關(guān)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中仿真實(shí)驗(yàn)的研究

摘 要：物理實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)的教學(xué)中，已經(jīng)成為一個(gè)固有的形式，然而，就當(dāng)前的高校物理教學(xué)來看，出現(xiàn)了一種新的形式，就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)。仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的一個(gè)可視化操作環(huán)境，在這種環(huán)境中學(xué)生可以進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的教學(xué)目的的實(shí)驗(yàn)形式。這種新形式的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢?huì)開啟高校教學(xué)的新形式，它不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，同時(shí)對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有很大的幫助。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn)；FLASH技術(shù)；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 研究背景

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，所謂物理實(shí)驗(yàn)，就是根據(jù)物理學(xué)研究目的，選用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)儀器或?qū)嶒?yàn)裝置，用人為的方法讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象再現(xiàn)，并加以觀察和研究的一種科學(xué)活動(dòng)\"物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括力、熱、電、光等科學(xué)技術(shù)研究的各個(gè)方面，它是一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。大學(xué)中的物理實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)被設(shè)定為必修課程，這一規(guī)定既有助于幫助大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，同時(shí)也是訓(xùn)練大學(xué)生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的開端。大學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)不僅僅局限于某一領(lǐng)域，而是涉及各個(gè)領(lǐng)域，這說明，理工科個(gè)學(xué)科之間存在共性和普遍性，同時(shí)也說明了物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)科學(xué)習(xí)中的重要性。隨著課程改革目標(biāo)的出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革也進(jìn)一步的落實(shí)，實(shí)驗(yàn)改革在落實(shí)上相比其他課程改革存在一定的難度，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依靠的是實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施的跟進(jìn)，實(shí)驗(yàn)改革最大的目標(biāo)就是放手給學(xué)生去動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，然而很多學(xué)校存在最大的問題就是不敢放手讓學(xué)生去使用，限制實(shí)驗(yàn)是開放的時(shí)間等等，學(xué)生操作難以進(jìn)行，學(xué)習(xí)成果自然不會(huì)提高。立足于實(shí)驗(yàn)改革中存在的若干問題，仿真實(shí)驗(yàn)的誕生無疑能夠?yàn)檫@些問題的解決帶來福音。特別是作為計(jì)算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的一個(gè)新的發(fā)展，仿真物理實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為高校物理實(shí)驗(yàn)改革的亮點(diǎn)。仿真物理實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)勢(shì)就是能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以讓學(xué)生在進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作之前，做得一切準(zhǔn)備工作。

2 對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)概述

所謂仿真實(shí)驗(yàn)，是相對(duì)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)而存在的，兩者的主要差別在于：實(shí)驗(yàn)過程中所觸及的對(duì)象與事物是否真實(shí)，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中所采用的實(shí)驗(yàn)工具、實(shí)驗(yàn)對(duì)象都是以實(shí)物形態(tài)出現(xiàn)的，而在仿真實(shí)驗(yàn)中，不存在實(shí)物形態(tài)的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)過程主要是對(duì)虛擬的實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備進(jìn)行操作。仿真物理實(shí)驗(yàn)被作為一種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件，應(yīng)用于現(xiàn)代教育中，主要是以技能訓(xùn)練為主的一種實(shí)驗(yàn)技能領(lǐng)域的學(xué)習(xí)型軟件，能夠幫助教學(xué)對(duì)象進(jìn)行思想的建構(gòu)，同時(shí)完成實(shí)時(shí)的操作，輔助學(xué)生在開始實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作之前進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練。仿真實(shí)驗(yàn)主要提供了一種以教學(xué)理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種非實(shí)在性的實(shí)驗(yàn)空間，其本質(zhì)是由計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)的一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)的特征

⑴仿真性。仿真性這一特征從其名稱中就不難看出，作為一款輔助型軟件，其最大的特點(diǎn)就是模擬了真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，為學(xué)生虛擬一種真實(shí)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，同時(shí)在仿真實(shí)驗(yàn)中的一些實(shí)驗(yàn)設(shè)施與實(shí)際中的實(shí)驗(yàn)設(shè)施幾乎相同，學(xué)生在操作的過程中能夠真實(shí)的感受實(shí)驗(yàn)的過程，如同置身真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境一般。

⑵交互性。與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不同，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┙o學(xué)生更多的交流感，使其與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行雙向的交流，同時(shí)可以自由的對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)施進(jìn)行操作和選擇，減少了了實(shí)際操中的一些束縛。

⑶靈活性。仿真實(shí)驗(yàn)最大的特點(diǎn)，在教學(xué)改革過程中改變最大的就是他的靈活性，學(xué)生在進(jìn)行傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)的過程中遇到了很多阻力，其中最常見的就是一些教師不敢放手將實(shí)驗(yàn)室開放給學(xué)生，當(dāng)然這里有許多的原因，如設(shè)備的維護(hù)、購(gòu)置、費(fèi)用等等因素。仿真實(shí)驗(yàn)的研發(fā)就大大解決了這一問題，仿真實(shí)驗(yàn)易于擴(kuò)充維護(hù)，操作方便，可以隨時(shí)開放，反復(fù)實(shí)踐，提高辦學(xué)效率，而且仿真實(shí)驗(yàn)靈活方便，便于實(shí)現(xiàn)資源共享。

3 大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

3.1 營(yíng)造多樣化學(xué)習(xí)環(huán)境，打破了時(shí)間和空間的局限

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比較，仿真物理實(shí)驗(yàn)主要結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)，建構(gòu)了多媒體的教學(xué)平臺(tái)，為課堂的教學(xué)環(huán)境帶來了創(chuàng)新點(diǎn)，也大大提高了課堂的新鮮感。同時(shí)仿真物理實(shí)驗(yàn)也在教學(xué)的時(shí)間和空間上得到了延伸，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，總是苦惱于課前的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和課后的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)室的短暫的學(xué)習(xí)時(shí)間，無法滿足學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)知需求，仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)，大大緩解了這些壓力，學(xué)生可以自由的選擇學(xué)習(xí)的時(shí)間和地點(diǎn)，對(duì)于提高自主學(xué)習(xí)有很大的幫助。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，存在一些實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備置購(gòu)得難題，特別是一些近代的物理實(shí)驗(yàn)，需要的實(shí)驗(yàn)器材價(jià)格昂貴，同時(shí)在操作上也相對(duì)復(fù)雜，出于對(duì)資金的考慮，很多高校無力開設(shè)這些實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課程的縮減必然會(huì)影響學(xué)生的一些正常的學(xué)習(xí)進(jìn)度。仿真物理實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)大大解決了這一難題，有了好的仿真實(shí)驗(yàn)軟件，那些耗資大的實(shí)驗(yàn)同樣可以開設(shè)，從而保證了實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目和數(shù)量。

3.3 實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的結(jié)合

實(shí)驗(yàn)本身就是一種理論學(xué)習(xí)的輔助，然而由于一些原因，大型的實(shí)驗(yàn)無法與理論的學(xué)習(xí)很好的結(jié)合，也就阻礙了學(xué)生對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)。仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)，讓實(shí)驗(yàn)的輔助功能得到了更好的發(fā)揮，特別是一些在物理學(xué)發(fā)展史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，由于設(shè)備等原因很難在實(shí)際中得以再現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于概念的理解也就很難到位，利用仿真實(shí)驗(yàn)，在課堂的教學(xué)中完全可以將這類實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)與學(xué)生面前，真正做到了理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，在這一過程中，將一些概念和規(guī)律引入學(xué)習(xí)的過程中，對(duì)于理解一些物理現(xiàn)象有很大的幫助，同時(shí)提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王曉蒲.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐[J].教育與現(xiàn)代化，2002（3）.

[2]趙英.大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體驗(yàn)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2003（11）.

[3]趙英.大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)議[J].大學(xué)教育科學(xué)，2004（4）.