1. 引言
《基础物理实验》是高等院校中培养学生动手能力、实验素养不可或缺的一门课程，随着社会对创新型人才需求的不断扩大，各高校也担负着越来越重要的责任。对于如何培养学生具有浓厚科研兴趣及较强动手能力的的成为了各高校加强教学效果的重要议题。
在传统的基础物理实验教学中，存在着诸多显而易见的问题：学生在预习时只是阅读了实验教材，而且大部分学生的预习报告书写基本是复制教材, 对实验的目的、基本原理、实验方案的思路及实验步骤等没有一个完整的总体认识;教师在课堂上讲解后学生马上进行实际操作, 预期的教学效果是不理想的[1];实验预习部分的枯燥乏味，导致在实验过程中出现各种错误操作，甚至发生危险，学生也就不会真正体会到实验的原理;实验的数据处理部分往往较为复杂[2]，并需要进行大量的数学运算，手工运算占用大量的实验时间，并不能保证结果的准确性，为了在有限的实验时间内完成实验，甚至导致学生互相抄袭实验结果的现象发生，而且学生并没有认真体会实验数据处理的重要性，缺乏正确的数据处理思维。
因此要解决这些问题，一方面要提倡物理实验的创新性研究[3]，并加强学生培训，改善实验室管理制度;另一方面，要利用科学的技术手段，如多媒体技术以及计算机强大的数据运算能力，增加学生对实验的兴趣，减少学生在实验过程中发生错误的几率，让学生能节约出更多时间来实践，思考、理解实验的原理，提高学生的科研实验能力。
2.设计思想的提出
目前，有关《基础物理实验》的书籍、用具已较为完善，实验项目也在不断增多[4]。然后，还没有一套计算机应用系统软件能够将全部实验高效、清晰的组织起来，同时基于以上提出的基础物理实验过程中出现的各种问题，我们提出此设计思想。此思想将所有实验项目按力、热、光、电、综合性实验进行分类，每个实验均有实验预习及数据处理部分。在实验预习模块中，学生可以查阅所有预习内容，并观看flash动画或真人实验演示视频。在数据处理部分，学生可以讲实验数据输入系统，了解每一步的计算过程，让计算机完成计算工作。系统编辑人员可随时增加实验项目，编辑预习内容和数据处理公式。
图1 系统实验组织方案
3. 系统设计与实施
3.1设计目标
(1)在系统功能设计方面，本系统将实现以下功能：
◇ 实验项目的添加、更新、删除功能;
◇ 实验公式的编辑、添加功能;
◇ 实验预习内容的查阅功能;
◇ 实验数据自动处理功能;
◇ 实验的搜索、筛选功能;
◇ 管理员权限控制功能。
(2)在交互设计方面，本系统将以为用户提供良好体验为基础，利用jquery、ajax等页面交互技术，尽量减少页面刷新次数，增强用户操作流畅度。
系统首页由系统名称、分类导航、搜索框、热门实验项目、系统版权信息等内容构成，用户通过点击导航及输入搜索内容，系统将实时进行筛选、搜索工作，动态显示符合附件的实验项目，用户鼠标掠过某一实验，及显示实验预习及数据处理链接，单击链接将动态显示某一实验预习内容和数据处理详情，输入实验数据系统将动态返回计算结果。所有常规操作将在无界面刷新的情况下动态完成，保证用户使用体验。
管理员登陆后，将在页面显示添加、删除、编辑实验链接，所有链接均为橘黄色背景，公式编辑模块采用可拖拽设计，有效减少了管理员公式编辑的难度。
3.2 总体设计
系统采用Browser/Server 设计模式[5]，无需用户安装特定软件。服务器采用 Linux 开源操作系统，ApacheWeb服务器软件，配合Mysql开源数据库，有效保障了保证系统稳定运行。在编程语言方面，系统将采用php高级语言，基于php官方支持的zend-framework开发框架进行开发，保障系统安装、高效性。用户交互方面，系统采用html5+jquery+ajax技术，有效保障系统用户体验。
3.3 数据库设计
数据库在软件系统的数据存储中占有非常重要的地位，数据库结构的好坏直接影响着整个网站的运行效率。合理的数据库设计可以提高数据库查询以及存储的效率，同时也可以保证数据的完整和一致。数据库ER图如下[6-8]：
图2 系统数据库ER图
结合系统功能的要求以及功能模块的划分，数据库中主要的数据表如下：
管理员信息：用户名，密码(注：密码采用MD5的方式加密);
实验信息表：实验类型，实验名称，实验简介，实验目的，实验仪器，实验原理，仪器简介，实验内容，数据处理，注意事项，思考题，添加时间，排序权重，缩略图地址，视频演示地址，浏览量;
数据处理公式表：关联实验，输入变量名称，输入变量数量，输出变量名称，输出变量数量，处理公式，数据组数。
由于各数据表的查询操作要多于存储操作，所以均采用MyISAM存储引擎，以提高数据库的运行效率。
4.重点问题及解决
4.1 数据处理公式模块的设计
由于预习内容添加等功能为数据库系统管理内容的常规功能，网页形式的实现方案已比较成熟。但网页形式的复杂公式编辑功能却很少有人涉猎，所以此部分功能的开发较为困难。
为了让管理员方便的进行公式编辑，系统规定每个实验可添加任意多组的公式，每组公式可自定义输入变量数量、输入变量名称、输出变量数量、输出变量名称，管理员可为每个输出变量定义计算法则，提交成功后系统将把以上内容记录到数据库中。
例如在图2所示的公式添加阶段，系统管理员需先填写数据组数、每组输入输出数据数量，名称填写框将根据填写的数量自动生成。锁定组数后可对输入输出变量进行编辑;锁定输入变量后，输入变量将进入可拖拽状态;锁定输出变量后，系统将针对每个输出变量自动生成公式编辑区，管理员可在右侧的可选元素中拖拽相应操作符、变量进行公式编辑;锁定任一组公式，此公式即进入可拖拽区，方便其他公式的引用。在对所有输入框都进行锁定后，即可点击提交按钮提交此组公式。
图3 实验公式添加界面
4.2 用户实验数据的动态计算[9]
数据处理界面将由管理员编辑生成，编辑过程中可插入公式标记符“*formula*”。
当用户打开数据处理界面时，系统将根据此实验已编辑公式的权重依次替换公式标记符为用户可进行数据运算的模块。
当用户在各运算模块输入实验数据后，系统用用户数据将公式变量替换，调用相应函数计算公式结果，动态输出到对用模块供用户查对。
图4 实验数据处理界面
4.3 实验分类筛选及搜索的实时动态进行
为了能让用户快速定位到相应实验，系统将所有实验名称一次性返回用户计算机。用户选择某分类后，jquery脚本将利用动画效果隐藏其他分类的实验。用户输入搜索内容时，jquery脚本将监测按键弹起状态，每次按键弹起后将组合分类选项进行实验的搜索，利用动画效果隐藏掉无关信息，从而实现了实时动态的筛选、搜索效果。
5.结束语
实验教学在现代教学体系的作用越来越重要，如何有效激发在校学生的科研潜力迫在眉睫。希望此系统的实施能够方便《基础物理实验》教学的进行，促使实验教材、教学方法、教学结构、教学思想和教育理念等的更新，能够促使教师在教学实践中不断地更新教育观念,能够为培养学生的动手能力、独立思考与分析问题的能力、自行设计实验方案与解决实际问题的能力等方面创设一个良好的教学环境,让学生主动、积极地参与到实验教学中来，让高校为社会输送更多具有创新意识与创造性思维的高素质人才[10]。
参考文献
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[2] 宋露露. 大学物理实验数据处理的教学问题研究[D]. 华中师范大学硕士论文,2006:7-38
[3] 李松岭,李明雪. 物理创新性实验的六大设计原理[J]. 物理与工程,2007,17(06):19-21
[4] 肖苏主编. 大学物理实验[M]. 中国科学技术大学出版社,2004
[5] 张俊玲. 基于B/S的物理实验教学系统的设计与实现[D]. 天津师范大学硕士论文,2005:4-34
[6] 杨冬青,唐世渭. 数据库系统概念[M]. 机械工业出版社, 2003:4--21
[7] 王润兰,白然,等. 信息技术环境下初中物理实验探究教学模式研究[J]. 中国电化教育,2007,(03):84-85
[8] 李南. MySQL数据库跨越式升级中乱码问题分析及解决[J]. 江苏技术师范学院学报, 2011,17(12):151-153
[9] 王磊. MySQL物理结构的自动优化[D]. 东南大学硕士论文, 2009:10-31
[10] 刘向远. 大学物理实验教学中培养学生创新能力的研究[D]. 合肥工业大学硕士论文,2007:34-67
