物理仿真實驗在實驗教學改革中的應用

【摘" 要】本文通過分析當前大學物理實驗教學中存在的一些不足，結合物理仿真實驗自身所具有的特點，闡述了物理仿真實驗在我校實驗教學改革中的應用。

【關鍵詞】大學物理實驗" 仿真實驗" 教學改革

【中圖分類號】G642""""""" 【文獻標識碼】A"""""""" 【文章編號】1674-4810（2015）32-0062-03

大學物理實驗是一門實踐性很強的課程，在對學生進行科學實驗方法和實驗技能的訓練、培養學生實事求是的科學態度、提高學生分析和解決實際問題的能力等方面有著不可替代的作用。

本文主要就是針對我校傳統物理實驗教學中存在的一些不足之處，結合物理仿真實驗的特點分析其在我校大學物理實驗教學改革中的應用。

一 當前我校大學物理實驗教學中存在的不足

1.實驗的預習效果不理想

學生上實驗課前都要預習實驗內容并寫預習報告，但由于學生面對的是條條框框的物理公式、枯燥的文字描述和毫無立體感的平面圖，對即將進行實驗的實驗目的、原理、步驟和實驗儀器都無法很好地理解和領會，更不要說實驗操作中需要注意的相關事項以及改進實驗的其他方式方法。為了完成老師布置的任務，大多數學生都會選擇盲目抄襲實驗教科書或者抄襲已經完成的預習報告，無法達到預習的效果。另外，由于課時的限制上課時老師也無法通過提問逐一檢查每個學生的預習情況。長此以往，導致學生對于物理實驗預習越來越不重視，形成一種應付了事的學習態度。

2.教學的方式單一，教學的手段過時

在傳統的大學物理實驗教學模式中，基本上都是實驗課堂上實驗教師簡單地講解實驗目的和原理，接著演示實驗操作，最后在教師的指導下讓學生自己動手操作完成實驗。這種言傳身教的實驗教學方式，使學生常常處于被動接受的狀態，實驗也變得比較枯燥無味，影響了實驗教學效果。這種教學方式不但不能提高教學質量，更加不能激發學生的學習主動性，不利于學生的獨立思考能力和創新能力的培養。

3.實驗資源有限，設備不足

近些年來，隨著我校的招生規模大幅度擴大和大學物理實驗這門課程愈來愈受到重視，使大學物理實驗教學面臨著嚴峻的挑戰。一方面是實驗教學儀器的頻繁使用，損耗嚴重，現有的實驗儀器設備更新完全跟不上實際需求;另一方面是實驗儀器的數量和實驗場地等教學資源的不足，導致學生不得不多人一組進行實驗，而且由于時間的限制不能讓每個同學都親自操作一遍實驗，很大程度上影響了物理實驗的教學效果。另外，一些近現代的物理實驗儀器價格很昂貴，因此開設的物理實驗項目不得不有所保留，這樣的結果就是讓學生不能完整地、系統地學習物理知識。

二 物理仿真實驗的概念及特點

1.概念

所謂物理仿真實驗是指利用計算機技術建立一個與真實實驗環境一樣的虛擬實驗環境，讓實驗者可以在其中進行各類物理實驗操作的一種當代實驗教學形式。雖然整個實驗過程是由計算機程序軟件運行完成的，但是更加方便學生在了解物理實驗過程的同時，有效地分析實驗的結果。

2.特點

中國科技大學研制的“大學物理仿真實驗”系統具有以下特點：（1）模擬了實驗儀器和實驗的整體環境。具有熟悉儀器、儀器使用說明和操作實驗儀器等功能，通過仿真實驗使學生對實驗從局部到整體建立起直觀的認識。（2）提供了具有高度真實感的界面，實現了儀器的模塊化。學生可對實驗儀器進行選擇、組合、拆卸和調整，對同一個實驗操作可用不同的實驗方法完成。實現了物理仿真實驗的可設計性和虛擬儀器的可操作性，這有利于培養學生的設計思考能力。（3）具有誤差模擬功能。對同一個實驗可以調整實驗條件和待測樣品參數等，從而得出不同實驗結果，同時還能對實驗數據進行統計分析，以評判實驗質量的優劣。（4）模擬了實驗教學過程。物理仿真實驗以實驗教學思想作為指導，通過解剖教學過程對實驗進行模擬，側重培養學生獨立思考和解決問題的能力。學生必須在理解的基礎上通過思考才能進行實驗操作，克服在實際實驗中出現的盲目操作和實驗“走過場”的現象，大大提高了實驗教學的質量和水平。（5）拓展了與實驗項目相關的理論內容、歷史背景和意義、現代技術應用等方面的知識，擴大學生的知識面，培養了學生理論聯系實際的能力。

三 物理仿真實驗在我校物理實驗教學改革中的應用

根據當前我校物理實驗教學存在的不足之處，結合物理仿真實驗的特點，我校可建立物理仿真實驗室，在學校的教學管理系統中建立物理仿真實驗教學平臺，把物理仿真實驗應用到物理實驗教學中。

1.改善預習狀況，增加學習興趣，提高學習效率

物理仿真實驗對實驗目的、實驗原理、實驗儀器的結構及操作、實驗內容及步驟均有詳細的講解，并針對每一版塊設置了題目。課前要求學生必須進入學校教學管理系統中的物理仿真實驗教學平臺對實驗進行預習，在學生閱讀和理解了實驗原理和內容后，通過回答提出的問題來檢驗其對實驗原理和內容的理解情況，如果學生回答有錯誤，系統將給出提示，直到學生能正確回答問題后才能進行實驗操作，最后根據學生操作的步驟和實驗結果來判斷學生是否達到預習的要求，對于達不到要求的給出提示，直達達到要求為止。物理仿真實驗相對于實驗課本提供了直觀、豐富的學習環境，聲音配合圖像，簡單有序的實驗內容幫助學生從多方面進行學習，這樣必然會增大學生的興趣，調動他們的學習積極性。另外，經過物理仿真實驗的預習，讓實驗操作更加輕松，把實驗老師從傳統實驗教學的冗長講解中解放出來，給學生更多的實踐操作時間，極大地提高了教學效率。

2.改善了實驗教學受時間和空間限制的狀況

在以往的傳統實驗教學中，每節實驗課通常只有2個課時或者3個課時，很難在有限的時間之內要求學生完成實驗且達到實驗目的，實驗效果不理想。特別是對于一些實驗難度大、設備要求高的實驗，學生很難在短時間內理解實驗原理、熟悉實驗儀器、掌握實驗操作，而且課后學生也無法對實驗操作進行復習。應用物理仿真實驗，學生可在任何時間任何地點通過網絡對實驗的相關內容進行課前預習和課后復習，克服了傳統實驗教學中長期受課時、實驗場地的限制和干擾，使實驗教學內容在時間和空間上得到延伸。

3.減少實驗室對硬件資源的需求

在實物實驗中，一個操作不當就會導致實驗儀器損壞，嚴重的還會發生危險，無形中增加了實驗儀器的維護費用。但是，物理仿真實驗的虛擬性完美地解決了這個問題，即便學生操作失誤，也不會造成任何儀器損壞，更不會發生實驗危險，即使多次反復使用，也不會出現儀器的損耗問題。另外，由于實驗教學儀器昂貴、教育經費緊張，使得一些實驗項目無法開設，對于一些無法開設的實驗項目，可以通過物理仿真實驗進行講解和實驗演示，這樣在很大程度上緩解了實驗室硬件資源的不足。

4.有利于培養學生的自主實驗能力和創新實驗能力

在實物實驗時由于時間及安全問題，對于一些復雜的、危險性高的實驗不允許學生自行改變實驗參數。而物理仿真實驗中學生可以自主設置實驗參量、反復調整實驗儀器后，觀察實驗現象、分析實驗結果。這有助于培養學生的自主實驗能力和創新實驗能力。

5.促進教學改革

利用物理仿真實驗對傳統的實驗教學模式進行改革，采用物理仿真實驗和實際實驗相結合的二段式教學模式。第一階段學生課前通過網絡進入物理仿真實驗教學平臺對實驗進行預習，而且必須達到系統的預習要求;第二階段學生課堂內在實驗室獨立完成實際實驗操作。經過物理仿真實驗的全面預習后，讓實際實驗操作更加輕松快捷，把實驗教師從傳統實驗教學的冗長講解中解放出來，給學生更多的實踐操作時間，把學習的主動權真正的返還到學生的手里，讓學生積極主動地學習，極大地激發了學生的學習興趣，提高了實驗教學效率。

四 總結

大學物理實驗教學因為物理仿真實驗的引入應用，很大程度上提升了學生對于實驗課的積極主動性，給傳統的大學物理實驗教學增添了新的生命和活力，為培養創新型人才提供了新的教學模式。但是物理仿真實驗在培養學生的實驗技能、發現和解決問題的能力等方面有所欠缺，所以物理仿真實驗替代不了實際實驗，它只能作為輔助教學的一種工具。在實際教學中，我們應該將仿真實驗和實際實驗有機地結合起來，更好地服務于教學，提高實驗教學的質量和水平。

參考文獻

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〔責任編輯：林勁、李婷婷〕