基于虛擬仿真的大學(xué)物理實驗教學(xué)研究

孫紀勃，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)物理實驗的教學(xué)現(xiàn)狀，指出了傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)中的不足之處，提出了虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗相結(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)物理實驗；虛擬仿真；教學(xué)方式

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

一、引言

大學(xué)物理實驗是學(xué)生進入大學(xué)最先接觸的實驗學(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)生今后做其他實驗實訓(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)實驗教學(xué)過程中，特別是根據(jù)我校實驗室的具體情況，實驗效果不是特別理想。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)物理實驗相結(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)物理實驗教學(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立做過什么實驗，并且大學(xué)物理實驗理論性較強，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)費投入少

我校大學(xué)物理實驗室共有十個房間，占地面積約800平方米，而我校每學(xué)年要開設(shè)二十個實驗項目，這就要求實驗教師不停地更換擺放實驗儀器，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)費和儀器維修經(jīng)費的投入少之又少，重視程度不夠。

（三）專職實驗教師人才稀缺

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

（四）實驗儀器陳舊，實驗內(nèi)容籠統(tǒng)

大學(xué)物理實驗儀器大多數(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。實驗項目也大都趨向于驗證性的實驗，缺少設(shè)計性和綜合性的實驗項目，與先進的科學(xué)技術(shù)和實際應(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、虛擬仿真實驗教學(xué)分析

虛擬仿真實驗教學(xué)突破傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式，以先進的科學(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)、計算技術(shù)和多媒體技術(shù)進行虛擬實驗和遠程實驗，對傳統(tǒng)實驗現(xiàn)狀所暴露的弊端進行彌補。虛擬仿真和傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗有機地結(jié)合，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高實驗教學(xué)效果。

（一）虛擬仿真實驗教學(xué)簡介

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

（二）虛擬仿真實驗的優(yōu)勢

1.虛擬仿真實驗克服了實驗儀器不足和損耗的難題，節(jié)約了大量的儀器采購經(jīng)費和維修經(jīng)費，并且虛擬仿真實驗可以重復(fù)進行，而且能夠根據(jù)時代的發(fā)展逐步進行更新，選取與生產(chǎn)實際相關(guān)的先進的綜合性和設(shè)計性實驗[2]。

2.虛擬仿真實驗具有高度的開放性，學(xué)生可以不受時間和空間的限制隨時進行訪問學(xué)習(xí)，學(xué)生可以去完成系統(tǒng)當(dāng)中現(xiàn)有的驗證性實驗，也可以自行去設(shè)計實驗。通過系統(tǒng)模擬出真實的實驗環(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、實驗操作情況，也可以查詢各個教師的工作量和學(xué)生完成的所有實驗項目成績。虛擬仿真大大提高了工作效率，有效緩解了教師的壓力，有利于實驗教學(xué)的良好有序進行。

四、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實驗逐步被人們所重視，越來越多地被應(yīng)用到實驗教學(xué)中。高校應(yīng)根據(jù)學(xué)校自身和學(xué)生特點，分專業(yè)、分層次地將虛擬仿真和傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗有機結(jié)合，進一步培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

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

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

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