大學物理實驗虛擬仿真教學研究

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一、大學物理傳統實驗教學存在的主要問題

1.實驗室建設需要學校學校大量的資金投入。傳統的實驗教學需要購買大批的實驗設備，并且需要定期的更新。導致現有的實驗項目固定,這種矛盾限制了實驗室的發展，無法達到學生不斷與時俱進的學習要求。2.傳統實驗受到上課時間和空間的制約。傳統的實驗教學在開展中受到選課時間，教室空間的制約，導致理論教學和實驗教學的內容在時間上不同步，理論和實驗無法同時互相印證，嚴重影響教學質量。3.無法有效地進行對物理實驗的成績評定。由于場地和時間的限制，物理實驗考試無法切實有效進行。實驗成績的評定容易流于形式，或只憑借實驗報告評定成績，不能全面客觀的對學生的實驗總體表現打分，無法客觀反映物理實驗的實際教學效果。4.教師指導難以到位。在有限的時間內指導大批的學生是現在大學物理實驗中普遍存在的一個問題。這種情況容易導致教學目標難以達成，需要大量學時的高難度實驗更是難以開展。為了解決傳統實驗中的一系列的問題，需要高校建立基于網絡的實驗數據庫來管理實驗室和學生的實驗學習信息，并利用仿真實驗技術進行教學改革，對教學過程、學生學習成果評價進行數字化管理來實現規范管理、提高效率、創新改進教學質量和實驗室的管理工作。

二、虛擬仿真實驗室的優勢

1.解決傳統實驗對時間和空間的制約。虛擬實驗一般只需電腦裝上開發的軟件即可模擬不同的實驗，這樣高?？衫矛F成的計算機房來完成實驗教學，甚至只用一臺連接網絡的電腦，就可以完成實驗的學習過程，學生就可以根據自己的時間靈活的、分多次的預習學習物理實驗，更好的完成實驗學習過程。2.虛擬實驗能讓學生看到現象以外的真相。在虛擬實驗中，虛擬系統除了能表現出現實中的實驗效果，還能表現出在傳統實驗中看不到的“現象”。比如在普朗克常量實驗中使光子具現化，在光學實驗中將光路展示出來，在電學實驗中表現出電磁場等等。3.可完成一些傳統實驗中不能開設的實驗。由于一些物理實驗中的物質具有毒性或放射性，在傳統實驗當中是無法開設的。比如一些核物理方向的實驗，一些具有危險性的高功率激光器實驗等等，都可以用虛擬實驗來完成。4.提高學生的學習興趣。傳統的一些復雜實驗，學生在實驗時經常畏首畏尾，怕把儀器弄壞，感覺無從下手。但虛擬實驗可以隨意的操作破壞，學生可以放開手腳，有利于培養學生的想象力和創造力。

三、虛擬仿真實驗室的建設

虛擬仿真實驗室的建設面向的是所有理工科學生，以提高培養學生理論聯系實際的思維方式和實踐能力為目標。通過建設優質的虛擬實驗教學資源，建設共享平臺，并將虛擬實驗和傳統實驗相結合、互補，創建一套有效的教學模式，打造一支高水平的虛實結合的實驗教學團隊。該項改革不是開“小灶”，而是面向大面積學生提高物理實驗教學的質量。1.通過學校與企業合作共同開發不斷豐富物理仿真實驗教學資源。2.建設公共平臺，將虛擬仿真實驗資源有效地應用于預習、實驗、復習、考試等各個教學環節。3.建立虛實結合的教學機制，建設高水平的實驗教學師資團隊，鼓勵教師探索和研究實驗教學方法與模式，充分發揮虛擬仿真實驗在教學改革中的作用。4.建立虛擬仿真實驗中心教學的信息化管理系統，保障虛擬仿真實驗在教學環節中發揮作用和穩定運行。

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作者:王思涵 單位:長春理工大學理學院