虚拟仿真实验对于大学物理实验教学的影响

2020.09
真情 教育探索
227虚拟仿真实验对于大学物理实验教学的
影响
韩晓静
沈阳科技学院
摘要：分析了大学物理传统实验教学存在的主要问题，提出开展虚拟仿真实验的必要性，并对虚拟仿真实验的优势进行了说明。

关键词：虚拟仿真；实验；大学物理实验；教学
一、引言
《大学物理实验》是教育部规定的普通高等院校理工科学生必修的一门基础课程，是一门理论性与实践性很强的学科，它既要求学生掌握一定的物理学基本原理，又要求学生能够具备一定的动手实践能力。

如何利用大学物理实验的特点，充分发挥大学物理实验的作用，培养学生的动手实践能力，是现在大学物理实验教学中需要思考的一个问题。

笔者通过调查研究发现，虚拟实验不仅可以帮助学生更好地理解物理理论知识，同时提高了学生的设计能力、动手实践能力、创新能力。

什么是虚拟实验呢？虚拟实验是指借助于多媒体与仿真技术，在计算机上营造实验操作环境，实验者可以通过相关操作进行实验，像在现实实验室中一样完成各种实验项目[1]。

二、传统实验教学存在的问题
1.实验内容单一
传统物理实验教学内容过于单一，各项目内容都是根据教学大纲设计，涵盖力、热、光、电、磁等基本知识内容，多为操作性较强的实验项目，缺乏灵活性，对学生的创新设计能力的培养影响不是很大，缺少综合性、设计性较强的实验项目。

2.实验考核方式陈旧
传统物理实验考核方式多以上交实验报告的形式进行，实验报告内容及形式固定，学生可以利用各种方法完成，其中不乏抄袭行为，学生很容易就能蒙混过关，而没有真正掌握实验的基本要素，对学生的数据处理能力、创新设计能力也毫无益处。

3.实验仪器易于耗损
传统物理实验需要大量的仪器设备，而这些仪器设备价格较高，且都是耗损品，学生在实验的过程中一旦操作不规范，极容易造成仪器损坏，影响实验课程的学习，也会导致后续班级无法进行正常的实验操作。

如伏安特性实验中，伏安特性实验模板中的电路极易烧断，极易影响正常的实验教学进度。

4.实验仪器昂贵
个别实验项目涉及到的实验仪器价格过高，如迈克尔逊实验仪，一般价格在10000左右，实验室购进10台的话，就需要10万元，价格过高。

而且仪器一旦损坏，修理价格也不低。

三、开展虚拟仿真实验的必要性
众所周知，在讲授大学物理实验教学时，教师需要提前对实验室内的仪器进行检查并预热，实验结束后需要对实验仪器进行整理，定期还需要对实验仪器进行检修，更换损害的零部件等，以确保实验课程的正常开展。

这些工作需要大量的人力、物力、财力，而且浪费大量的时间。

很多物理实验设备是电学仪器，时间长了，线路容易老化，且如果学生操作不当，极易引发火灾，因此实验室通常会存在安全隐患。

普通物理实验大多是分组性实验项目，整个实验中，一些同学没有进行实际操作，都是组长一人进行，下课后，在组内把实验数据分享，组员记录到实验报告纸上，实验课程就结束了，学生的学习能力、动手能力没有得到锻炼。

部分实验项目容易受到环境因素的影响，如牛顿环实验，需要暗室环境下完成，而且牛顿环仪调节起来颇费眼睛，一堂课下来，学生的眼睛早就花了，自然影响了实验数据的记录。

演示性实验项目学生人数过多，教师在演示时，一些排在后面的同学看不清实验现象，长而久之，学生极易丧失学习兴趣。

学生一旦离开实验室，就只能依靠头脑中的印象回顾整个实验过程，不能及时对实验进行预习和复习，无形中增加了学生学习的难度。

四、虚拟仿真实验的优势
运用网络和多媒体开展虚拟实验教学，能够消除时间与空间的限制，降低实验设计的难度，提高实验的准确率，提升实验课的课堂效率。

虚拟仿真实验不受空间与时间的限制，随时都可以进行。

特别是在特殊时期，当高校需要开展线上教学时，虚拟实验项目完全能够保证教学的顺利进行，满足教学需求。

在开展虚拟仿真实验时，学生不但可以带着问题提前预习，而且实验中，可以进行对比假设，实验失败后，可以反复进行实验，而不用担心操作不合理而导致仪器损坏的问题出现。

在实验过程中，学生的想象力得到充分发挥，设计感更强，学生的奇思妙想利用虚拟仿真实验更容易实现，这对学生的创新创业能力的培养是大有好处的。

而且课后可以回放，方便学生解决问题。

虚拟仿真实验具备更为公正的多元化考核模式，学生的预习、实验假设、实验操作、实验结果等等，教师都可以随时做到一目了然，更方便教师对于学生实验项目的考核。

五、结语
虚拟仿真实验在高校物理实验中具有重要的作用，它可以改善物理实验教学环境，综合性、设计性更强，使大学物理实验教学摆脱课堂和时间的局限，在时间和空间上得到延伸，提高了大学物理实验的课堂质量，从而有效地促进了大学物理实验教学改革。

[2]
参考文献：
[1]于洪涛，杨雪，孙艳丽．桌面虚拟实验的教学效应研究［J］.现代教育技术，2008,18(1):115-118.
[2]陈佶，霍剑青.对大学物理实验教学的思考、改革与实践[J].物理，2018,47(6):387-389.。