虚拟仿真技术在近代物理实验教学中的探讨

虚拟仿真技术在近代物理实验教学中的探讨

李明标

（渤海大学数理学院，辽宁锦州 121013）

摘要：分析了近代物理实验教学中引入虚拟仿真技术的意义，探索仿真实验辅助近代物理实验的教学路线，形成了电子教案理论指导-虚拟仿真软件预习操作-物理实验测量检验的物理实验教学新模式，归纳总结了教改实施的效果。

关键词：近代物理实验；虚拟仿真；教学模式；实施效果

Discussion of virtual simulation technology in modern physics experiment teaching

Li Ming-biao

(College of Mathematics and Physics, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

Abstract: In this paper, the significance of introducing virtual simulation technology into modern physics experiment teaching is first investigated. Then, the teaching route of simulation experiment to assist modern physics experiment is explored. A new model of physics experiment teaching has been formed, which is instruction of electronic teaching case - virtual simulation software preview operation - physical experiment measurement test. Finally, the effect of educational reform is summarized.

Key word: Modern physics experiments; Virtual simulation; teaching model; Effect of implementation

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

0、引言

虚拟仿真技术对高等教育发展有着广泛的影响，为高等教育提供了先进的教学手段，改变了以往传统的教学方式。在教育部《大学物理实验课程教学基本要求》中明确提出，在教学模式和方法上要“充分利用包括网络技术、多媒体教学软件等在内的现代教育技术，营造多元化的教学模式”等基本要求。将虚拟仿真技术引入实验教学，对促进近代物理实验教学方法的改革起到了很大的作用。在培养学生的实验基本技能上，实际动手操作实验仪器将是必要的，但在虚拟仿真实验在软件设计引导下，对复杂的物理实验虚拟仿真更直观并且容易做到[1]，对探索性、创新性的实验，虚拟仿真实验模式将更为有效，尤其对实验结果的整理与分析，以及实验报告的撰写等诸多环节，都可采用先进的数据分析处理软件获得正确的结论，并在计算机上完成。如果说普通物理实验以打好实验基础为主，近代物理实验则注重培养分析、解决物理问题的能力，那么虚拟仿真技术在近代物理实验中的优势更明显。为此，应用虚拟仿真实验系统教学，建立近代物理实验教学新模式，符合教育部《基本要求》，适合当今教育发展需求，紧跟时代发展步伐。

一、探索仿真实验辅助近代物理实验的教学模式

近代物理实验作为高等院校的专业课程实验,教学内容复杂、任务量大，受到仪器设备、实验材料等因素的制约，这是在组织实验教学中面临的最突出问题。如何合理有效的利用有限的师资和设备资源，在有限的时间和空间内获得良好的教学效果，是我们研究探讨的重要

课题。为了解决这一矛盾, 在实验教学中引入模拟仿真实验教学手段，探索仿真实验辅助教学的新模式。

开发制作近代物理实验电子教案，实现辅助实验讲解，调动学生参与实验的积极性，提高实验操作效率；应用交互式仿真实验软件，指导学生的预习、复习，打破传统实验教学呆板单一的模式，为实验教学提供更为宽松自由，方便灵活的空间；在实验上，仿真实验拓展了有限的课堂教学时间，为学生展示实验原理、验证设计思路；利用仿真实验对实验相关的理论进行分析，对实验的历史背景和意义进行讲解，对实验的现象进行演示，使仿真实验成为连接理论教学与实验教学纽带，形成电子教案理论指导-模拟仿真软件预习操作-物理实验测量检验的仿真实验辅助教学、理论与实践相结合的一种崭新教学模式。虚拟教学课件的设计由简单到复杂，操作由简到繁，内容由少到多，使教学内容循序渐进，不断深入。从打好实验基础到实验技能的养成，再到实验技能的提高，教学内容具有明显的层次性，这就使

收稿日期：

基金项目：辽宁省教育厅教学改革项目(辽教发[2016]23号)，渤海大学教改(2017A类)项目作者简介：李明标(1965－ )，男，副教授，主要从事实验技术教学及科研工作。

学生实验能力的提高也分层次进行。随着实验层次的不断提高，学生的实验能力不断提高，做实验的精神状态也发生了变化，由过去等教师讲，等教师教，出了问题等教师解决变为依靠自己钻研解决问题。随的教学改革的不断深入，实现从以教师为中心向以学生为中心教师辅助指导的教学模式转变，以灌输式教学向边学边做的研究性教学模式转变，提高学生综合素质和实验操作技能。

二、虚拟仿真近代物理实验教学模式实施取得的效果

通过两年的教学实践，虚拟仿真技术辅助实验教学的模式取得了良好的效果，激发了学生学习兴趣、提高了学习效率，增加了学生学习和实践操作能力。

（1）改革传统实验教学模式。将虚拟仿真技术运用于物理实验教学，改变以教师为中心的传授式教学模式，通过教师指导虚拟实验设计和学生自主学习活动，发挥教师的主导作用和学生的主体作用。虚拟仿真技术加强了学生在学习活动中的思考和创新，它不仅使学生能够有效地通过观察提出假想，而且提供的优良交互性实验教学系统，能够为学生提供必要的学习反馈，学生可以通过屏幕提示逐步思考、选择，由浅入深的探索物理现象的本质，提高学生的分析和理解能力。

（2）激发学生学习热情。应用虚拟仿真技术, 以图文声像并茂形象地传递实验内容，把涉及到的知识、现象、全部过程都反复再现在学生面前。对书本中较抽象难于解释的内容进行图形化、形象化处理，使学生耳闻目睹，仿佛身临其境，激发了学生们学习实验的兴趣。学生在预习完实验相关内容后，可通过仿真实验课件进行模拟操作[3],避免实验室中实际操作时的失误，提高实验操作效率。

（3）提学生高学习效率。虚拟仿真技术教学将文字、图像、图形、声音等信息进行处理、存储,突出了形象性和感染力, 弥补了传统实验教学方式的不足，使人通过多个感官来获取信息, 提高信息传播效率。应用虚拟仿真技术，丰富了教学内容，突破时空限制，恰如其分地演示一些复杂的、抽象的、远离人们日常生活经验的、不便直接观察的自然过程和现象[2],全方位、多角度地展示科学内涵，使学生既能看得见，又能听得到，还能用手操作，再通过讨论、交流，用自己分析得出结论，知识的获得远远好于传统教学的效果。

（4）建设了辅助教学平台。虚拟仿真技术教学为师生提供了一个崭新的学习平台，学生可以通过查阅电子教案、预习课件、对相关实验进行充分预习，然后回答预习检测题，当答对一定比例的检测题后，方可进入下一阶段，即虚拟仿真实验，在完成仿真实验的过程中，学生预习时发现问题可随时向教师提出、发表自己的看法，并同教师进行讨论，教师也便于