大學物理實驗虛擬仿真實驗平臺優化的探討

姬鵬飛 孫現亭

摘 要：2020年年初，全國大、中、小學在教學上普遍采用網絡授課，這打破了我院原有的實驗教學模式，進而采用超星學習通+釘釘直播+虛擬仿真實驗三元的實驗教學模式。通過實踐分析三元實驗教學模式的優劣，提出優化大學物理虛擬仿真實驗平臺的建議。

關鍵詞：虛擬仿真實驗;仿真平臺;教學模式

大學物理實驗是理工科類大學生必修的一門基礎課程，實踐性強，對于培養學生動手能力、發現—分析—解決問題能力、理論聯系實際等方面的發揮著重要的作用[1]。隨著教育技術的快速發展，實驗教學應當充分利用包括網絡技術、多媒體教學軟件等在內的現代教育技術、營造多元化的教學模式[2]，目前一些高校基于微課、MOOCs、翻轉課堂進行了實驗教學改革，并取得了一定的效果[1][3][4]，通過采用超星學習通+釘釘直播+虛擬仿真實驗三元教學模式的實踐探索，提出了優化仿真實驗平臺的建議，為促進虛實結合實驗教學模式的實踐發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，原有虛實結合的實驗教學模式被打破，超星學習通+釘釘直播+虛擬仿真實驗三元教學模式臨時加以實施，如圖1所示：通過學習通在線平臺，團隊老師在線上自建了大學物理實驗課程，在課程中，每一個具體實驗上傳有實驗相關PPT講解文檔，實驗操作視頻，實驗注意事項等，另外，通過導入學生相關信息，可以提前給學生通過學習通下達預習任務，授課時間提醒，作業等;學生可以根據老師發布信息，通過學習通預習，自學相關實驗內容，然后到虛擬仿真平臺了解仿真平臺相關實驗操作要求，進行仿真操作，最后在教師約定的授課時間（兩個學時）進行釘釘直播，就學習通平臺及仿真操作中遇到的問題進行討論，根據討論的共性問題在仿真平臺進行仿真操作并講解，學生可根據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習通平臺待實驗教師批閱。

2 三元實驗教學模式實施過程中的利弊分析

2.1 三元實驗教學模式優勢

（1）通過學習通平臺的課程資源建設，團隊老師把實驗授課的相關資料上傳到學習通平臺，其中包括一些優秀的實驗視頻資源，這樣能夠激發學生學習的興趣，通過自學進行實驗探索，不計次數學習，解決了學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生課堂操作實驗時間不足的問題。

（2）學生只需要具備電腦及網絡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，可以檢驗學習通自學實驗的效果，并且可以在平臺上查看自己實驗效果好壞與否，不限時限次數操作，直至仿真達到理想結果，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費[7]。

（3）通過上述兩個平臺的自學與仿真操作，釘釘直播互動主要內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 三元實驗教學模式弊端

三元實驗教學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，在實踐中也發現一些問題：

（1）三個平臺的同步應用讓教師與學生在三個平臺之間反復切換，煩瑣，沒有辦法實現之間相互兼容，比如，學校為了監管，學生需要把仿真操作后的實驗報告上傳到學習通。

（2）學習通平臺資源的僅僅是解決燃眉之急，資源需要優化，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果是固定的，純粹的仿真實驗無法滿足同學們對實操實驗渴望，無法體會真實操作帶來的直觀，貼身體會，缺少實操環節。

（4）除了教師安排實驗內容外，仿真平臺其他實驗訪問頻率、實驗效果不理想。

3 優化虛擬仿真平臺的探討

通過三元實驗教學模式的實踐，分析其利弊，為今后實驗教學提供了很好的優化思路，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，然后結合實操實驗進行虛實結合的實驗教學模式進行實驗教學，具體如圖2所示。因此，根據授課經驗，提出優化大學物理虛擬仿真實驗平臺的建議。

3.1 仿真平臺預習內容優化

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

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

（2）經過教師篩選后的上傳的實驗資源可以避免學生在網絡上尋求到魚目混雜的實驗資源情況發生，另外學生可以微課等視頻資源學習實驗的原理和實驗操作部分的預習，拓寬學生的視野及解決問題的途徑，深化認識，并可以通過平臺的仿真操作實驗進行反饋，便于知曉自己預習的效果，最終結合實操實驗一起達到最優的實驗效果[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，是實現翻轉課堂[9]的一種有效形式，翻轉課堂能夠讓實驗教師花費更更多的精力到視頻資源的優化和后期課堂互動答疑上，解決了每學期反復講解實驗原理及內容的過程;讓學生通過仿真平臺的視頻資源自主學習，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，這更容易激發學生學習的自主性和興趣。

3.2 仿真實驗優化

仿真實驗平臺中仿真實驗應根據師生操作中反饋的問題中不斷的優化，應根據時代的發展、教學技術的進步不斷的優化。

（1）在一些基礎實驗中，增添學生規范操作的設置，操作不規范則設置為無法繼續進行仿真操作，突出培養其實事求是，嚴肅認真的科學態度。比如：游標卡尺、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整等。對于一些重要的原理，設備的調整使用等關鍵環節，可以設置一些判斷或者選擇，正確通過后方可繼續進行仿真實操，增加重點知識和技能的中間考查環節。

（2）仿真實驗項目相比傳統實驗項目不僅僅要在數量上有優勢，還要考慮到不同愛好和層次的同學的需求，根據學生基礎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，還要進行基礎性、設計性、研究性、開放性實驗分層次呈現，激發學生的學習興趣[10]。

（3）虛擬仿真實驗應根據現代教育技術成熟程度，適時加入一些仿真操作新技術，比如友好的人機交互VR技術，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，當然，課堂的實驗教學就是最好的反饋，有老師講原理等更改為同學實操過程前后的答疑，這樣的互動，無疑效果是最好的。

4 結語

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

參考文獻：

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[9]盧強.翻轉課堂的冷思考：實證與反思[J].電化教育研究，2013，34（08）：91-97.

[10]朱純，陳國慶，聶延光，吳亞敏.雨課堂：“多維度分層次”教學的實踐與思考[J].大學物理，2020，39（06）：52-58.

基金項目：平頂山學院新工科實踐項目（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：實驗教學與管理工作。