大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐研究

朱純 聶延光 吳慧

摘 要：大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代大學(xué)物理教學(xué)的新領(lǐng)域，科學(xué)有效地進(jìn)行大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，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(jìn)學(xué)生全面健康成長。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn); 虛擬仿真; 教學(xué)

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

近年來，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)被逐步引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，該技術(shù)不僅能夠促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)教學(xué)分析，希望能夠?yàn)閮?yōu)化仿真實(shí)驗(yàn)，提升教學(xué)效果提供參考借鑒。

一、分析教學(xué)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)

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

隨著計(jì)算機(jī)硬件和校園網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)也在不斷優(yōu)化和進(jìn)步，和仿真實(shí)驗(yàn)相配合的軟件實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)和設(shè)備選取，滿足了各項(xiàng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作。且這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以研究性學(xué)習(xí)的方式開展，能夠?yàn)閷W(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(shí)驗(yàn)還能夠提供大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)接口，相關(guān)使用人員如教師、學(xué)生都能得到實(shí)時數(shù)據(jù)反饋，這對于優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，其主要有以下幾個特點(diǎn)。

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(shí)驗(yàn)》課程內(nèi)容，分別開設(shè)了分光計(jì)、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(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)涉及力學(xué)、光學(xué)、近代物理等范疇，覆蓋面廣，可操作性強(qiáng)。

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?，F(xiàn)在處于試點(diǎn)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(tuán)的活動多，學(xué)生參與仿真實(shí)驗(yàn)的時間段較為集中，在期末經(jīng)常出現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)服務(wù)器癱瘓的現(xiàn)象，雖然實(shí)驗(yàn)室就此現(xiàn)象進(jìn)行了升級維護(hù)，但是學(xué)生往往都拖到期末來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后造成了實(shí)驗(yàn)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(jì)劃，引導(dǎo)學(xué)生及時完成仿真實(shí)驗(yàn)，不要出現(xiàn)期末扎堆趕作業(yè)的行為。此外，也建議進(jìn)行分時段登陸限制，這樣能夠提升仿真實(shí)驗(yàn)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(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行復(fù)位操作和處理，這種處理方式較為復(fù)雜且機(jī)械化。此外，軟件在運(yùn)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(qiáng)管理，維護(hù)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(shí)驗(yàn)主要是用來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)課程及評價機(jī)制。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器的使用等，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(diǎn)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師多次采用遠(yuǎn)程教學(xué)的方式，先讓學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的課程進(jìn)行預(yù)習(xí)和操作，讓實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的選修課程，讓學(xué)生能夠結(jié)合自己的課外實(shí)踐，進(jìn)行一些特殊的物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作的實(shí)踐性，能夠?qū)崿F(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的統(tǒng)一化，這對于優(yōu)化教學(xué)，加強(qiáng)物理課程實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程有著特殊的功能和特點(diǎn)，能在物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷深化，越來越多的學(xué)科開始采用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其最大的特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)情況。需要相關(guān)人員加強(qiáng)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱嵘龑W(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛻?yīng)用技能，對于加強(qiáng)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(jì)劃的時候，多注重仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)特點(diǎn)，以學(xué)生的素養(yǎng)能力為主，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李萱.高校虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)綜合平臺建設(shè)的研究與實(shí)踐[J]新課程研究（中旬刊），2017（03）

[2]王思涵.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J]才智，2018（34）