大學物理網絡仿真實驗在高職院校的應用研究

郝杰

（南京化工職業技術學院基礎部，江蘇南京 210048）

大學物理網絡仿真實驗在高職院校的應用研究

郝杰

（南京化工職業技術學院基礎部，江蘇南京 210048）

本文通過對高職院校物理實驗教學現狀進行分析，介紹網絡仿真實驗在大學物理實驗教學中的應用實踐，并闡述其對培養學生學習能力和提高實驗效果所發揮的積極作用。同時給出了一種新的實驗教學模式，為高職院校大學物理實驗改革提供借鑒思路。

網絡仿真實驗；光電效應；物理實驗教學

大學物理實驗是培養學生基礎實驗知識、實驗方法和實驗技能的課程，它對培養學生的創新意識、動手能力、分析問題和解決問題的能力有著不可替代的作用。由于仿真實驗不易受場地和時間的限制，目前已有一些高校把它作為輔助手段用于實驗教學，亦取得了良好的教學效果，其中最為主要的仿真軟件是中國科技大學研發的《大學物理仿真實驗》。但對于高職院校而言，由于經費不足、物理實驗重視不夠等因素，建設現代化大學物理仿真實驗室，目前還難以實現。本文立足于南京化工職業技術學院物理實驗教學，分析高職院校物理實驗教學的現狀，并以“光電效應”實驗為例，介紹網絡仿真實驗在大學物理實驗教學中的應用實踐，并闡述其對培養學生學習能力和提高實驗效果所發揮的積極作用。同時給出了一種新的實驗教學模式，為高職院校大學物理實驗改革提供借鑒思路。

1 高職院校物理實驗教學的現狀

1.1 對物理實驗教學重視不夠

隨著高等職業技術教育的學制改革，專業教學的加強，加上近年來急功近利的社會風氣，物理教學和物理實驗教學在高等職業教學中的地位被動搖，其重要作用被懷疑。即使在純工科性的院校中，大學物理實驗也是面臨著課時壓縮或停開的局面。

1.2 實驗經費不足，儀器陳舊，缺乏現代化教學手段

目前，多數高職院校是在原中專基礎上升格的，物理實驗室原有設備只能滿足中職物理實驗教學需要的一些驗證性的實驗。儀器不僅陳舊，而且多數不能適應大學物理實驗教學要求，更談不上面向專業開設針對性的綜合實驗。不少學校升格后都是把絕大部分經費用于擴大辦學規模，實驗經費的總體投入相對較少，能投放到物理實驗室的更是杯水車薪。在這樣的大環境下，物理實驗器材無法大面積更新，建設現代化大學物理仿真實驗室，目前還難易實現。

1.3 實驗教學流于形式

由于課時壓縮，學生完成一個實驗的時間只有2課時。由于時間的限制，課堂上教師難以充分闡述實驗原理，介紹實驗思路，被迫進行“填鴨式”灌輸；學生聽得懵懵懂懂，只能茫然地完成實驗，對儀器的性能和結構、實驗的設計思想和方法，根本沒有時間去思考、探索，而這些又是實驗至關重要的環節。由于課堂實驗的“走過場”，課后，學生更沒有興趣總結實驗，只是完成一份東抄西湊的實驗報告。這樣的實驗教學，往往使實驗教學流于形式，不能發揮學生的主觀能動性，影響了學生實驗效果，束縛了學生的科學思維能力的發展。

2 網絡仿真實驗的應用實踐

如何改變以上實驗教學現狀，網絡仿真實驗與大學物理實驗課程的整合為此開辟了新思路。教學實踐采用美國科羅拉多大學創建的在線實時仿真實驗室PhET。PhET是免費使用的公開網絡實驗室，不需要學校花費大量資金建設現代化仿真實驗室，解決了資金難的困頓。物理仿真實驗內容包括力學、熱學、電磁學、光學、量子現象與電路等。

下面以“光電效應”實驗為例來說明教學實踐的實施過程。該實驗的主要目的是觀察光電效應和測量普朗克常數，由于實驗儀器價格較高，實驗操作步驟繁瑣，學生一般都是按照老師設定好的參數和實驗步驟完成實驗，不利于培養學生探究能力。而且在實驗過程中學生要讀取大量數據，測量過程較長，微電流測量儀在長時間工作狀態下也會不穩定，造成學生讀數困難、實驗數據誤差較大，重復性變差。應用仿真實驗輔助教學具有一定的優勢。

2.1 仿真實驗平臺

圖1為光電效應仿真實驗平臺，包括光源、光電管、電流表、電源及模擬數據圖像等，電源電動勢范圍-8V～8V，光源波譜范圍為100～850nm，光照強度范圍0～100%。

2.2 仿真實驗教學

實際實驗前，學生利用課余時間先進行網絡仿真實驗預習。進入光電效應仿真實驗平臺后，可根據實驗教材提示，也可自行設計實驗參數、實驗表格完成仿真實驗。對于不清楚或難以理解的地方，可以反復實驗觀測，完成仿真實驗后寫出簡易的仿真實驗報告。為起到督促作用，可將仿真實驗報告按一定比例納入實驗總成績。學生在模擬實驗中可得到如圖2、圖3的關系圖，這些關系圖可以幫助學生對光電效應規律有直觀認識。

圖1 光電效應仿真實驗平臺

圖2 光子最大初動能-光頻率關系圖

圖3 電流-光強度關系圖

2.3 真實實驗教學

真實實驗在物理實驗室進行，采用GD-2型用普朗克常數測定儀，包括高壓汞燈光源、濾光片、光電管暗盒、微電流測量儀、普朗克常數測定儀五個部分。先檢查學生仿真實驗的預習情況，然后重點講解本次實驗原理、實驗思想，并介紹光電效應實驗的意義和應用。有了仿真實驗的基礎，學生在進行儀器組合安排、線路連接、實驗現象的觀察、遏止電壓的測量等各項操作時，效率明顯提高，不像以往手忙腳亂，無所適從，實驗興趣也明顯提高，提出的問題也有了深度。在完成實驗之后，我們對測量結果進行點評討論，效果令人滿意。在討論中，學生對比了仿真實驗和實際實驗，提出了實際實驗中存在的一些不足，如無低頻濾光片，無法驗證截止頻率的存在；沒有光照強度調節，不利于探究光電效應規律等。

2.4 網絡仿真實驗的積極作用

2.4.1 打破了實驗的時空限制

網絡仿真實驗室作為一個“開放的實驗室”，打破了時間和空間的限制，學生可以根據自己的時間隨時進行仿真實驗操作，為學生的課前預習和課后研究提供了便利條件。

2.4.2 提高了實驗的效率和質量

仿真實驗形象直觀，操作便捷，讓學生更容易理解實驗原理、熟悉實驗儀器和操作過程，提高了預習質量。隨著認知的加強，學生的實際實驗興趣也提高了，在課堂上能夠積極地完成實驗，并主動思考實驗的設計思想以及實驗中出現的問題等，充分調動了學生的課堂參與性，擺脫了任務式的教學模式。

2.4.3 加強了信息技術與物理實驗課程的整合

教師在教學中充分挖掘、利用這些信息技術和信息資源，無形中培養了學生的信息素養，從而增強學生的學習能力，幫助學生成為具有信息處理能力的、主動的終身學習者。

3 物理實際實驗與仿真實驗相結合

基于教學實踐，應用網絡仿真實驗為主要預習手段，給出一種新的物理實驗教學模式 (圖4)。

圖4 物理實驗教學模式圖

按照物理實驗要求，學生可以相對自由選擇實驗題目，在充分預習之后，可以根據自己掌握情況選擇獨立完成還是教師參與。如果選擇教師參與就要等教師安排統一時間指導完成實驗，如果是獨立完成可以隨時到各種開放實驗室去自己完成整個實驗。

4 結束語

教學實踐證明，在大學物理實驗教學中，充分利用網絡仿真實驗優勢，與實際實驗相結合，是提高實驗效果的有效途徑，亦是提高學生信息素養、增強學生學習能力的有效途徑。但在教學中需注意，仿真實驗的定位一定要明確，它只是實際實驗的模擬，只能作為實際實驗的補充，不能代替實際實驗。

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The Application of University Physical Network Simulation Experiment in Higher Vocational Colleges

HAO Jie
(Nanjing College of Chemical Technology,Nanjing 210048,China)

Based on the analyses of present situation of physics experiment teaching in higher vocational colleges, the article introduces the application of network simulation experiment in university physics experiment teaching, and explores the active affection of cultivating students’learning ability and improving the physics experiment teaching.The article presents a new experiment teaching mode which provides the reference for reformation about university physics experiment teaching in higher vocational colleges.

network simulation experiment;photoelectric effect;physics experiment teaching

G71

A

1008-178X(2012)09-0018-03

2012-04-25

郝 杰（1980-），女，遼寧沈陽人，南京化工職業技術學院基礎部物理教研室實驗師，從事物理教學研究。