了学生的主体地位，同时也会阻碍其创造力的发挥，从短期看，会导致学生学习兴趣降低，学习水平停滞不前，从长期看，则会对学生以创新能力为代表的综合素质的降低，对于其就业等都十分不利。
对此，必须及时改善教学模式。
要改变教师的主体地位，将学生作为课堂的主体，将课堂大部分时间交给学生，使学生可以获得动手操作实验的机会，以充分激发起学校以及思考的兴趣，这不仅能够培养学生的动手操作能力，同时还能够使学生更加深入的了解实验步骤以及相应知识，对于其思维能力以及创造能力的培养都十分有利。
另外，教师在课堂中则要发挥引导作用，要加强对学生的引导，在学生操作存在问题时，帮助其解决。
除此之外，还应将以多媒体为代表的信息化技术应用到教学过程中，将实验过程展示在多媒体中，提高实验的可视化程度，并将相应电子资源通过社交软件等形式发送给学生，使学生可以随时观看实验，提高学生对知识的掌握水平。
3.提高教师技能
鉴于当前一部分教师存在的计算机以及信息化技能达不到要求的问题，要极大力度提高教师技能。
可以通过培训的方法，使教师获得更多信息技术知识以及对信息化技术的利用手段，使其能够将其顺利应用到课堂当中，提高教学效率与水平。
除此之外，教师自己也应认识到提高技能的重要性，要通过网络等种种途径，学习更多的有关信息化技术的知识，并多多观看将上述技术应用到医用物理学实验教学中的视频，以为医用物理学实验教学建设质量的提升带来更大的支持。
四、结束语
综上所述，传统教学方法的应用会阻碍医用物理学实验教学的建设与创新，应将信息技术应用到具体教学过程中，为学生创造更好的预习环境，降低预习难度，提高预习效率，与此同时，还应将其用于教学评价过程中，以优化教学评价过程，提高评价的合理性与客观性，使之能够真正反映学生的学习水平。
针对当前医用物理学实验教学中存在的问题，要提出不同的策略对其加以解决，以最大程度的提高教学建设水平。
参考文献
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第2篇：虚实结合的物理实验教学探讨
摘要：实验教学如何借助虚拟仿真技术有效地提升教学效果，是实验教学界普遍关注的课题。
本文结合自主开发的教学实验项目，介绍我校开展虚实结合的物理实验教学的理念和实践———一种既实又虚的实验教学新模式：在不削弱现有实验训练强度的基础上，通过虚拟仿真实验帮助学生对实验内容，特别是其中的难点，有更深入、更全面的理解，以期学生能掌握实验背后的物理及实验设计思路等。
关键词：虚拟仿真技术;虚实结合;教学模式;教学效果
“教育部办公厅关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知”明确要求“虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。
在涉及高危或极端的环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。
”对“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设原则，不少同行理解为虚拟仿真实验主要是替代或补充实际的实验教学，进而开始怀疑：削弱现行的实际实验教学的强度，实验教学的效果还能保证吗?本已有较明显不足的学生实验能力是否会进一步弱化?还能支持他们的长远发展吗?这或许是近几年获批成立的虚拟仿真实验教学中心中，工程类和实训类明显占优势，而基础学科类明显偏少的一个原因。
然而，现有的实验课时数不明显少于国外高校且已经比较系统化的实验训练，学生的实验能力还存在较大的提高空间，现行的实验训练在课程设计、教学实践的某些环节应该存在着亟需改进和优化之处。
如此，我们不妨从另一个角度来理解虚拟仿真实验的建设原则：能否在现行的实验教学体系的基础上，充分挖掘虚拟仿真技术的优势，尝试去解决实际实验教学中存在的深度、广度上，以及对学生能力发展的促进作用等方面的不足?很显然，这需要“虚实结合”的实验教学，既实又虚———基于现有的实验项目，开发的虚拟仿真实验内容，不仅仅是帮助学生预习，更重要的是帮助学生提高对实验的理解和掌握，进而改善实验训练的效果，提升学生的实验综合能力。
本文将结合具体的实验案例，介绍复旦大学物理虚拟仿真实验教学中的建设理念和教学实践：既实又虚的实验教学模式。
1复旦大学物理虚拟仿真实验教学的建设历程和现有课程体系
上世纪90年代，复旦大学物理学系在全国较早开展计算机辅助教学(CAI)研究，钟万蘅老师带领研究团队编制固体物理、统计物理、近代物理等课程内容的虚拟仿真软件，将气体扩散、晶格振动模式、斯特恩-盖拉赫实验等学生较难理解的内容通过科学的计算，以动画、可任意转动的立体模型等形式展现出来，促进了学生对这些内容的掌握。
钟万蘅老师的团队制作的教学软件在全国评比中多次获奖。
在此之后，专门开设的“物理CAI课件设计”一直是我校的特色课程，该课程要求学生通过实践来学习、掌握Photoshop，Flash，DreamWeaver，3DMAX等虚拟仿真课件制作工具和C++，VisualBasic，Delphi，Java等常用编程语言，不仅能够经常开发制作一些虚拟仿真实验项目和课堂教学演示软件，还能锻炼学生的计算机使用能力，特别是在制作软件的过程中，所讨论问题的物理图像会更加清晰。
在2000年前后，沈元华老师带领团队开发用于帮助学生做好实验预习的虚拟仿真实验，包括“迈克耳孙干涉仪预习CAI”和“真空系统实验CAI”。
“迈克耳孙干涉仪预习CAI”通过录像、动画等多媒体手段，对实验的原理、仪器的构造和调节方法等作了较为详细的介绍，帮助学生更高效地做好实验预习，提高学生实验室做实验的效率和对实验内容的掌握。
“真空系统实验CAI”建立虚拟实验环境中的高真空实验系统，为各真空部件和操作单元设计独立的状态表及相互联系，允许学生对各操作单元进行独立操作，并模拟、记录、展示“当前操作”长时间运行的结果，该软件可以让学生了解正常的操作流程，明白各种错误操作会导致的仪器损坏，并掌握如何通过监测仪表等及时发现自己的错误操作，以便及时纠正。
“真空系统实验CAI”教学软件的使用不但提高了高真空实验的训练效果，还可以避免因为学生操作不当而不及时纠正导致真空系统的损坏。
经过二十余年的开发积累和教学实践，我们已建成了特色鲜明的虚拟仿真实验教学体系，包括“虚拟仿真实验开发课”、“虚实结合的实验教学”、“医学物理虚拟仿真实验”和“互联网远程控制实验”4个模块。
1.1专门开设“虚拟仿真实验开发课”
虚拟仿真实验课包括“物理CAI课件设计”和“计算物理模拟实验”，训练学生自主开发虚拟仿真实验的能力。
该课程要求学生基于分子动力学模拟和第一性原理计算，运用计算图像显示技术，针对1个或多个物理知识难点，结合当前凝聚态物理研究前沿，设计虚拟仿真实验，帮助学生了解并领会计算物理基本内涵与技巧，初步掌握计算物理处理实际问题的思路与策略，为训练与提高科研能力打下基础。
基于这些课程，在独立开发虚拟仿真实验的过程中，学生能较好地掌握如何构建物理模型，对描述物理体系的关键参量的理解更加深入，物理体系随参量化过程的物理图像也更清晰。
这些课程受到学生的普遍欢迎。
1.2在实验课程的日常教学中，引入多款通用的设计、仿真软件，深入开展虚实结合的实验教学新模式
虚实结合的实验教学除了可以补充实验课程内容上的不足(很难可持续地开展易耗、高成本、高危性质的教学实验)，或者帮助学生做好实验前的预习准备，提高实验课的效率，更可以借助自主开发的实际实验和虚拟仿真相结合的实验项目，发挥实验操作训练和虚拟仿真各自的优势，深入挖掘实验现象背后的物理实质，直观地展示知识难点，详尽地剖析实验技术的精髓，加深学生对实验的理解，让学生在充分理解的基础上做好实验，还能“无成本”地拓宽和加深实验教学的内容，提高实验综合能力培养的水平。
在实验教学中引入的虚拟仿真软件包括：电路仿真软件MultiSim和OrCAD;光学系统设计仿真软件TracePro和Ze-max;机械3D设计软件SolidWorks、ProE;电子光学仿真软件SimIon;多物理场模拟软件Com-sol;荷能离子轰击固体表面的模拟软件SRIM和Trim-DYN;高能粒子和物质相互作用模拟软件Geant4。
1.3自主建设的医学物理模拟实验
为了揭示人体的物理奥秘，利用物理知识开展精确医学诊疗，为医学生开设“医学物理与实验”新课程，自主研制了听觉物理、呼吸物理以及血液循环等虚拟仿真系统。
研制的苹果手机应用软件“Love-Ears”，可以随时随地进行与听觉物理相关的虚拟实验;肺呼吸物理仿真模型可以模拟肺的粘弹性及病理特征，进行肺顺应性曲线的模拟测量;正在建设的血液循环虚拟仿真系统，可以模拟各种心血管疾病形成的物理因素。
1.4自主建设的互联网远程控制实验
“网络控制牛顿环实验”和“网络控制静电实验”允许学生在任何时间通过网络操作实验设备，得到实验结果;在建的“网络控制单摆实验”则允许实时测量重力加速度随海拔和纬度的变化。
2虚实结合的实验教学案例
2.1积木式光栅光谱仪的设计与搭建
实验光栅光谱仪是使用非常广泛的科学仪器，我们的实验教学体系中也有多个与光栅光谱仪相关的教学实验项目，包括“光栅光谱仪的应用”和“氢光谱与类氢光谱实验”，但学生对光栅光谱仪的结构如何、分辨率与信噪比跟哪些因素有关等内容掌握得不深入、不全面，而在二维平面上光学元件调节技能方面的欠缺更是明显;为此，我们专门开发了虚实结合的“积木式光栅光谱仪的设计与搭建实验”。
实验要求学生借助TracePro、Zemax等光学设计软件，选择光学元器件，设计、搭建、调试满足自己需求的光栅光谱仪(如：波长分辨率优于1nm等)。
学生在确定光谱仪性能指标后，在TracePro、Zemax等光学工程设计软中建立光栅光谱仪的模型，然后调节模型中各元件的参量设置，设定输入条件，得到模拟的光路图，然后根据自己的需要，对模型中各元件的参量(包括会聚透镜的面积、光栅的光栅常量以及它们的空间参量)设置进行调整，得到趋近于自己的设计目标的光谱结果。
基于自己设计的模型，学生可以在实验室选择相应的光学元件，在光学平台上搭建光谱仪，比较自己的光谱仪的输出结果和软件模拟的结果;再利用设计软件对光谱仪的参量设置进行尝试性调节，以寻找实际光谱仪输出结果与模拟结果之间产生差异的原因，进而高效地完成光谱仪的调节和性能优化，完成满足自己设定指标的光栅光谱仪。
2.2克拉尼图形实验
共振是日常生活和科学研究中经常遇到的现象，其数学描述比较复杂，特别是实际体系较为复杂的边界条件往往使波动方程的数学求解变得很困难，甚至无法得出解析解，而解析解往往也是用特殊函数表达，很不直观，学生很难建立数学解与实际实验现象之间的关联，进而影响对实验内容的掌握，用方形薄板和三角形薄板演示克拉尼图形就存在这样的问题。
为此，开发了虚实结合的“克拉尼图形”实验。
实验要求学生首先用压电陶瓷片驱动金属薄圆盘，借助细沙粒得到薄圆盘在不同频率下的共振模式。
然后尝试给出其数学解，并在Comsol软件中建立二维圆盘的模型，得到其共振模式，比较并分析实验测量结果与模拟结果、解析解之间的异同，进而利用模拟软件研究圆盘参量(如材料、大小、厚度等)变化时，圆盘共振频率和共振模式如何变化。
3总结和展望
虚实结合的实验教学可以让学生更好地理解实验现象背后的物理实质，从而明明白白地做实验，而不是机械地参考实验讲义完成实验。
虚拟仿真技术在实验教学中的合理使用，可以帮助学生自主建立物理模型，把握研究对象、实验系统的关键特性，理解实验方法的设计思路，学习合理地评估实验结果，有望明显改善实验教学的效果。
2015年，我们申报国家级虚拟仿真实验教学中心获得批准。
在今后的建设过程中，我们将建设更多的虚实结合的实验教学案例，更全面地实践“虚实结合”的实验教学模式，为切实提高学生的实验能力继续探索。
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