仿真技術在《大學物理實驗》教學中的應用

【摘要】大學物理實驗是高等院校本科教學中極為重要的實驗教學環節，通過仿真模擬輔助教學是實驗教學的一種重要補充方式。作為一種新的教學模式，仿真實驗具有諸多優點，在大學物理實驗教學中的應用越來越廣泛。利用仿真軟件能夠模擬分析大學物理實驗中的溫度場，電磁場等物理場問題，對于各種物理場能夠用直觀的曲線，圖形乃至視頻等形式進行展現，仿真軟件在大學物理實驗教學中的應用不僅有利于學生理論知識的掌握，同時對激發學生興趣，提高教學質量均有顯著效果。

【關鍵詞】大學物理 仿真實驗 輔助教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）38-0172-01

引言

《大學物理實驗》是本科教學理工科專業的必修基礎課。該課程旨在培養學生嚴謹的科學思維和創新能力以及理論聯系實際，分析和解決問題的能力。在實際教學中有些物理實驗很抽象，直觀性不夠，難于理解，而且學生常滿足于課堂上學會的基本儀器操作，不利于學生的系統學習和對知識的掌握。因此，我們需對傳統實驗教學模式進行改革。將計算機仿真技術運用到物理實驗教學中，不失為改進傳統實驗教學的一種新途徑與新方法。

一、大學物理實驗引入仿真技術的必要性

大學物理實驗教學的傳統模式為學生根據統一排課的實驗課表輪流到規定的實驗室上課，采用“講解—實驗—報告”的教學模式，此種模式形式單一，方法落后，不能緊跟發展需要，學生的主觀能動性得不到發揮，學生的創造性思維得不到開發，不能體現創新教育和個性化教育的要求。同時， 這種教學方法也使得學生只是機械地忙于應付實驗，實驗報告與結果千篇一律，大同小異，這一結果嚴重違背了大學物理實驗課程培養大學生創造性思維的初衷。面對這些現狀，為了提高教學質量和改革教學手段， 幫助學生更快更好地學習大學物理實驗， 利用計算機仿真模擬技術輔助實驗教學已是當今時代的要求。

二、仿真技術應用于大學物理實驗的優勢

近年來，隨著計算機技術的不斷發展，仿真技術也得到了快速發展。目前，國際上用于仿真模擬的大型通用軟件包含有ANSYS，ABAQUS，NASTRAN，ADINA，SAP等等，這些軟件的優點在于通用性強，易于操作，計算精度高等。不僅能夠解決結構分析問題，還能夠應用于電學，熱學，電磁學，聲學等眾多領域。將仿真技術引入到大學物理實驗教學中的優勢具體表現為：

1.經濟性

由于實驗經費的匱乏， 大學中實驗設備更新緩慢。仿真技術的引入為我們提供了簡潔、便利的教學手段，我們可以利用計算機平臺下的仿真實驗模擬真實實驗，這將在很大程度上緩解學校由于經費不足帶來的設備更新難題。與此同時，大學物理仿真實驗為物理實驗教學拓展了新的教學手段，促進了實驗教學改革，符合現代信息化教學模式的發展方向。

2.直觀性

借助仿真軟件模擬大學物理實驗，可以得到色彩豐富的物理場分布云圖。以靜態圖形和動態視頻形式展現模擬結果，得到二維或三微的圖形以及視頻圖像，大大提高了物理實驗的可視化程度，能夠將抽象的物理現象得以充分展現。使得學生能夠直觀，準確的理解實驗現象與物理結果。對于學生掌握理論知識，提升自身科學素質具有獨特優勢。

3.高效性

借助仿真軟件模擬大學物理實驗，仿真操作均可在計算機上完成，可縮短材料、儀器等的準備過程，同時也節省了材料、設備等的回收時間。在仿真操作過程中，學生們可以輕松的對錯誤操作進行初始化，對尚未完成的操作選擇節點存貯，對已得到的實驗結果進行調入回顧，極大地提高了實驗效率。

結束語

計算機仿真實驗能夠逼真地模擬真實實驗，引入仿真模擬技術輔助教學， 不僅能夠提高學生的學習興趣，同時又能適當的減輕授課難度。此外，運用仿真教學手段也是促進教學改革，提高教學效率的重要途徑。在教學中，充分利用計算機平臺下的仿真技術優勢，注重學生綜合能力的培養，在實驗課題的選取上注意立足基礎、著眼現代，加強學生實驗技術和創新意識的培養。

大學物理實驗教學作為教學的一個重要組成部分，其教學手段的信息化、網絡化將是大勢所趨，數值模擬仿真技術的綜合應用是未來教學的發展方向。因此，我們應充分利用信息時代的優勢，加大仿真模擬輔助教學在現代大學物理實驗教學中的應用力度，從而更好地迎接信息化社會對大學物理實驗教學帶來的挑戰。

參考文獻：

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作者簡介：

李亞東（1989年10月-），男，蒙古族，博士，長江師范學院電子信息工程學院講師，研究方向：凝聚態物理。