基于虛擬仿真的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

孫紀(jì)勃，張學(xué)偉，蔣巍巍

[摘 要] 培養(yǎng)應(yīng)用型人才是新建本科院校人才培養(yǎng)的主要目的，通過分析哈爾濱石油學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀，指出了傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足之處，提出了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生動手能力和科學(xué)素養(yǎng)提供了新的舉措。

[關(guān) 鍵 詞] 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；虛擬仿真；教學(xué)方式

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）08-0152-01

一、引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)最先接觸的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，該學(xué)科覆蓋面廣，涉及力、熱、光、電和原子物理等方面。這門課程主要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生今后做其他實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)，因此這門課程顯得尤為重要。但是在以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，特別是根據(jù)我校實(shí)驗(yàn)室的具體情況，實(shí)驗(yàn)效果不是特別理想。不過隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，低投入、周期短、效果佳、開放式的虛擬仿真技術(shù)正逐步為各大高校所使用。虛擬仿真技術(shù)和傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，必將改變現(xiàn)有的教學(xué)面貌，改善教學(xué)效果和提升教學(xué)質(zhì)量。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）學(xué)生底子薄，動手能力差

新建本科院校所招收的學(xué)生文化課基礎(chǔ)薄弱，在高中階段基本沒獨(dú)立做過什么實(shí)驗(yàn)，并且大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)理論性較強(qiáng)，因此學(xué)生動手能力較差，學(xué)習(xí)興趣不高。

（二）用房面積小，經(jīng)費(fèi)投入少

我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室共有十個(gè)房間，占地面積約800平方米，而我校每學(xué)年要開設(shè)二十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這就要求實(shí)驗(yàn)教師不停地更換擺放實(shí)驗(yàn)儀器，況且在挪動儀器的過程中，難免會對儀器造成損壞。此外，學(xué)校對新儀器的采購經(jīng)費(fèi)和儀器維修經(jīng)費(fèi)的投入少之又少，重視程度不夠。

（三）專職實(shí)驗(yàn)教師人才稀缺

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要力量就是專職實(shí)驗(yàn)教師，我校現(xiàn)有大學(xué)物理專職實(shí)驗(yàn)教師三人，人數(shù)較少，無法承擔(dān)全部的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，迫使聘請其他專業(yè)的教師兼職實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備維護(hù)、實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生工作過程中的欠缺，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果欠佳。

（四）實(shí)驗(yàn)儀器陳舊，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容籠統(tǒng)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器大多數(shù)是2012年以前采購的，儀器經(jīng)過多年的使用過于老舊，而且極易受損。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也大都趨向于驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，缺少設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用脫軌。對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和動手能力作用甚微，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性下降[1]。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)突破傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和多媒體技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀所暴露的弊端進(jìn)行彌補(bǔ)。虛擬仿真和傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)簡介

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是高校學(xué)生自主學(xué)習(xí)的一個(gè)平臺。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均可以與虛擬仿真相結(jié)合，構(gòu)建開放式的實(shí)驗(yàn)課程體系。學(xué)生可以不用進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，通過校園局域網(wǎng)查詢到所做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)信息，進(jìn)行較好的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作，然后通過虛擬仿真系統(tǒng)提供的虛擬儀器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，最后系統(tǒng)會對你本次虛擬仿真實(shí)驗(yàn)給出一個(gè)公正的成績評價(jià)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所提供的課前預(yù)習(xí)、仿真實(shí)驗(yàn)和成績評定加深了學(xué)生對知識的印象，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的維護(hù)工作提供了幫助。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

1.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)克服了實(shí)驗(yàn)儀器不足和損耗的難題，節(jié)約了大量的儀器采購經(jīng)費(fèi)和維修經(jīng)費(fèi)，并且虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)進(jìn)行，而且能夠根據(jù)時(shí)代的發(fā)展逐步進(jìn)行更新，選取與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的先進(jìn)的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[2]。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有高度的開放性，學(xué)生可以不受時(shí)間和空間的限制隨時(shí)進(jìn)行訪問學(xué)習(xí)，學(xué)生可以去完成系統(tǒng)當(dāng)中現(xiàn)有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也可以自行去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過系統(tǒng)模擬出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有助于學(xué)生創(chuàng)造力和想象力的開發(fā)[3]。

3.虛擬仿真系統(tǒng)對日常教學(xué)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化管理，教師可以通過系統(tǒng)查詢學(xué)生的選課情況、預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作情況，也可以查詢各個(gè)教師的工作量和學(xué)生完成的所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績。虛擬仿真大大提高了工作效率，有效緩解了教師的壓力，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好有序進(jìn)行。

四、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)逐步被人們所重視，越來越多地被應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。高校應(yīng)根據(jù)學(xué)校自身和學(xué)生特點(diǎn)，分專業(yè)、分層次地將虛擬仿真和傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋維，張霆，羅樂，等.工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與改革探索[J].物理通報(bào)，2017，36（12）：6-9.

[2]周燕.虛擬仿真技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，18（3）：79-82.

[3]李寧，楊坤，史芹.大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)初步探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2016（40）：118-119.