物理仿真实验在实验教学改革中的应用
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【摘 要】本文通过分析当前大学物理实验教学中存在
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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 【摘 要】本文通过分析当前大学物理实验教学中存在的一些不足，结合物理仿真实验自身所具有的特点，阐述了物理仿真实验在我校实验教学改革中的应用。 【关键词】大学物理实验 仿真实验 教学改革 【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）32-0062-03
大学物理实验是一门实践性很强的课程，在对学生进行科学实验方法和实验技能的训练、培养学生实事求是的科学态度、提高学生分析和解决实际问题的能力等方面有着不可替代的作用。
本文主要就是针对我校传统物理实验教学中存在的一些不足之处，结合物理仿真实验的特点分析其在我校大学物理实验教学改革中的应用。
一 当前我校大学物理实验教学中存在的不足
1.实验的预习效果不理想
学生上实验课前都要预习实验内容并写预习报告，但由于学生面对的是条条框框的物理公式、枯燥的文字描述和毫无立体感的平面图，对即将进行实验的实验目的、原理、步骤和实验仪器都无法很好地理解和领会，更不要说实验操作中需要注意的相关事项以及改进实验的其他方式方法。为了完成老师布置的任务，大多数学生都会选择盲目抄袭实验教科书或者抄袭已经完成的预习报告，无法达到预习的效果。另外，由于课时的限制上课时老师也无法通过提问逐一检查每个学生的预习情况。长此以往，导致学生对于物理实验预习越来越不重视，形成一种应付了事的学习态度。
2.教学的方式单一，教学的手段过时
在传统的大学物理实验教学模式中，基本上都是实验课堂上实验教师简单地讲解实验目的和原理，接着演示实验操作，最后在教师的指导下让学生自己动手操作完成实验。这种言传身教的实验教学方式，使学生常常处于被动接受的状态，实验也变得比较枯燥无味，影响了实验教学效果。这种教学方式不但不能提高教学质量，更加不能激发学生的学习主动性，不利于学生的独立思考能力和创新能力的培养。
3.实验资源有限，设备不足
近些年来，随着我校的招生规模大幅度扩大和大学物理实验这门课程愈来愈受到重视，使大学物理实验教学面临着严峻的挑战。一方面是实验教学仪器的频繁使用，损耗严重，现有的实验仪器设备更新完全跟不上实际需求;另一方面是实验仪器的数量和实验场地等教学资源的不足，导致学生不得不多人一组进行实验，而且由于时间的限制不能让每个同学都亲自操作一遍实验，很大程度上影响了物理实验的教学效果。另外，一些近现代的物理实验仪器价格很昂贵，因此开设的物理实验项目不得不有所保留，这样的结果就是让学生不能完整地、系统地学习物理知识。
二 物理仿真实验的概念及特点
1.概念
所谓物理仿真实验是指利用计算机技术建立一个与真实实验环境一样的虚拟实验环境，让实验者可以在其中进行各类物理实验操作的一种当代实验教学形式。虽然整个实验过程是由计算机程序软件运行完成的，但是更加方便学生在了解物理实验过程的同时，有效地分析实验的结果。
2.特点
中国科技大学研制的“大学物理仿真实验”系统具有以下特点：（1）模拟了实验仪器和实验的整体环境。具有熟悉仪器、仪器使用说明和操作实验仪器等功能，通过仿真实验使学生对实验从局部到整体建立起直观的认识。（2）提供了具有高度真实感的界面，实现了仪器的模块化。学生可对实验仪器进行选择、组合、拆卸和调整，对同一个实验操作可用不同的实验方法完成。实现了物理仿真实验的可设计性和虚拟仪器的可操作性，这有利于培养学生的设计思考能力。（3）具有误差模拟功能。对同一个实验可以调整实验条件和待测样品参数等，从而得出不同实验结果，同时还能对实验数据进行统计分析，以评判实验质量的优劣。（4）模拟了实验教学过程。物理仿真实验以实验教学思想作为指导，通过解剖教学过程对实验进行模拟，侧重培养学生独立思考和解决问题的能力。学生必须在理解的基础上通过思考才能进行实验操作，克服在实际实验中出现的盲目操作和实验“走过场”的现象，大大提高了实验教学的质量和水平。（5）拓展了与实验项目相关的理论内容、历史背景和意义、现代技术应用等方面的知识，扩大学生的知识面，培养了学生理论联系实际的能力。
三 物理仿真实验在我校物理实验教学改革中的应用
根据当前我校物理实验教学存在的不足之处，结合物理仿真实验的特点，我校可建立物理仿真实验室，在学校的教学管理系统中建立物理仿真实验教学平台，把物理仿真实验应用到物理实验教学中。
1.改善预习状况，增加学习兴趣，提高学习效率
物理仿真实验对实验目的、实验原理、实验仪器的结构及操作、实验内容及步骤均有详细的讲解，并针对每一版块设置了题目。课前要求学生必须进入学校教学管理系统中的物理仿真实验教学平台对实验进行预习，在学生阅读和理解了实验原理和内容后，通过回答提出的问题来检验其对实验原理和内容的理解情况，如果学生回答有错误，系统将给出提示，直到学生能正确回答问题后才能进行实验操作，最后根据学生操作的步骤和实验结果来判断学生是否达到预习的要求，对于达不到要求的给出提示，直达达到要求为止。物理仿真实验相对于实验课本提供了直观、丰富的学习环境，声音配合图像，简单有序的实验内容帮助学生从多方面进行学习，这样必然会增大学生的兴趣，调动他们的学习积极性。另外，经过物理仿真实验的预习，让实验操作更加轻松，把实验老师从传统实验教学的冗长讲解中解放出来，给学生更多的实践操作时间，极大地提高了教学效率。
2.改善了实验教学受时间和空间限制的状况
在以往的传统实验教学中，每节实验课通常只有2个课时或者3个课时，很难在有限的时间之内要求学生完成实验且达到实验目的，实验效果不理想。特别是对于一些实验难度大、设备要求高的实验，学生很难在短时间内理解实验原理、熟悉实验仪器、掌握实验操作，而且课后学生也无法对实验操作进行复习。应用物理仿真实验，学生可在任何时间任何地点通过网络对实验的相关内容进行课前预习和课后复习，克服了传统实验教学中长期受课时、实验场地的限制和干扰，使实验教学内容在时间和空间上得到延伸。
3.减少实验室对硬件资源的需求
在实物实验中，一个操作不当就会导致实验仪器损坏，严重的还会发生危险，无形中增加了实验仪器的维护费用。但是，物理仿真实验的虚拟性完美地解决了这个问题，即便学生操作失误，也不会造成任何仪器损坏，更不会发生实验危险，即使多次反复使用，也不会出现仪器的损耗问题。另外，由于实验教学仪器昂贵、教育经费紧张，使得一些实验项目无法开设，对于一些无法开设的实验项目，可以通过物理仿真实验进行讲解和实验演示，这样在很大程度上缓解了实验室硬件资源的不足。
4.有利于培养学生的自主实验能力和创新实验能力
在实物实验时由于时间及安全问题，对于一些复杂的、危险性高的实验不允许学生自行改变实验参数。而物理仿真实验中学生可以自主设置实验参量、反复调整实验仪器后，观察实验现象、分析实验结果。这有助于培养学生的自主实验能力和创新实验能力。
5.促进教学改革
利用物理仿真实验对传统的实验教学模式进行改革，采用物理仿真实验和实际实验相结合的二段式教学模式。第一阶段学生课前通过网络进入物理仿真实验教学平台对实验进行预习，而且必须达到系统的预习要求;第二阶段学生课堂内在实验室独立完成实际实验操作。经过物理仿真实验的全面预习后，让实际实验操作更加轻松快捷，把实验教师从传统实验教学的冗长讲解中解放出来，给学生更多的实践操作时间，把学习的主动权真正的返还到学生的手里，让学生积极主动地学习，极大地激发了学生的学习兴趣，提高了实验教学效率。
四 总结
大学物理实验教学因为物理仿真实验的引入应用，很大程度上提升了学生对于实验课的积极主动性，给传统的大学物理实验教学增添了新的生命和活力，为培养创新型人才提供了新的教学模式。但是物理仿真实验在培养学生的实验技能、发现和解决问题的能力等方面有所欠缺，所以物理仿真实验替代不了实际实验，它只能作为辅助教学的一种工具。在实际教学中，我们应该将仿真实验和实际实验有机地结合起来，更好地服务于教学，提高实验教学的质量和水平。
参考文献 [1]王晓蒲、霍剑青、杨旭等.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验，2001（1）：28～29 [2]张敏、何龙庆、张波.仿真实验在大学物理实验教学改革中的应用[J].南京晓庄学院学报，2009（3）：104～108 [3]王月明、刘官元、董大明.网络背景下大学物理实验教学模式探讨[J].大学物理实验，2010（3）：85～87