大學(xué)物理實驗虛擬仿真實驗平臺優(yōu)化的探討

姬鵬飛 孫現(xiàn)亭

摘 要：2020年年初，全國大、中、小學(xué)在教學(xué)上普遍采用網(wǎng)絡(luò)授課，這打破了我院原有的實驗教學(xué)模式，進而采用超星學(xué)習(xí)通+釘釘直播+虛擬仿真實驗三元的實驗教學(xué)模式。通過實踐分析三元實驗教學(xué)模式的優(yōu)劣，提出優(yōu)化大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺的建議。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗;仿真平臺;教學(xué)模式

大學(xué)物理實驗是理工科類大學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程，實踐性強，對于培養(yǎng)學(xué)生動手能力、發(fā)現(xiàn)—分析—解決問題能力、理論聯(lián)系實際等方面的發(fā)揮著重要的作用[1]。隨著教育技術(shù)的快速發(fā)展，實驗教學(xué)應(yīng)當(dāng)充分利用包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體教學(xué)軟件等在內(nèi)的現(xiàn)代教育技術(shù)、營造多元化的教學(xué)模式[2]，目前一些高?；谖⒄n、MOOCs、翻轉(zhuǎn)課堂進行了實驗教學(xué)改革，并取得了一定的效果[1][3][4]，通過采用超星學(xué)習(xí)通+釘釘直播+虛擬仿真實驗三元教學(xué)模式的實踐探索，提出了優(yōu)化仿真實驗平臺的建議，為促進虛實結(jié)合實驗教學(xué)模式的實踐發(fā)展提供了更好的思路。

1 授課模式實施

實操實驗無法進行的時期，原有虛實結(jié)合的實驗教學(xué)模式被打破，超星學(xué)習(xí)通+釘釘直播+虛擬仿真實驗三元教學(xué)模式臨時加以實施，如圖1所示：通過學(xué)習(xí)通在線平臺，團隊老師在線上自建了大學(xué)物理實驗課程，在課程中，每一個具體實驗上傳有實驗相關(guān)PPT講解文檔，實驗操作視頻，實驗注意事項等，另外，通過導(dǎo)入學(xué)生相關(guān)信息，可以提前給學(xué)生通過學(xué)習(xí)通下達預(yù)習(xí)任務(wù)，授課時間提醒，作業(yè)等;學(xué)生可以根據(jù)老師發(fā)布信息，通過學(xué)習(xí)通預(yù)習(xí)，自學(xué)相關(guān)實驗內(nèi)容，然后到虛擬仿真平臺了解仿真平臺相關(guān)實驗操作要求，進行仿真操作，最后在教師約定的授課時間（兩個學(xué)時）進行釘釘直播，就學(xué)習(xí)通平臺及仿真操作中遇到的問題進行討論，根據(jù)討論的共性問題在仿真平臺進行仿真操作并講解，學(xué)生可根據(jù)講解進一步通過仿真實驗平臺完善實驗操作，達到理想仿真成績后完成實驗報告回傳至學(xué)習(xí)通平臺待實驗教師批閱。

2 三元實驗教學(xué)模式實施過程中的利弊分析

2.1 三元實驗教學(xué)模式優(yōu)勢

（1）通過學(xué)習(xí)通平臺的課程資源建設(shè)，團隊老師把實驗授課的相關(guān)資料上傳到學(xué)習(xí)通平臺，其中包括一些優(yōu)秀的實驗視頻資源，這樣能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，通過自學(xué)進行實驗探索，不計次數(shù)學(xué)習(xí)，解決了學(xué)生沒有實驗教材問題以及實驗課中教師花大量時間講解實驗而學(xué)生課堂操作實驗時間不足的問題。

（2）學(xué)生只需要具備電腦及網(wǎng)絡(luò)則可以隨時隨地通過仿真實驗平臺去進行仿真實驗操作，最大限度地彌補無法進行實操帶來的不足[5]。進行模擬操作，可以檢驗學(xué)習(xí)通自學(xué)實驗的效果，并且可以在平臺上查看自己實驗效果好壞與否，不限時限次數(shù)操作，直至仿真達到理想結(jié)果，是實操實驗的有效補充與輔助手段[6]。另外由于仿真實驗不需要消耗實驗耗材，能夠有效減少實驗經(jīng)費[7]。

（3）通過上述兩個平臺的自學(xué)與仿真操作，釘釘直播互動主要內(nèi)容是解決遺留的問題，教師通過仿真平臺實操的形式在釘釘群直播討論，答疑，很好地解決原有實操實驗課教師花費大量時長講解實驗原理等問題。

2.2 三元實驗教學(xué)模式弊端

三元實驗教學(xué)模式雖然很好解決了實驗授課的問題，最大限度地消除了無法進行實操的影響，但是，在實踐中也發(fā)現(xiàn)一些問題：

（1）三個平臺的同步應(yīng)用讓教師與學(xué)生在三個平臺之間反復(fù)切換，煩瑣，沒有辦法實現(xiàn)之間相互兼容，比如，學(xué)校為了監(jiān)管，學(xué)生需要把仿真操作后的實驗報告上傳到學(xué)習(xí)通。

（2）學(xué)習(xí)通平臺資源的僅僅是解決燃眉之急，資源需要優(yōu)化，比如針對性的講解原理或者實驗操作微視頻。

（3）仿真平臺仿真實驗的結(jié)果是固定的，純粹的仿真實驗無法滿足同學(xué)們對實操實驗渴望，無法體會真實操作帶來的直觀，貼身體會，缺少實操環(huán)節(jié)。

（4）除了教師安排實驗內(nèi)容外，仿真平臺其他實驗訪問頻率、實驗效果不理想。

3 優(yōu)化虛擬仿真平臺的探討

通過三元實驗教學(xué)模式的實踐，分析其利弊，為今后實驗教學(xué)提供了很好的優(yōu)化思路，三元平臺的模式無法兼容，可以探索三合一的模式，綜合到一個平臺上把所有功能予以實現(xiàn)，然后結(jié)合實操實驗進行虛實結(jié)合的實驗教學(xué)模式進行實驗教學(xué)，具體如圖2所示。因此，根據(jù)授課經(jīng)驗，提出優(yōu)化大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺的建議。

3.1 仿真平臺預(yù)習(xí)內(nèi)容優(yōu)化

大學(xué)物理實驗虛擬仿真平臺雖然沒有辦法兼容學(xué)習(xí)通平臺，但完全可以實現(xiàn)對教師開放自由，以至于內(nèi)部可以嵌入學(xué)習(xí)通平臺相同功能的內(nèi)容，可以有效解決平臺多樣化的問題，以及師生平臺反復(fù)切換及平臺兼容問題。

（1）虛擬仿真實驗平臺原有的實驗內(nèi)容、步驟等的羅列，可以更改為有教師端可開放式的修改，上傳適合自身學(xué)校授課的優(yōu)秀實驗視頻資源，自行錄制視頻演示等微課資源。

（2）經(jīng)過教師篩選后的上傳的實驗資源可以避免學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上尋求到魚目混雜的實驗資源情況發(fā)生，另外學(xué)生可以微課等視頻資源學(xué)習(xí)實驗的原理和實驗操作部分的預(yù)習(xí)，拓寬學(xué)生的視野及解決問題的途徑，深化認(rèn)識，并可以通過平臺的仿真操作實驗進行反饋，便于知曉自己預(yù)習(xí)的效果，最終結(jié)合實操實驗一起達到最優(yōu)的實驗效果[8]。

（3）通過虛擬仿真實驗平臺上傳微課視頻資源，則仿真平臺亦變成承載視頻資源的一種載體，是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂[9]的一種有效形式，翻轉(zhuǎn)課堂能夠讓實驗教師花費更更多的精力到視頻資源的優(yōu)化和后期課堂互動答疑上，解決了每學(xué)期反復(fù)講解實驗原理及內(nèi)容的過程;讓學(xué)生通過仿真平臺的視頻資源自主學(xué)習(xí)，遇到不懂的知識點可以資源回放，亦可觀看其他類似資源的形式達到原本比教師課堂講解更好的效果，更是可以進行仿真操作檢驗觀看效果，這更容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和興趣。

3.2 仿真實驗優(yōu)化

仿真實驗平臺中仿真實驗應(yīng)根據(jù)師生操作中反饋的問題中不斷的優(yōu)化，應(yīng)根據(jù)時代的發(fā)展、教學(xué)技術(shù)的進步不斷的優(yōu)化。

（1）在一些基礎(chǔ)實驗中，增添學(xué)生規(guī)范操作的設(shè)置，操作不規(guī)范則設(shè)置為無法繼續(xù)進行仿真操作，突出培養(yǎng)其實事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。比如：游標(biāo)卡尺、螺旋測微計初次使用是否進行零刻度校正，天平、三線擺在使用之前是否進行水平調(diào)整等。對于一些重要的原理，設(shè)備的調(diào)整使用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以設(shè)置一些判斷或者選擇，正確通過后方可繼續(xù)進行仿真實操，增加重點知識和技能的中間考查環(huán)節(jié)。

（2）仿真實驗項目相比傳統(tǒng)實驗項目不僅僅要在數(shù)量上有優(yōu)勢，還要考慮到不同愛好和層次的同學(xué)的需求，根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和能力的差異的情況分類別、分層次，即仿真實驗在力、熱、光、電實驗分類情況下，還要進行基礎(chǔ)性、設(shè)計性、研究性、開放性實驗分層次呈現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[10]。

（3）虛擬仿真實驗應(yīng)根據(jù)現(xiàn)代教育技術(shù)成熟程度，適時加入一些仿真操作新技術(shù)，比如友好的人機交互VR技術(shù)，讓仿真操作更加貼近于真實操作。

3.3 虛擬仿真實驗平臺互動性

仿真平臺的師生互動暫時無法和釘釘直播平臺相提并論，達到釘釘互動效果還有很高的技術(shù)和成本問題需要解決，但仿真平臺仿真操作中可以有師生互動的場景，當(dāng)然，課堂的實驗教學(xué)就是最好的反饋，有老師講原理等更改為同學(xué)實操過程前后的答疑，這樣的互動，無疑效果是最好的。

4 結(jié)語

三元實驗教學(xué)模式，分析實踐過程中的問題，提出了優(yōu)化仿真實驗平臺的建議，而不斷完善優(yōu)化的虛擬仿真平臺與實操實驗相結(jié)合，能夠達到良好的實驗效果，促進大學(xué)物理實驗教學(xué)改革，提高實驗教學(xué)的效果。

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基金項目：平頂山學(xué)院新工科實踐項目（項目編號：2017-XGK04）

作者簡介：姬鵬飛（1983— ），男，河南平頂山人，碩士，實驗師，研究方向：實驗教學(xué)與管理工作。