物理實驗預習教學平臺構建的研究

李　偉，王　逍，姜永恒，林曉瓏，高春歌

(吉林大學，吉林 長春　130025)

*通訊聯系人

物理實驗預習教學平臺構建的研究

李偉，王逍，姜永恒*，林曉瓏，高春歌

(吉林大學，吉林 長春130025)

摘 要：物理實驗預習是上好物理實驗課的關鍵，物理實驗預習系統由學校的內部網絡建立物理實驗預習網站和實驗室建立的物理實驗預習室組成，使用Windows NT網絡管理服務器和JSP編程語言構成物理實驗預習網站。ARM芯片作為整個物理實驗預習室的控制中心，由MCS51單片機來控制物理實驗預習儀器的使用。通過物理實驗預習系統使學生在大學物理實驗預習中有目的有效率的積極地去預習，從而提高課堂學習的學習效率以及效果。

關鍵詞：實驗預習系統；JSP；物理實驗預習室；ARM

大學物理實驗課是物理學的基礎，是培養大學生觀察、動手、思維能力的重要途徑，同時也是完成大學物理教學的必不可少的環節。因此物理實驗課在培養大學生的綜合素質中占有非常重要位置。從多年物理實驗課教學實踐中得出：物理實驗課預習是上好物理實驗課的關鍵。預習能激發學生的實驗興趣，鼓勵上進，提升學生的基礎知識和水平，培養學生的創新意識和綜合實驗能力，保證實驗課的效果，完成實驗課教學目的。通過物理實驗預習系統能使學生在上物理實驗課之前了解每個物理實驗的內容，使之能夠選擇他們感興趣的實驗題目。這樣充分的體現了“以人為本”的教學理念，在“尊重學生意愿兼顧全面發展”的基礎上調動學生的實驗積極性，激發他們做實驗的興趣和熱情。物理實驗預習系統是由利用學校的內部網絡資源構建一個物理實驗預習系統和智能物理實驗預習室兩部分組成。

1網絡物理實驗預習系統的構建

利用學校的內部網絡資源構建一個物理實驗預習系統，通過文本、語音、視頻使學生了解每一個物理實驗的內容和相關的知識。利用學校的內部網絡建立物理實驗預習網站。系統采用Browser/Server 設計模式，無需用戶安裝特定軟件。網絡服務器采用 windows NT4網絡操作系統，intent服務器使用Apache Web服務器軟件，數據庫服務器使用SQL server 2000數據庫軟件，有效保障了保證系統穩定運行。在編程語言方面，系統將采用JSP高級語言，基于JSP官方支持的Java scrip開發框架進行開發，腳本與數據庫的之間使用JODBC來連接，使之簡便易行。網頁制作，系統采用html4標記語言，在html4標記語言中可以使用“錨標簽”來鏈接外部多媒體元素到當前文檔中，實現視頻播放。動畫制作使用Flash MX 2004軟件，Flash動畫片受網絡資源的制約一般比較短小，利用Flash制作的動畫是矢量的，無論把它放大多少倍都不會失真。由于使用的是矢量圖技術，具有文件小、傳輸速度快、播放采用流式技術的特點，因此動畫是邊下載邊播放，如果速度控制得好，則根本感覺不到文件的下載過程。

程序結構框圖如下

圖1　實驗預習系統結構框圖

(1)實驗室介紹模塊：通過使用圖表和圖片來介紹物理實驗室的資源，它包括實驗室現有的實驗儀器和講實驗課的教師的信息。

(2)實驗課內容介紹模塊：使用文本、圖片以及視頻來敘述本學期開的所有物理實驗題目、內容和相應的實驗預習思考題以及此實驗的歷史資料。

(3)儀器介紹模塊：將給出本學期所用的全部實驗儀器的原理結構、使用方法和儀器參數，利用視頻來演示儀器的使用過程。

(4)參考文獻模塊：分別列出與本學期的每個物理實驗相關的參考文獻供學生查閱。

(5)在線交流模塊：建立物理實驗預習在線交流，使學生能將在預習的過程中產生的問題反應給實驗課教師，教師通過預習在線交流解答學生的問題，達到學生與實驗課教師互動的效果。

(6)預習登陸模塊：學生登陸后可將實驗預習思考題或其與教師討論的問題的答案提交給教師，教師以此為評定實驗預習的成績。學生可以登陸后查詢物理實驗預習成績。

2智能物理實驗預習室的構建

建立物理實驗預習室使學生對每一個將要做的物理實驗能夠有一個直觀的認知，幫助學生選擇他們感興趣的物理實驗題目，并且采用全天候的開放模式即物理實驗預習室的管理為計算機自動控制和監控，因此能夠給出學生靈活的物理實驗預習的時間[7]。

圖2　硬件框圖

實驗預習室的智能控制系統采用ARM芯片為控制芯片，它的是目前被公認的32位嵌入式RISC微處理器，其特點是芯片的體積小、功耗低、成本低以及高性能與靈活性相統一具有先進的軟件開發和調試環境。Linux作為整個系統的操作系統。通過internet網線與實驗預習系統的服務器相連，進行數據交換。

ARM內核是整個物理實驗預習室的控制中心，它利用對外接口模塊通過學校的內部網絡和物理實驗預習系統服務器進行數據交換。通過物理實驗預習室內的RS485總線來控制物理實驗預習室的門禁IC卡系統和預習室內的實驗儀器的電源供電。

(2)觸摸顯示屏是學生輸入其與物理實驗相關的信息設備。

(3)電源控制器是使用MCS51單片機來完成。

ARM由串口通過485總線來和控制電源的MCS51單片機通訊。MCS51單片機使用匯編語言編寫程序來控制繼電器使相應的儀器電源接通或關閉。

ARM芯片作為實驗預習室的主控制器，通過程序來對預習室的數據進行處理，對實驗預習室的實驗儀器的電源、門禁刷卡、登陸認證進行控制，完成物理實驗預習室的智能化控制。程序框圖

圖3　預習系統服務器框圖

(1)門禁IC卡模塊：學生通過使用學生IC卡在物理預習室的門禁處刷卡進入物理實驗預習室。

(2)登錄確認模塊：通過登錄確認來記錄儀器的使用人的信息。

(3)儀器電源控制模塊：通過選擇使相應的實驗儀器供電。

結束語：從“軟件”和“硬件”上使學生根據自己的興趣和愛好來選擇他們想做的物理實驗題目。實驗預習對于大學物理實驗學習既是一種科學的學習方法，同時也是一種良好的學習習慣。學生只有正確認識到實驗預習的重要性，才能在大學物理實驗預習中有目的有效率的積極地去預習，從而提高課堂學習的學習效率以及效果。通過使用物理實驗預習體系來激發學生的實驗興趣，鍛煉學生的獨立思考能力，鼓勵上進，提升學生的基礎知識和水平，培養學生的創新意識和綜合實驗能力，保證實驗課的效果，完成實驗課教學目的。

參考文獻：

[1]李喜貴，魏桂森，魏建宇．注重預習提高近代物理實驗的質量[J].實驗室研究與探索，2005(3)：54-56.

[2]李承躍，朱德軍 ．改進大學物理實驗預習教學方式[J].實驗科學與技術，2013(5)：262-265.

[3]言秋莉，李丹，唐玉梅.標準化、網絡化的大學物理實驗預習系統的實現[J].大學物理實驗，2011(5)：105-107.

[4]趙顏．大學物理實驗操作預習系統網絡課程的開發與實踐[J].高教論壇， 2008(6):163-166.

[5]劉思久，孫釗，段天明.一種支持網絡功能的嵌入式ARM控制器[J].電測與儀表，2006(6):59-63.

[6]王墨林，羅樂.大學物理實驗網絡教學系統的設計[J].實驗室研究與探索，2012(12):140-144.

[7]歐陽淑麗.遠程實驗預習輔導系統的建立與應用[J].大學物理實驗，2012(1)：31-37.

Research on the Application of Preview in Physics Experiment Teaching

LI Wei,WANG Xiao,JIANG Yong-heng,LIN Xiao-long,GAO Chun-ge

(Jilin University,Jilin Changchun 130025)

Abstract：It is the key to study Physics experiment preparation in the physics experiment.Preview system was made up of physical experimental preparation of the website in school's internal network and the physical experimental preparation room in laboratory.Windows NT network management server and JSP programming language was used to form a physical experiment preview website.ARM chip was used as the control center of the whole physical experiment preparation room.The MCS51 microcontroller use to control the instrument of physical experiments.Through the preview system,the students in college to make physics experiments have the purpose of the preparation and the efficiency of the active preview,so as to improve the learning efficiency and effect of classroom learning.

Key words：experiment preparation system；JSP；experiment preview room；ARM

收稿日期：2015-11-26

文章編號：1007-2934(2016)02-0135-03

中圖分類號：G 420

文獻標志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.002.036