芻議模擬性情境對實驗教學的促進

[摘要]介紹合肥學院雙實中心物理試驗室開設應用型實驗課程的教學實踐，嘗試以創設模擬情境的方式，開展自主性學習的實驗教學。

[關鍵詞]實驗教學 模擬性情境 促進

[文獻編碼]doi：10.3969/j.issn.0450-9889(C).2011.12.044

大學實驗教學主要是幫助學生掌握事實、現象、概念、規律以及理論體系等基礎知識，培養學生的創新精神、實踐能力和主動學習的能力。我們應當重點開發有利于學生主動學習和有利于培養學生創新精神、實踐能力的仿真實驗軟件，給學生提供自主的學習環境。在這個環境中，學生可以對知識主動地探索，主動地發現，發揮了學生學習的主觀能動性，有利于發展學生的創造性和創新精神。本文介紹了合肥學院雙實中心物理試驗室開設應用型實驗課程的教學實踐，嘗試以創設模擬情境的方式，開展自主性學習的實驗教學。

一、模擬性情境概述

模擬性情境包括模擬實驗、虛擬仿真、虛擬討論等。

模擬實驗：實驗是教學的重要內容之一，然而由于受時間和空間等客觀條件以及儀器本身因素的限制，有些實驗效果不夠理想。如果利用計算機模擬輔助實驗，將起到直觀形象、化小為大、化遠為近、改變時空、動靜變化、快慢可調、重復再現等作用。

虛擬仿真系統可以方便地創建空間場景，實現三維瀏覽功能，整個虛擬實驗中，學生可以通過數據手套與系統進行交互獲取“真實的”感性材料等。

虛擬討論讓學習者依其學習速度，在任何時間和地點與多位學習者形成一個討論交流的學習社群，學習者在虛擬的學習環境中進行資料搜尋、活動過程紀錄、討論與溝通等。

基于Internet網絡的物理輔助教學能創設大學物理實驗模擬性情境。已不再僅僅是文字和聲音，還有圖像和視頻等多媒體知識的情景，可以模仿和虛擬，能夠產生身臨其境的逼真效果。當學生回到實踐后，利用已有的逼真的效果的影響，將半具體化的理論應用于實踐，少走理論應用于實踐的彎路，使學生的實踐能力迅速地提高。通過利用優秀的仿真模擬功能，學生在能力培養要求得到保證的前提下，大大提高了教學效率，同時也擴展了學生的學習空間，加強了學生的學習自主性。

二、模擬性情境在實驗教學中的應用分析

讓學生學會學習、學會研究、學會創新是高等教育的核心。傳統的本科教學能使學生較好地完成知識的積累，而培養自主學習能力、知識運用能力以及創新性思維能力更有賴于研究型教學。作為“應用型人才培養基地”，實施以培養學生自主學習為核心的應用型教學十分必要。在整個應用型教學體系中，實驗教學是連接知識與實踐、實踐與創新的重要橋梁。因此，我們通過開設在實驗課程預習中的模擬性情境，為學生創設模擬的情境，積極探索應用型實驗教學的模式，為學生參與科學應用、學科競賽、創新實踐活動奠定堅實的基礎。

依托于合肥學院“應用型人才培養基地”的建設，搭建開放式應用型實驗教學平臺，開設教案PPT、試驗錄像、仿真實驗、在線考試等多種形式的自主學習型實驗課程，以自主學習為核心，將科研實踐融入實驗教學。引導本科生早期參與試驗操作，掌握科學應用的方法，以激發學生的潛能，培養學生的興趣，增強學生獨立思考和創新的能力，為學生未來的充分發展做好準備。同時，通過應用型實驗課程的開設，帶動實驗室全方位開放和實驗教師隊伍建設。

模擬情境應力求逼近真實的情境，在引導學生體驗時要盡量使學習者從外在的環境和內在的心境兩方面都感到自己正處在生活的真實空間中，而不是在一種被安排好的系列活動之中，要讓學習者對即將發生的事情無法預料，而又必須馬上運用所學知識進行思考，作出反應，加以解決，從而在一個解決問題的過程中獲得深刻的體驗。

實驗教學一直是物理教學的老大難問題。與傳統實驗教學相比，把多媒體、網絡引進實驗教學明顯提高了實驗教學的質量。它不僅僅解決了器材缺乏等方面的問題，而且直觀性、針對性更強，把通過實驗得到知識鞏固和概念加強的功能發揮的更加出色。當前，已摸索并建構出一些新型實驗教學模式，既重視教師主導作用，又重視學生主體作用，而且對學生的思維加工提出了更高的要求。創新精神是一個民族的靈魂，培養創新精神與創造型人才已成為廣大教育工作者推進素質教育的關鍵，而物理學作為一門重要的自然科學，不僅對人類認識自然界起到推動作用，而且對人類的思維發展也產生不可或缺的影響。這就要求物理教學應緊扣時代節奏，培養學生的創新能力。

使用計算機多媒體輔助物理教學還可以實現啟發式教學，調動物理學習積極性。在物理教學過程中，減少學生對老師的依賴，按教學階段逐步發展學生的獨立思考、獨立活動的能力，這是學生進行探索性認識活動的開始的客觀要求。但在以往的傳統教學中，往往以教師為中心，學生的探索性認識活動難以開展。在計算機輔助物理教學中，可利用計算機向學生提出問題，分析問題，從而解決問題，引導遵循教學思路掌握所學內容，通過屏幕顯示，逐步引導。在課件的編制過程中，可以采用增添的方法，逐步形成完整的概念，給學生以探索的機會，這樣學生可以邊操作，邊演示，邊作圖，邊思維，達到開發智力的目的。學生學習的內部過程及其所受外部事件的影響可參見，表1。

在計算機輔助教學中培養學生的創新能力，要充分發揮電腦的引導作用，突出學生的主體地位。充分相信學生，讓學生有主動參與的機會(不要全部都是演示性的模擬)。讓學生在多媒體環境中有資料可查，充分發揮學生的主觀能動作用，最大限度地調動學生自主學習的積極性和主動性。變單向信息傳送(即簡單的電腦演示給學生看)為雙向式、多向式(即學生與電腦，學生與學生之間)信息傳送與交流，學生在計算機教學環境中能得到重點、難點、關鍵點和注意點的提示信息，從而引導學生進行思維探索。這些提示信息可以采取提示、答疑、討論、觀察現象甚至讓學生動手操作等方式呈現給學生，在多媒體實驗模擬環境下其效果也十分顯著。因而利用多媒體模擬實驗便于學生結合實際，把基礎知識轉化為能力，利于消除思維定勢，培養學生思維的靈活性，開拓學生思路，培養學生的創造性?？傊ㄟ^計算機輔助教學的設計、探索，不但能對學生進行科學方法教育，而且能有效地培養學生解決物理問題的能力和創新能力。其中實驗情境的模擬是一種以學生為中心的教學方式，所以要求教師選擇仿真軟件時要具有一定的針對性，這樣才談得上培養學生的自主學習能力。

三、應用效果

通過模擬性情境在合肥學院大學物理實驗中的一段時間的應用。學生發生了可喜的變化。無論是從對實驗本身的興趣，還是對試驗的理解以及對試驗與理論之間的聯系思考，學生都有巨大的進步。

第一，有利于培養學生在學習中的主體意識。網絡、多媒體等計算機技術打破了以教師、教材、課堂為中心的傳統教學模式，由單向知識傳遞機制轉變為廣泛多渠道獲取知識、獨立思考、深入分析等多向信息傳遞、交流與反饋的互動機制。學生由被動接受知識的客體轉變為學習主體，客觀上為學生營造了主動獲取知識、鍛煉技能的學習環境，創造了發揮學生主動性學習的氛圍，既有助于激發學生學習的主動性，又有利于增強學生主動獲取知識的驅動力，從而有效促進學生自主學習能力的內化。

第二，有利于學生個性化伸張和意識潛能的發揮。設計并開展成功的多媒體教學，不僅激勵、培養與鍛煉了學生思維的主動性、求異性、靈活性以及批判性，培養學生的知識運用能力、縱(橫)向聯想能力、綜合歸納與推理能力以及表達(文字、圖形和口頭語言)能力，即發現問題、分析問題與解決問題的能力，同時也為學生創造了個性化伸張和潛能發揮與展示的極好機會，從而為自主學習能力的內化奠定更穩固的基石。

[基金項目]合肥學院自然基金項目(10KY06ZR)

[作者簡介]程瑋(1974-)，男，安徽合肥人，合肥學院試驗師，碩士；冉維維(1973-)，女，安徽淮南人，安徽淮南第二十四中學高級教師，碩士。

(責編 黎原)