构建我校基于ｗｅｂ的大学物理虚拟实验教学平台的研究

[摘要]随着计算机技术和多媒体技术的发展，虚拟实验的应用变得越来越普及，充分利用我校现有优势资源建立大学物理网络虚拟实验平台，一定会提高我校大学物理实验教学水平。介绍在实验教学中应用网络虚拟实验的必要性，初步设计基于网络虚拟的大学物理实验系统教学模式，探讨系统在实验教学中的作用。

[关键词]物理实验教学 虚拟实验 系统模块

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671-7597（2009）0110105-01

一、我校建立基于Web的物理虚拟实验平台的必要性

（一）实验室基本情况

2006年3月学校在原理科实验中心普通物理实验室的基础上成立了榆中校区面向全校的大学物理实验室，加大资金投入，建成力、热、电磁学、光学、近代物理、演示实验分室，共34个实验分室，使用面积共计2939平方，一次可容纳学生712人。主要面向土木工程、电气工程、计算机工程、现代教育技术、化工、历史、生命科学与工程学院，18个相关专业的基础物理实验。一个班20名同学可同时实验。

（二）学生基本情况

理工科学生从第二学期开设大学物理实验，经调查65.8%学生的实验技能在中学阶段就得到了锻炼；由于各种原因28.7%的学生没作过物理实验；受某些条件的影响21.6%的学生理论课内容还没学完就开始做实验；62.3%学生的学习积极性很高，有明确的学习目的，认识到物理实验课能巩固理论，拓宽视野，培养科研能力，应积极开设；32.5%学生认为普通物理与自己的专业毫无瓜葛，今后的工作中毫无用处，做普通物理实验没有兴趣。

（三）实验内容及实验仪器

从调查结果显示，45.2%的同学喜欢验证性实验；35.9%的学生更喜欢综合性实验，认为综合性实验更能使所学知识融会贯通；36.7%的学生认为设计性实验对自己是个挑战，更能锻炼自己的能力；部分学生认为实验仪器一般和不满意，主要反映在综合性、开发设计性实验仪器数量偏少。

教学方法及实验考核方面，学生更喜欢自主操作为主，老师辅导为辅的教学方法。大多数的学生希望实验课预习在实验室，而且希望实验室开放，实验课应该通过全面考核确定等次，真正反映个人的实验水平，而不是单靠实验报告、出勤等方面定实验成绩。

我校理科实验中心，承担全校理工科学生的大学物理实验课教学任务，上课学生人数多，由于仪器和教室的限制，使得无开放时间、实验项目少、上课课时短等问题比较突出。现有的物理实验教学模式分为课前预习、课上讲解与指导、课后报告整理等三个环节。这三个环节中，课前预习是非常重要的环节，预习效果直接影响着学生课堂教学，由于现有资源的限制，实验室没有时间开放，无法满足学生课前到实验室预习的要求，学生仅完成一张全文字性的预习报告，这样就无法掌握学生的实际预习质量；在课上讲解与指导环节，由于仪器的封闭性、独立性和不可见性，使有些实验内容难以讲透。依据我校现有资源，建立物理虚拟实验教学平台可以有效解决实际问题。

二、物理虚拟实验教学平台模式

物理虚拟实验中有：实验预习、虚拟实验、实验报告、实验交流等相应的功能。

（一）实验预习

这是实验教学中的第一个环节，系统内拥有丰富的相关实验资料，包括文字资料、动画、视频以及各种图片。学生可以通过网络以视频点播的方式观看教学水平较高的教师针对具体实验进行的讲解。

（二）实验预约

虚拟实验系统具有预约功能，学生可以在网上自由预约准备要做的实际实验，在一定时间内还可以取消预约，当预约被虚拟实验系统确定后学生就按自己预约的时间去实验室进行实际实验。

（三）虚拟实验

网上仿真实验界面真实、数据可测、与实验内容一致、要求一致，学生必须按照实际实验的步骤和要求进行虚拟操作，并按要求进行数据处理。

（四）实验检查

主要目的是对学生的实验效果进行检验，学生操作完成一个具体实验后，输入必要的数据，将学生的实验数据进行自动分析，并根据具体情况提出建议和指导。

（五）实验报告

实验报告是学生完成实验测量后的分析和总结，是学生实验素质培养的一个重要的方面。通过网络发送给教师，类似于传统教学环节。教师批改后可将批改结果通过网络发送给学生，也可根据情况，在网上进行实验讲评。

三、物理虚拟实验教学平台的作用

（一）拓宽学生视野、提高实验效果

仪器设备相对缺乏和不能及时更新等现象在一定程度上影响了人才质量的培养。而虚拟实验由于资金投入较少，可以通过修改软件就能扩展和更新实验内容，大大降低教育成本。这在目前实验经费紧张的情况下，有较大的优势。其次，大多数的物理实验现象都具有时间性，有的经过漫长的时间，而有的实验过程很短，用肉眼很难观察，指导老师抽象的语言解释，使学生理解很困难，在讲解这些实验时利用虚拟现实技术，在课堂上非常逼真地观察到这些实验现象，观察一些关键性的问题，可使复杂抽象的教学内容和概念简单化、直观化、形象化。大大提高学生的理解能力和掌握能力。再次，现实实验教学时，由于仪器的封闭性、独立性和不可见性，使仪器结构及实验内容难以讲透，虚拟实验通过动画把实验仪器全方位展示给学生，对仪器内部部件进行解剖式的展示，并能在实验过程中观察仪器的各种指标和内部结构动作，增强了学生对仪器的熟悉和对其功能的把握，为更好地进行实物分组实验打下基础。虚拟实验教学平台还可以让教师可以在不同地点上网组织各种实时或非实时的分布式教学，很好的实现跨区域教学，充分利用了学校的网络教学资源，对教师提供了一个全新的教学方法。

（二）增加设计性实验、提高自主创新能力

公共基础课实验教学不仅要求学生掌握基本知识、基本技能和基本方法，还要充分发挥学生的学习自主性，培养学生的创新精神和创新能力。而设计性实验的开设对学生创新能力的培养有着至关重要的影响。传统实验教学中，学生不熟悉实验原理及仪器结构，很容易造成实验仪器的损坏，设备也容易磨损老化。虚拟技术提供近似真实的实验操作环境，学生不但可以快速完成教学计划规定的实验内容，而且可以进行自主创新实验。指导教师只

规定基础模块和功能结果，至于学生用什么解决方案，设计思维完全由学生自己设计。在现实设计过程中难免会导致元器件或测试仪器的损坏，有些精密仪器还比较昂贵，因此学生有所顾虑，不敢放手去做，创造性思维受到限制。利用虚拟实验平台，学生可以免去这些后顾之忧，大胆创新。这不仅能提高学生的专业知识水平，激发学习兴趣，更能培养学生的自主创新能力。

（三）激发学生的学习兴趣

虚拟实验提供计算机强大的交互功能和虚拟软件友好的人机界面，结合了视、听功能，形象直观，图文并茂，丰富多彩，信息量大，一定程度上具有娱乐性，学生通过自主操纵进行实验不会损坏任何仪器设备，从而能有效激发学生对公共基础课实验的兴趣，充分调动学生“动手”参与的积极性，从而真正体现学生的认知主体作用和实验过程中的主体地位。

总之，我校网络实验教学平台的建立，将会打破传统的封闭式教学模式，学生可以自由安排时间在网上完成具体实验，方便学生对物理实验的学习，激发学生的学习主动性和积极性，进一步提高教学质量和教学效益。同时平台的开发周期和开发费用远低于课堂教学设备的购置及维护费用，而且平台规模可以灵活掌握，不仅可以降低实验成本，而且有效的缓解我校经费投入不足的问题。

参考文献：

[1]王慧芳，多媒体教学软件的设计与制作[J].电子工业出版社，1997(3).

[2]刘邦奇，多媒体网络教学的特点及发展趋势[J].中国电化教育，1999(2).

[3]何光宏、陶纯匡，虚拟现实、虚拟仪器及其对大学物理实验建设的影响[J].大学物理实验，2003.

作者简介：

才让卓玛，女，青海尖扎人，讲师，主要从事数据库方向的教学研究。