虛擬仿真實驗技術應用于物理實驗教學的理論與實踐研究

王會倩

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?為了全面提高學生的綜合素質，傳統的教育手段已經不能滿足教育的需要，將虛擬仿真實驗技術應用于課堂教學中不僅為教師提供了很多教學手段，而且為學生的發展提供了很大的幫助。在物理實驗教學過程中，傳統的教學方法只是教師單純的口頭講解，然后完成一些基本的實驗，導致學生不能徹底明白實驗的過程，從而導致學生的思維能力和動手能力比較差。將虛擬仿真實驗技術引入物理實驗教學中，對教師講解和學生接收都有很大的幫助，主要探討虛擬仿真實驗技術在物理實驗教學中的應用。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;實驗技術;物理;實驗教學

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）17-0110-02

物理學科是一門與生活現象息息相關，并且在實際生活中有廣泛應用的學科。物理實驗是物理學科中非常重要的一部分，因為物理就是通過實驗證明一些定律，研究一些問題。在中職物理教學中，往往由于實驗器材不足或者教材的限制無法進行實驗，因此對中職的物理實驗教學進行改革是必然的趨勢。隨著信息化技術水平的提高，虛擬仿真實驗技術為物理實驗教學開辟了一條新的路徑，將虛擬仿真實驗技術應用到物理實驗教學中，肯定會改善目前的教學現狀，提高教學效率和教學質量。

一、傳統物理實驗教學的弊端

（一）完成實驗的模式比較單一

在完成物理實驗之前，教師一般會對實驗目的、實驗原理以及實驗過程進行詳細的講解，甚至結合每個學生分發實驗詳解材料，材料包括操作實驗的所有步驟和實驗連接圖，然后學生根據教師的講解和實驗材料完成實驗。這樣的實驗過程雖然每個學生都能夠得出準確的實驗結果，但是沒有注重學生自主探究的過程，學生只是照本宣科，按照教師的指導和材料的要求來完成實驗。 這種傳統的物理實驗教學模式不能充分發揮學生的主體作用，學生只是根據資料進行操作，不能培養學生的自主探究能力和創新能力。

（二）學生對物理實驗課的重視程度不高

通過調查發現，學生對實驗課的重視程度遠不如對專業課的重視程度，中職物理實驗課通常是兩節連堂課，在這兩節課內不僅需要教師講解實驗，而且需要學生完成實驗，得出結論。一般教師是在實驗室講解實驗，有的學生基本不聽，從而導致學生完成實驗的過程也是流于形式，沒有切身去探究。另外物理實驗課所占的學分比較低，通常掛科的人也比較少，所以導致學生對物理實驗課的重視程度不夠高。在中職課程中，理論課和實驗課基本是同步開設的，這樣的教學方式雖然可以在教師講完理論知識之后，學生利用所學知識來完成實驗，但是，這樣的教學方式也導致學生注重理論知識忽略實驗探究，甚至大部分學生產生了實驗課是理論課的附屬或物理實驗課不重要的心理。

（三）考核方式不合理

傳統的物理實驗的考核方式主要是教師檢查學生的實驗結果和實驗結論是否正確，如果實驗結果正確教師簽字后就可以離開了，教師不能檢查到每個學生的實驗操作過程。在物理實驗過程中，有的學生甚至抄襲其他同學的數據，因為實驗室的儀器配置一樣，并且實驗原理和操作過程一樣，這就使每個學生得出的實驗數據很接近，如果學生根據正確結果進行略微的改動，教師是很難發現的。在物理實驗完成過程中，教師需要指導和解決學生在實驗過程中遇到的問題，因此只能觀察和監督個別學生，不能注意到每一個學生，所以有的學生就濫竽充數，等待抄襲其他同學的實驗數據。

（四）自主設計實驗很少，不能發揮學生的主體作用

傳統的中職物理實驗通常分為兩部分，分別是基礎性實驗和自主設計性實驗。基礎性實驗主要是為了鞏固和提升學生對物理學理論知識的理解。自主設計性實驗主要是考查學生對知識的遷移能力，以及學生的抽象思維和動手能力。但是，中職物理實驗課時比較少，而且任務也重，學生在課下基本不會花時間來研究物理實驗，因此教師為了完成教學任務，只能在物理實驗教學中安排更多的基礎性實驗。

二、虛擬仿真實驗技術應用于物理實驗教學中的優勢

（一）有助于學生學習

虛擬仿真實驗技術是信息技術的產物，它看起來比較復雜，其實是比較簡單的，它主要將實驗儀器和實驗詳細的操作步驟整合到網上，然后學生自主預習和操作，從而幫助學生更加牢固地掌握物理實驗。虛擬仿真實驗技術應用到物理實驗教學過程中還有助于提高學生的創新能力和自主探究能力，因為學生隨時可以通過計算機系統進入模擬仿真實驗系統，自主進行探究實驗和研究實驗。中職物理實驗教學任務重，時間緊，只能依靠教師的講解來提高教學進度，留給學生自主探究的時間比較少，通過將虛擬仿真實驗技術應用到物理教學過程中，學生對物理實驗的學習可以不受時間和空間的限制，從而提高學生對物理知識的應用能力。

（二）有利于激發學生的學習興趣

傳統的物理實驗教學方式主要是依靠學生對實驗的理解，然后根據實驗講義完成實驗，這樣的過程一般很枯燥，而且很難保證學生對物理實驗感興趣。另外，學生對物理實驗的重視程度也不夠高，在完成實驗的過程中也不夠認真，但是將虛擬仿真實驗技術應用到中職物理實驗教學過程中，可以提高學生對物理實驗的學習興趣，利用仿真實驗系統完成實驗需要應用計算機，并且仿真系統中有很多圖像和音頻，很容易激發學生的興趣。

（三）有利于轉變單一的實驗教學模式

傳統的物理實驗教學模式比較單一，形式也比較固定，教師是實驗過程中的主體，學生的主觀能動性得不到發揮。將虛擬仿真實驗技術應用到中職物理實驗教學過程中，學生的學習方式從根本上發生了轉變，從教師的教變成了自主的學，學生自主預習實驗，自主探究實驗，自主總結實驗，從而有助于提高學生的綜合素質。學生通過仿真實驗系統完成實驗時，不僅不需要擔心儀器的損壞，而且也不用擔心實驗儀器存在的危險，另外學生在完成實驗之后，就可以通過仿真系統對自己的實驗進行全面的評價，從而在一定程度上也減輕了教師的工作量，因此，可以說將虛擬仿真實驗技術應用到物理實驗教學中有助于提高教學質量和教學效率。

（四）有助于客觀評價學生的實驗能力

傳統的物理實驗評價方式主要是教師對學生的實驗數據和結果進行批判，無法關注到每個學生的具體操作過程，因此教師無法正確判斷學生的實驗能力。教師如果不知道學生的具體情況，或者學生在實驗過程中遇到的問題，那么也就不能發揮物理實驗教學的作用。虛擬仿真實驗系統中不僅包括教師指導、實驗內容、儀器設備，而且包括實驗過程分析和數據處理，因此學生可以通過實驗仿真系統應用多種方法來完成同一實驗。另外，實驗仿真系統也會記錄學生的每一個過程，在學生完成實驗以后，可以對自己的操作過程進行分析，從而明白自己在實驗過程中的錯誤之處，有助于學生更加全面地掌握物理實驗。傳統的考核方式下教師無法對學生的實驗過程進行正確的評價，而學生通過虛擬仿真實驗系統進行實驗考試，可以有效避免作弊現象的發生，從而可以提高學生對物理實驗的重視程度。

（五）有利于提高教學質量，彌補學校硬件方面的不足

通過建立中職物理虛擬仿真實驗平臺，不僅實現了學生的自主學習，而且在很大程度上加強了虛擬實驗的模型設計，建設與理論考試相結合的在線實驗預習環境。另外，學校還處于大力發展建設過程中，師資力量不僅不充足，而且資金也不充足，通過建立虛擬仿真實驗平臺可以從根本上解決實驗儀器狀況及師資力量不足的問題。傳統的物理實驗教學方式需要學生抄襲實驗步驟或者打印實驗講義，而虛擬仿真實驗系統可以代替學生按書本抄襲實驗步驟、實驗原理的過程。另外，學生可以在虛擬仿真實驗系統中對實驗進行預習，熟悉實驗原理和儀器的使用方法，從而能夠實現從預習到操作到評價的完整學習過程。將虛擬仿真實驗技術應用到物理實驗教學中，不僅可以提高物理實驗教學質量，很大程度上減少教師批改預習的工作量，而且可以實現學生的自主學習，提高學生的自主探究能力。

三、虛擬仿真實驗技術應用于物理實驗教學的不足

任何事物都有兩面性，虛擬仿真實驗技術雖然可以提高物理實驗的教學效率，可以充分發揮學生的主觀能動性，但是學生是通過計算機完成實驗的，這不利于培養學生的動手能力。通過計算機完成實驗和親自動手完成實驗是有一定差距的，通過虛擬仿真實驗系統完成實驗，學生無法對儀器的使用和實驗的具體過程在腦海中形成主觀意識。另外，物理實驗是一個探索的過程，學生通過虛擬仿真實驗系統完成實驗就不能親眼觀察有趣的物理實驗現象，從而也就失去了物理探究的意義，另外通過虛擬仿真實驗系統完成實驗不利于學生把握實驗的細節，而學生親自動手完成實驗可以更好地把握實驗的細節。目前，市面的虛擬仿真實驗系統主要是針對部分高校所使用的實驗儀器研制出來的，但是每個廠家生產的實驗儀器是不相同的，而且每個高校使用的實驗儀器也是不相同的，因此購買的虛擬仿真實驗系統不一定能和該校的實驗內容完全匹配，從而也就影響了虛擬仿真實驗系統的效果。

綜上所述，虛擬仿真實驗技術具有互動性強、自由性高、效率高等特點，將虛擬仿真實驗技術應用到物理實驗教學中可以解決目前物理實驗教學方式的弊端。將虛擬仿真實驗技術應用到物理實驗教學過程中，不僅可以讓學生自主探究、自主評價，充分發揮學生的主觀能動性，而且可以減輕教師的工作量，在很大程度上提高了物理實驗的教學效率和教學質量。

參考文獻：

[1]郭文閣.仿真實驗在大學物理實驗教學應用探討[J].大學物理實驗，2015，28（3）：124-127.

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編輯 張 慧