仿真实验在物理教学中的应用

石怀玉

实验教学是物理教学活动过程中重要的组成部分，它是把理论知识和实践活动相结合的教学过程。通过实验可以启迪和丰富学生的思维，加深学生对理论知识的理解能力。通过动手实验，可以培养学生用实验的方法和技术研究物理现象和规律的能力。

如何能建立一个感性认识和理性认识相统一的实验环境，给学生以逼真的体验； 本研究正是从当前物理实验教学的基本情况以及教学难点出发，探讨将仿真实验引入到实验教学的过程中，这将会较好的解决物理实验教学中的问题。

目前物理实验课主要还是采用传统实验的教学模式，学生按照教师的“规划”来完成实验，实验以小组进行，在有限的一节课内不可能每一个学生都能从头到尾完成实验；传统实验教学面临巨大的挑战，随着计算机技术、网络技术的发展，仿真实验软件应运而生，它的出现主要是针对传统实验教学中存在的种种弊端设计和开发的，目的在于尽可能地降低客观条件对学习者的限制，合理有效地解决传统实验教学中存在的问题和困难，为进一步加强实验教学环节提供较为强有力的手段。

物理仿真实验软件的选择，必须集预习、操作演示、实验处理等为一体。应该达到以下几个要求：能够为学习者提供逼真的虚拟实验环境。能够使学习者任意操作虚拟实验环境中的仪器设备。

在传统情况下，学生预习是通过阅读教材，验的原理、步骤与现象进行初步的了解。但讲义的叙述与图示再详细，也不可能细致地描绘出实验仪器的基本结构与现象结论，但如果将相应的内容做成多媒体课件发布到校园网上，学生则可以利用计算机上网浏览课件，了解实验的基本原理、仪器的详细结构、最后的现象结论等。

在实验的课堂教学过程中，通过计算机播放多媒体课件，模拟实验仪器的使用、实验现象的发生，可以充分创造出一个形象逼真的教学环境，使学生似乎身临相应的宏观或微观世界中，既能辅助教师形象、准确地完成实验教学，又能大大激发起对物理实验的学习兴趣。

用计算机进行实验模拟，即仿真实验，是利用计算机将每一种实验仪器或设备模拟出来，通过鼠标或键盘操作这些虚拟的仪器或设备来进行相应的实验。由于仿真实验受经费、场所、时间以及设备等方面的限制较小，基本上所有高校都可以开设。计算机仿真实验的出现，使实验不再受到客观环境的影响，从而实验过程重复性强，实验结果更理想化，有利于学生准确地把握实验的物理内涵；使学生能够根据自己的爱好与特长，极大地调动其学习的积极性。

建设辅助仿真教学无论对学习者，还是对教师、对教学内容等等多个方面都有非常重要的作用。对学习者而言他们是学习的主体，仿真教学的主要目的是向学习者提供学习的途径、资源和方法，培养学生的认知和认知策略，最终获得发展。具体来说，包括以下几项：

首先，交互程度。采用远程仿真实验教学，交互对于学习动机的激发与保持、远程学习的成功是极为重要的。

其次，答疑。在远程仿真实验教学过程中，学习者需要向教师或相关专家请教问题是不可避免的事情。通过答疑，学习者可以更加深入地理解学习的主题。远程仿真實验教学方式为高质量的答疑提供了各种便利条件和可能。

再次，资源利用。学习者利用丰富的课程资源及仿真课件进行学习是网络教学的一大优势。学习者对资源的利用不仅指利用教师或互联网提供的资源，更为有价值的是学生在学习过程中所上传的数据。

对教师来讲远程仿真实验教学的过程是一个不断改进和提高的过程。在远程仿真实验教学环境中，学生与教师的地位发生了改变，教师成为学生学习的辅助者而不再是传递者，信息的传递主要由远程仿真实验教学来完成，远程仿真实验教学与教师所提供的教学资源作为主要的学习内容和教学信息。由于远程仿真技术教学是师生异地，学习者可以与教师在不同的地点学习，远程仿真实验教学提供异步和同步的学习方式。仿真实验的引入给物理实验教学带来了新的教学手段，但也带来一些值得思考的问题。

第一，仿真物理实验保证了实验项目和数量，打破了时间和空间的局限。有些实验耗资大，仪器操作要求较高。仿真物理实验软件的面世，弥补了因实验设备及经费不足等造成的缺憾，保证了物理实验的项目和数量。学生可在课外继续实验，在任何地点自学，利于学生根据兴趣选择。它还充分利用信息技术手段，提高了学校硬件设施的利用率。

第二，仿真物理实验拓展了观察的广度和深度。仿真物理实验能帮助完成一些仪器在真实实验条件下难以实现的实验，清晰明了地展现实验过程。把一些不易观察的微量放大，更便于学生观察实验细节，减少遗漏，避免了因观察范围限制或次要因素的干扰而走入思维误区。就像任何事物有其积极一面，也必有其不足之处一样，目前仿真实验也有一些局限性。可能淡化对基本技能训练的重视程度，弱对仪器的真实感受和基本技能的训练力度。

总之，实践表明仿真实验教学大大激发了学生的实验兴趣，使学生在点滴的进步中感觉到付出的收获，从而产生成就感和自我学习的意识；同时大大缓解了实验学时的不足，对学生的学习有着很重要的作用。