仿真實驗在物理教學中的應用

石懷玉

實驗教學是物理教學活動過程中重要的組成部分，它是把理論知識和實踐活動相結合的教學過程。通過實驗可以啟迪和豐富學生的思維，加深學生對理論知識的理解能力。通過動手實驗，可以培養學生用實驗的方法和技術研究物理現象和規律的能力。

如何能建立一個感性認識和理性認識相統一的實驗環境，給學生以逼真的體驗； 本研究正是從當前物理實驗教學的基本情況以及教學難點出發，探討將仿真實驗引入到實驗教學的過程中，這將會較好的解決物理實驗教學中的問題。

目前物理實驗課主要還是采用傳統實驗的教學模式，學生按照教師的“規劃”來完成實驗，實驗以小組進行，在有限的一節課內不可能每一個學生都能從頭到尾完成實驗；傳統實驗教學面臨巨大的挑戰，隨著計算機技術、網絡技術的發展，仿真實驗軟件應運而生，它的出現主要是針對傳統實驗教學中存在的種種弊端設計和開發的，目的在于盡可能地降低客觀條件對學習者的限制，合理有效地解決傳統實驗教學中存在的問題和困難，為進一步加強實驗教學環節提供較為強有力的手段。

物理仿真實驗軟件的選擇，必須集預習、操作演示、實驗處理等為一體。應該達到以下幾個要求：能夠為學習者提供逼真的虛擬實驗環境。能夠使學習者任意操作虛擬實驗環境中的儀器設備。

在傳統情況下，學生預習是通過閱讀教材，驗的原理、步驟與現象進行初步的了解。但講義的敘述與圖示再詳細，也不可能細致地描繪出實驗儀器的基本結構與現象結論，但如果將相應的內容做成多媒體課件發布到校園網上，學生則可以利用計算機上網瀏覽課件，了解實驗的基本原理、儀器的詳細結構、最后的現象結論等。

在實驗的課堂教學過程中，通過計算機播放多媒體課件，模擬實驗儀器的使用、實驗現象的發生，可以充分創造出一個形象逼真的教學環境，使學生似乎身臨相應的宏觀或微觀世界中，既能輔助教師形象、準確地完成實驗教學，又能大大激發起對物理實驗的學習興趣。

用計算機進行實驗模擬，即仿真實驗，是利用計算機將每一種實驗儀器或設備模擬出來，通過鼠標或鍵盤操作這些虛擬的儀器或設備來進行相應的實驗。由于仿真實驗受經費、場所、時間以及設備等方面的限制較小，基本上所有高校都可以開設。計算機仿真實驗的出現，使實驗不再受到客觀環境的影響，從而實驗過程重復性強，實驗結果更理想化，有利于學生準確地把握實驗的物理內涵；使學生能夠根據自己的愛好與特長，極大地調動其學習的積極性。

建設輔助仿真教學無論對學習者，還是對教師、對教學內容等等多個方面都有非常重要的作用。對學習者而言他們是學習的主體，仿真教學的主要目的是向學習者提供學習的途徑、資源和方法，培養學生的認知和認知策略，最終獲得發展。具體來說，包括以下幾項：

首先，交互程度。采用遠程仿真實驗教學，交互對于學習動機的激發與保持、遠程學習的成功是極為重要的。

其次，答疑。在遠程仿真實驗教學過程中，學習者需要向教師或相關專家請教問題是不可避免的事情。通過答疑，學習者可以更加深入地理解學習的主題。遠程仿真實驗教學方式為高質量的答疑提供了各種便利條件和可能。

再次，資源利用。學習者利用豐富的課程資源及仿真課件進行學習是網絡教學的一大優勢。學習者對資源的利用不僅指利用教師或互聯網提供的資源，更為有價值的是學生在學習過程中所上傳的數據。

對教師來講遠程仿真實驗教學的過程是一個不斷改進和提高的過程。在遠程仿真實驗教學環境中，學生與教師的地位發生了改變，教師成為學生學習的輔助者而不再是傳遞者，信息的傳遞主要由遠程仿真實驗教學來完成，遠程仿真實驗教學與教師所提供的教學資源作為主要的學習內容和教學信息。由于遠程仿真技術教學是師生異地，學習者可以與教師在不同的地點學習，遠程仿真實驗教學提供異步和同步的學習方式。仿真實驗的引入給物理實驗教學帶來了新的教學手段，但也帶來一些值得思考的問題。

第一，仿真物理實驗保證了實驗項目和數量，打破了時間和空間的局限。有些實驗耗資大，儀器操作要求較高。仿真物理實驗軟件的面世，彌補了因實驗設備及經費不足等造成的缺憾，保證了物理實驗的項目和數量。學生可在課外繼續實驗，在任何地點自學，利于學生根據興趣選擇。它還充分利用信息技術手段，提高了學校硬件設施的利用率。

第二，仿真物理實驗拓展了觀察的廣度和深度。仿真物理實驗能幫助完成一些儀器在真實實驗條件下難以實現的實驗，清晰明了地展現實驗過程。把一些不易觀察的微量放大，更便于學生觀察實驗細節，減少遺漏，避免了因觀察范圍限制或次要因素的干擾而走入思維誤區。就像任何事物有其積極一面，也必有其不足之處一樣，目前仿真實驗也有一些局限性?？赡艿瘜炯寄苡柧毜闹匾暢潭龋鯇x器的真實感受和基本技能的訓練力度。

總之，實踐表明仿真實驗教學大大激發了學生的實驗興趣，使學生在點滴的進步中感覺到付出的收獲，從而產生成就感和自我學習的意識；同時大大緩解了實驗學時的不足，對學生的學習有著很重要的作用。