基于虛擬仿真的大學物理實驗教學研究

孫紀勃，張學偉，蔣巍巍

[摘 要] 培養應用型人才是新建本科院校人才培養的主要目的，通過分析哈爾濱石油學院大學物理實驗的教學現狀，指出了傳統大學物理實驗教學中的不足之處，提出了虛擬仿真實驗與傳統大學物理實驗相結合的教學方式，為提高學生學習興趣、培養學生動手能力和科學素養提供了新的舉措。

[關 鍵 詞] 大學物理實驗；虛擬仿真；教學方式

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）08-0152-01

一、引言

大學物理實驗是學生進入大學最先接觸的實驗學科，該學科覆蓋面廣，涉及力、熱、光、電和原子物理等方面。這門課程主要培養學生的動手能力和科學素養，是學生今后做其他實驗實訓的基礎，因此這門課程顯得尤為重要。但是在以往傳統實驗教學過程中，特別是根據我校實驗室的具體情況，實驗效果不是特別理想。不過隨著科學技術的迅猛發展，低投入、周期短、效果佳、開放式的虛擬仿真技術正逐步為各大高校所使用。虛擬仿真技術和傳統的大學物理實驗相結合，必將改變現有的教學面貌，改善教學效果和提升教學質量。

二、大學物理實驗教學現狀

（一）學生底子薄，動手能力差

新建本科院校所招收的學生文化課基礎薄弱，在高中階段基本沒獨立做過什么實驗，并且大學物理實驗理論性較強，因此學生動手能力較差，學習興趣不高。

（二）用房面積小，經費投入少

我校大學物理實驗室共有十個房間，占地面積約800平方米，而我校每學年要開設二十個實驗項目，這就要求實驗教師不停地更換擺放實驗儀器，況且在挪動儀器的過程中，難免會對儀器造成損壞。此外，學校對新儀器的采購經費和儀器維修經費的投入少之又少，重視程度不夠。

（三）專職實驗教師人才稀缺

實驗教學的主要力量就是專職實驗教師，我校現有大學物理專職實驗教師三人，人數較少，無法承擔全部的實驗教學任務，迫使聘請其他專業的教師兼職實驗教學。這就導致了實驗儀器設備維護、實驗室衛生工作過程中的欠缺，實驗教學效果欠佳。

（四）實驗儀器陳舊，實驗內容籠統

大學物理實驗儀器大多數是2012年以前采購的，儀器經過多年的使用過于老舊，而且極易受損。實驗項目也大都趨向于驗證性的實驗，缺少設計性和綜合性的實驗項目，與先進的科學技術和實際應用脫軌。對培養學生的科學素養和動手能力作用甚微，導致學生學習的積極性和主動性下降[1]。

三、虛擬仿真實驗教學分析

虛擬仿真實驗教學突破傳統的大學物理實驗教學模式，以先進的科學技術為基礎，利用網絡信息技術、圖像處理技術、計算技術和多媒體技術進行虛擬實驗和遠程實驗，對傳統實驗現狀所暴露的弊端進行彌補。虛擬仿真和傳統大學物理實驗有機地結合，能夠激發學生學習的興趣，提高實驗教學效果。

（一）虛擬仿真實驗教學簡介

虛擬仿真實驗教學是新型的實驗教學模式，是高校學生自主學習的一個平臺。傳統實驗教學的實驗項目均可以與虛擬仿真相結合，構建開放式的實驗課程體系。學生可以不用進入實驗室，通過校園局域網查詢到所做實驗的實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗內容及步驟、數據處理等相關信息，進行較好的實驗預習工作，然后通過虛擬仿真系統提供的虛擬儀器進行仿真實驗，最后系統會對你本次虛擬仿真實驗給出一個公正的成績評價。虛擬仿真實驗系統所提供的課前預習、仿真實驗和成績評定加深了學生對知識的印象，提高了學生的實驗興趣，同時對實驗儀器設備的維護工作提供了幫助。

（二）虛擬仿真實驗的優勢

1.虛擬仿真實驗克服了實驗儀器不足和損耗的難題，節約了大量的儀器采購經費和維修經費，并且虛擬仿真實驗可以重復進行，而且能夠根據時代的發展逐步進行更新，選取與生產實際相關的先進的綜合性和設計性實驗[2]。

2.虛擬仿真實驗具有高度的開放性，學生可以不受時間和空間的限制隨時進行訪問學習，學生可以去完成系統當中現有的驗證性實驗，也可以自行去設計實驗。通過系統模擬出真實的實驗環境，有助于學生創造力和想象力的開發[3]。

3.虛擬仿真系統對日常教學實行網絡化管理，教師可以通過系統查詢學生的選課情況、預習情況、實驗操作情況，也可以查詢各個教師的工作量和學生完成的所有實驗項目成績。虛擬仿真大大提高了工作效率，有效緩解了教師的壓力，有利于實驗教學的良好有序進行。

四、結語

隨著科學技術的快速發展，虛擬仿真實驗逐步被人們所重視，越來越多地被應用到實驗教學中。高校應根據學校自身和學生特點，分專業、分層次地將虛擬仿真和傳統大學物理實驗有機結合，進一步培養學生的動手能力、創新精神和科學素養，從而提高實驗教學質量。

參考文獻：

[1]韋維，張霆，羅樂，等.工科大學物理實驗教學現狀與改革探索[J].物理通報，2017，36（12）：6-9.

[2]周燕.虛擬仿真技術在大學物理實驗教學中的作用[J].合肥學院學報，2008，18（3）：79-82.

[3]李寧，楊坤，史芹.大學物理虛擬仿真實驗開放式教學初步探索與實踐[J].教育現代化，2016（40）：118-119.