大學(xué)物理虛擬仿真實驗的教學(xué)實踐研究

朱純 聶延光 吳慧

摘 要：大學(xué)物理虛擬仿真實驗是現(xiàn)代大學(xué)物理教學(xué)的新領(lǐng)域，科學(xué)有效地進行大學(xué)物理虛擬仿真實驗，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，促進學(xué)生全面健康成長。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗; 虛擬仿真; 教學(xué)

中圖分類號：G482? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2019）10-154-001

近年來，計算機仿真技術(shù)被逐步引入大學(xué)物理實驗的教學(xué)過程中，該技術(shù)不僅能夠促進物理實驗教學(xué)改革，豐富教學(xué)過程，也是我國科學(xué)建設(shè)教育改革的重要舉措之一，本文針對大學(xué)物理仿真實驗進行相關(guān)教學(xué)分析，希望能夠為優(yōu)化仿真實驗，提升教學(xué)效果提供參考借鑒。

一、分析教學(xué)特點，實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)

在大學(xué)物理虛擬仿真實驗的教學(xué)中，首先應(yīng)該將實驗室的教學(xué)力量和學(xué)生的規(guī)模進行分類篩選。一般而言，仿真實驗課程不會受到實驗課程學(xué)時的限制，只要借助仿真實驗的服務(wù)器就可以在多網(wǎng)絡(luò)和多計算機設(shè)備下完成。這種教學(xué)方式可操作性強，且可以反復(fù)使用。

隨著計算機硬件和校園網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，大學(xué)物理仿真實驗也在不斷優(yōu)化和進步，和仿真實驗相配合的軟件實現(xiàn)了自主設(shè)計和設(shè)備選取，滿足了各項基礎(chǔ)實驗操作。且這種設(shè)計性實驗以研究性學(xué)習(xí)的方式開展，能夠為學(xué)生和教師提供更多的操作空間，這對于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力有著重要的意義。

此外，仿真實驗還能夠提供大量的實驗數(shù)據(jù)接口，相關(guān)使用人員如教師、學(xué)生都能得到實時數(shù)據(jù)反饋，這對于優(yōu)化物理實驗的教學(xué)任務(wù)和目標，提升教學(xué)內(nèi)容和效果有著積極意義。

二、剖析教學(xué)現(xiàn)狀，制定教學(xué)策略

分析仿真實驗教學(xué)現(xiàn)狀，其主要有以下幾個特點。

首先，教學(xué)內(nèi)容的選取，結(jié)合江南大學(xué)《大學(xué)物理實驗》課程內(nèi)容，分別開設(shè)了分光計、邁克爾遜干涉、牛頓環(huán)、示波器的調(diào)節(jié)與應(yīng)用、光電效應(yīng)、楊氏模量、轉(zhuǎn)動慣量等仿真實驗。這些實驗涉及力學(xué)、光學(xué)、近代物理等范疇，覆蓋面廣，可操作性強。

其次，在教學(xué)過程中，也存在一些問題。第一是服務(wù)器穩(wěn)定性的問題，我校現(xiàn)在處于試點階段，仿真課程多開設(shè)在學(xué)生的大一下學(xué)期和大二上學(xué)期，該階段的學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)較重，且社團的活動多，學(xué)生參與仿真實驗的時間段較為集中，在期末經(jīng)常出現(xiàn)仿真實驗系統(tǒng)服務(wù)器癱瘓的現(xiàn)象，雖然實驗室就此現(xiàn)象進行了升級維護，但是學(xué)生往往都拖到期末來進行實驗，最后造成了實驗結(jié)果不盡人意。對此，建議開設(shè)課程一定要合理安排教學(xué)計劃，引導(dǎo)學(xué)生及時完成仿真實驗，不要出現(xiàn)期末扎堆趕作業(yè)的行為。此外，也建議進行分時段登陸限制，這樣能夠提升仿真實驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

再者，軟件的安全性問題較多，很多學(xué)生反映在進入仿真實驗處理頁面時候，存在信息泄露和密碼更改的現(xiàn)象。由于仿真實驗系統(tǒng)的使用往往是通用化，一個班級都是用的同一個用戶名和密碼，因此在后期會出現(xiàn)密碼失效的現(xiàn)象，且教師需要對密碼進行復(fù)位操作和處理，這種處理方式較為復(fù)雜且機械化。此外，軟件在運行中也存在很多問題，軟件在升級時容易出現(xiàn)黑客攻擊和病毒干擾等。這些都需要相關(guān)人員加強管理，維護軟件的質(zhì)量和安全性。

最后，相關(guān)教師要建立一種注重過程性的評價，由于仿真實驗主要是用來引導(dǎo)學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)，因此很多學(xué)生并不熱衷，甚至排斥。對此，建議建立相應(yīng)的在線實驗預(yù)習(xí)課程及評價機制。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生對實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒瀮x器的使用等，建立了一個直觀的思路。通過評價考核，有助于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助其掌握學(xué)習(xí)要點，更能體現(xiàn)過程性。

三、改變教學(xué)方式，做好創(chuàng)新改革

在仿真實驗教學(xué)中，教師多次采用遠程教學(xué)的方式，先讓學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)對實驗室內(nèi)的課程進行預(yù)習(xí)和操作，讓實驗課程能夠模擬理論課程，讓學(xué)生有充足的時間去研究和分析實驗課程的教學(xué)內(nèi)容。此外，一些院校還開設(shè)網(wǎng)上虛擬實驗室的選修課程，讓學(xué)生能夠結(jié)合自己的課外實踐，進行一些特殊的物理實驗操作，這能提升學(xué)生的自學(xué)能力和積極性。針對物理課程的特殊性，仿真軟件的引入結(jié)合實驗操作的實踐性，能夠?qū)崿F(xiàn)理論教學(xué)和實驗教學(xué)的統(tǒng)一化，這對于優(yōu)化教學(xué)，加強物理課程實驗有著積極意義。

四、展望教學(xué)未來，優(yōu)化物理課程

對于大學(xué)課程而言，仿真實驗課程有著特殊的功能和特點，能在物理實驗中取得較好的教學(xué)效果，其也成為優(yōu)化教學(xué)改革的重要途徑。隨著仿真實驗教學(xué)的不斷深化，越來越多的學(xué)科開始采用仿真實驗教學(xué)。其最大的特點就是優(yōu)化教學(xué)空間和環(huán)境，為廣大的教師帶來了便利。但是分析仿真實驗的特點，其畢竟是一個模擬性的教學(xué)輔助工具，不能夠真正替代物理實驗的現(xiàn)實情況。需要相關(guān)人員加強對學(xué)生的動手能力培養(yǎng)，引導(dǎo)其規(guī)范學(xué)習(xí)各項實驗操作，以期能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，帶動規(guī)范性教學(xué)。

結(jié)合現(xiàn)階段仿真實驗教學(xué)建設(shè)，建議教師應(yīng)當(dāng)注重創(chuàng)新教學(xué)，盡量將教學(xué)科研成果和教學(xué)環(huán)境相結(jié)合，將“以科研促教學(xué)”的觀念引入到基礎(chǔ)教學(xué)中來，這對優(yōu)化院校的物理仿真實驗教學(xué)，優(yōu)化學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性有著重要的意義。

綜上所述，分析現(xiàn)階段我校仿真實驗教學(xué)，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，仿真實驗?zāi)軌蛱嵘龑W(xué)生的綜合實驗?zāi)芰蛻?yīng)用技能，對于加強學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識十分重要，建議大學(xué)教師在制定教學(xué)計劃的時候，多注重仿真實驗的教學(xué)特點，以學(xué)生的素養(yǎng)能力為主，最終實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)和目標。

參考文獻：

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