力學仿真實驗教學對大學物理教學的作用

高允鋒

摘 要：隨著時代和科技的不斷進步，計算機技術滲透在我們生活學習的方方面面，本文將分析在大學物理課堂上，在傳統物理實驗的基礎上設置以仿真技術為主的力學仿真實驗教學的作用和意義，力學仿真實驗教學是對常規儀器實驗力學教學的補充和深化，可以讓學生們更清楚地認識和發現物理規律，達到良好的教學效果。

關鍵詞：力學 仿真實驗教學 大學物理教學

大學物理實驗是一門培養學生基礎知識、創新意識和實踐能力的課程，能夠在一定程度上提高學生整體的學習思維能力，所以大學物理實驗教學是一個重要并且必要的教學課程，然而出于對學生安全的考慮和學校經費的制約，一些物理實驗往往不能在實驗室展開，所以要適應新時代的變化，使得傳統的物理實驗向開放性、探究性的方向轉變就需要我們運用仿真實驗教學。

力學仿真實驗指的是通過信息技術，相似原理等相關技術來進行虛擬仿真實驗環境和儀器設計，在大學仿真實驗的教學過程中，學生們可以在虛擬的實驗環境中設計實驗方案、操作儀器和擬定實驗參數，再現真實的物理實驗過程。本文通過對力學仿真實驗相關理論的探討，分析其在大學課堂上開設的意義和作用。

一、力學仿真實驗概述

隨著信息技術和數字技術的不斷發展，虛擬仿真技術在大學物理實驗的教學中應用愈加廣泛，力學仿真實驗的開展將實物實驗與虛擬仿真實驗相結合，學生在這樣的實驗環境下進行物理現象的研究和探索，受到實驗空間，儀器，時間等因素的影響較小。力學仿真實驗課程的開展，幫助教師更加清晰地傳授物理力學知識，同時也使得學生們對于力的現象和規律有更加深刻和全面的認識與探索，提高學生對于物理實驗的興趣熱情，達到良好的教學效果。

但是在當今的高校中，力學仿真實驗的開展還存在著一些問題，實驗設備不夠先進，實驗方式不夠科學，教師不足等都影響著力學仿真實驗教學的開展，這樣不利于學生對物理知識的掌握和思維的拓展，所以在高校中進行力學仿真實驗的應用探索十分必要。

二、力學仿真實驗技術與傳統物理實驗結合的必要性

1.物理實驗設備不足

在近幾年來，高校規模不斷擴大，招收的學生數目逐年增長，高校的實驗資源不足的問題突顯，實驗室、實驗儀器、指導教師等教學資源往往不能滿足教學要求，學校經費不足難以購置一些高精度的實驗設備，難以支持學生對所學的知識進行深入的了解，還有一些實驗過程所需時間太長，這些實驗或者一些實驗方法就難以在課堂上進行。

2.實驗課時有限

大多數高校開展實驗課都會設置固定的時間和固定的實驗室，很少學校做到長時間開放，學生按照課程安排上實驗課，做實驗的時間匆忙，很難在固定的時間內將實驗原理、實驗過程等完全掌握。實驗前的預習和實驗后的總結往往流于形式，對實驗的數據缺乏清楚的理解。

3.教學模式單調

傳統的高校物理實驗教學模式單一，方式也較為落后，通常都是按照簡單易行的舊方式進行，學生根據課程安排上實驗課，先聽老師講解實驗原理和方法，然后自己或者小組合作完成實驗，昀后交上實驗報告，這樣的實驗模式抑制了學生的主觀能動性，不能給學生創造發揮自我的空間，不利于學生創新科學和探究能力培養。通過開展仿真實驗為大學物理的教學提供了更多的形式和方法，為驗證各種物理現象提供了更多的形式。

三、力學仿真實驗技術在物理實驗教學中起到的作用

1.改善傳統的物理教學環境，使得實驗室真正地向學生開放

傳統的物理實驗教學一般有三四個課時，在規定的有限時間內完成教學目標，尤其是對于一些過程較為復雜，所需時間較長的項目往往會達不到預期的效果，然而運用力學仿真實驗技術則會很好地克服空間和時間的限制問題，力學仿真實驗只需要相關教學軟件的支持，計算機上的安裝軟件不需要占用空間，學生可以用適合自己的時間在計算機上完成實驗，這樣就解決了實驗教學長期受到實驗室和實驗課時間的限制，有電腦就可以完成實驗，而且學生可以在仿真實驗上充分發揮自己的創造力，激發學生的學習興趣，提高學習熱情。

2.提高學生對于實驗原理、儀器、過程、結果的認識

隨著科學技術的發展，實驗儀器不斷改革升級，朝著智能、自動、集合的方向發展，實驗儀器操作簡便，很多物理量的變化直接由儀器的昀后數字給出，實驗操作過程中，學生可以真正進行力學實驗操作的步驟不多，往往只是操作儀器的按鈕，不利于學生基本力學實驗操作技能的培養，而且實驗儀器一般貴重且不可拆卸，不利于學生實驗原理和過程的掌握，只是簡單地測量幾組數據不能使同學們印象深刻，達不到很好的教學效果。而力學仿真實驗教學的虛擬儀器可以彌補傳統實驗在這一方面的不足，仿真實驗對于一些復雜的設備提供了拆卸功能，學生可以自由探索，深入了解儀器的架構和工作原理，加深對物理過程的認識。此外，仿真實驗有圖像、文字、特技和聲音，使得整個物理過程生動直觀，更容易理解。

3.使用仿真實驗可以簡化物理概念

以探究擦黑板時，黑板擦在黑板上的受力為例，往往學生們都是根據老師對受力物體的分析然后仿照老師的思路，對物理過程進行理解，里面難免存在記憶對物理過程分析的影響，而應用力學仿真實驗設計則會讓學生更加清晰地了解物理過程，對所學內容進行深刻的理解，達到舉一反三的效果。

學生在看實驗書時往往會感到書上的一些概念較為抽象，學生學習起來會缺乏積極性，仿真實驗可以為學生的學習提供直觀、形象的學習平臺，仿真實驗圖文并敘，層次清晰，動靜結合，能夠調動學生多個感官進行學習，增強學生的學習興趣，通過仿真實驗操作可以提高學生的學習效率。

四、結語

力學仿真實驗有著很多傳統實驗沒有的長處，可以幫助學生更直觀地學習物理知識，認識物理現象，但是它有著自身的局限性，仿真實驗的條件、過程和結論都是事先設定好的，這就避免了許多外界因素對實驗的影響，學生在實驗過程缺乏處理突發事件的機會，減少了學生在處理實驗問題中的學習機會。而且仿真實驗雖然直觀明了，但是操作簡單，只需要操作計算機即可，缺乏和儀器的直接接觸，不利于學生操作能力的培養，所以模擬得再好也不能代替真實實驗。所以在物理實驗的教學過程中一定要將傳統實驗與仿真模擬實驗相結合，達到昀佳的教學效果。

參考文獻：

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