虛擬仿真實驗在開放式實驗教學中的應用

周群　郭露芳　林立華

摘要：針對大學物理實驗教學中存在的問題，提出了基于開放式實驗教學的思想和理念，把大學物理仿真實驗與開放式實驗教學結(jié)合起來，對如何培養(yǎng)工科類院校本科生的探索創(chuàng)新能力進行了探索和研究，從而總結(jié)出一種全新的信息化實驗教學模式，為開拓視野、擴展知識和培養(yǎng)應用型人才做出了一些嘗試。

關(guān)鍵詞：仿真實驗；開放式實驗教學；創(chuàng)新能力培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003 6970.2016.05.009

本文著錄格式：周群，郭露芳，林立華.虛擬仿真實驗在開放式實驗教學中的應用[J].軟件，2016，37（5）：31-33

0.引言

加強實驗室建設(shè)和管理，是目前高校實驗教學改革的重要內(nèi)容。如何有效提高實驗室對學生的開放以及為學生提供實踐學習條件是教育教學改革的重要內(nèi)容。在開放式實驗教學中結(jié)合仿真實驗，提高了學生的自主學習能力和課堂效率，既可以推動物理實驗教學的改進和優(yōu)化，可以有效提升學生創(chuàng)新能力。目前，仿真實驗系統(tǒng)已逐漸地應用于大學物理實驗課程中，將來勢必會在所有高校普及。大學物理仿真實驗營造了學生自主學習的環(huán)境，在大面積開設(shè)開放性、設(shè)計性、研究性實驗教學中發(fā)揮著重要作用。

1.開放式實驗教學模式的必要性

由于傳統(tǒng)實驗教學模式仍然是目前高校實驗教學的主要形式，即學生到固定時間和地點完成預設(shè)的實驗項目，這種封閉式教學方式以驗證或重現(xiàn)課本知識為主，極不利于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造精神，不利于學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，開放實驗教學首先應讓全體師生從思想上加強重要性的認識，教師應更新傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容，加強開放實驗教學理念，積極創(chuàng)設(shè)條件加強實驗教學的有效開放。學生應充分認識到開放實驗教學在個人思維能力、分析和解決問題能力，尤其是創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)方面的重要性，充分發(fā)揮個人主觀能力性，積極思考，大膽實驗，使自身綜合素質(zhì)不斷提高。

筆者所在的大學物理物理實驗中心近三年來一直開設(shè)創(chuàng)新開放課程，每學期有一百多名學生選修該課程。學生以自學和小組討論學習為主，教師負責答疑和指導。學生需完成8個開放性實驗項目，期末考試成績?yōu)槠綍r討論發(fā)言得分、實驗報告得分以及期末的PPT匯報得分三者綜合。

2.仿真實驗在開放式教學上的優(yōu)勢

大學物理仿真實驗是用軟件對儀器形狀進行建模，制作動畫，并通過編程使得儀器能與操作者進行交互。它能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：拖動鼠標連接儀器、設(shè)定參數(shù)、調(diào)節(jié)儀器、觀察實驗現(xiàn)象以及記錄實驗結(jié)果，如圖l所示。

目前，建立開放實驗室需要解決的問題很多，如：開放實驗室的實驗選題多，教師要超時上課；學生自由操作儀器，損壞率會提高；為不斷提高學生興趣，根據(jù)實際情況須不斷地更新實驗項目和儀器，開放實驗教學的實行給實驗教學管理帶來了新的問題；開放實驗項目耗時長，經(jīng)常使開放時間延長到課余和節(jié)假日。這一系列的問題都給開放性實驗造成了障礙。而仿真實驗系統(tǒng)具有設(shè)計性、研究性，為學生提供了自由的教學環(huán)境，克服了面向大面積學生開設(shè)開放實驗受到實驗課時等困難。

3.仿真實驗與實物實驗相結(jié)合

大學物理實驗是一門實踐性課程，其教學的核心任務(wù)是通過對儀器設(shè)備的具體操作，達到鍛煉學生動手能力，培養(yǎng)學生實驗素養(yǎng)的目的。因此以物理實物實驗為核心是不能變的，仿真實驗教學應定位于實驗教學方法的一種補充。將物理實物實驗與仿真實驗相結(jié)合，才能收到最佳的教學效果。物理仿真實驗作為一種先進的實驗教學手段，如何能更好服務(wù)于實驗教學，提高實驗教學質(zhì)量。

物理仿真實驗可以模擬很多物理現(xiàn)象及因果關(guān)系，通過它可以把理論教學和實驗教學有機地融為一體，克服過去兩種教學方式截然分離的狀況。

筆者所在大學物理實驗中心帶學生開放性實驗之前，要求學生先利用仿真實驗系統(tǒng)（如圖2所示）進行預習，對實驗的原理、儀器的功能和調(diào)節(jié)方法掌握后再進行實物實驗，這樣大大縮短了做實驗的時間。學生通過仿真實驗后，對實驗原理、儀器結(jié)構(gòu)、調(diào)試技術(shù)等有了一個整體認識，做實物實驗會感到胸有成竹，進行起來很輕松。這樣大大提高了實驗教學的質(zhì)量和效率，也激發(fā)了學生對實驗教學的學習熱情，物理實驗出現(xiàn)了嶄新面貌，改變了學生認為物理實驗古老陳舊的錯誤認識，大大提高了學生對實驗教學的興趣和實驗教學的地位。因此物理仿真實驗作為一種既先進又重要的預習、講解及演示手段，充分發(fā)揮其作用，它才能更好地服務(wù)于實驗教學，提高實驗教學質(zhì)量。

4.結(jié)束語

利用仿真實驗進行開放性實驗的輔助教學，打破了傳統(tǒng)的教學模式，作為一種學習知識的方法，具有極大的吸引力，為課堂注入了新的生機，能更好的幫助學生理解并掌握物理實驗課程內(nèi)容，提高課堂教學質(zhì)量和效果。建立和健全多種開放實驗教學模式，構(gòu)建多層次、全方位、立體化的實驗室開放管理體系，將有助于培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、動手能力強、能較好適應社會需要的新型應用型高層次人才。