民族高校物理实验教学中虚拟仿真实验研究与实践

郑建洲，张　萍，何洋洋，吴云峰，魏心波，潘　静

(大连民族大学，辽宁 大连　116600)



民族高校物理实验教学中虚拟仿真实验研究与实践

郑建洲，张萍，何洋洋，吴云峰，魏心波，潘静

(大连民族大学，辽宁 大连116600)

大连民族大学隶属于国家民族事务委员会，是以工科和应用学科为主要特色的综合性民族高等学校。因此，不论是教学模式，还是教学方法，都要从实际出发充分考虑民族高等教育的特点。文章以大学物理实验教学中心为依托，针对我校大学物理实验教学模式中存在的问题，引入虚拟仿真实验教学平台，分析了虚拟仿真实验的特点和优势，探讨了虚拟仿真实验在大学物理实验教学中发挥的作用。实物实验与虚拟实验相结合的教学模式是未来民族高校大学物理实验教学的新方向。

大学物理实验；教学模式；虚拟仿真实验

1　大学物理实验教学的重要性

物理学是研究物体运动的一般规律以及物质基本结构的科学，是一门典型的实验科学。《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，在人才培养的过程中发挥着不可替代的重要作用。首先，学生可以验证《大学物理》理论课程中学过的物理学原理，重现经典的物理学现象，体验物理学家彼时的成就感；更重要的是，通过系统的实验技能训练，有利于培养学生分析问题、解决问题的能力，既动手又动脑；另外，使学生养成严谨的科学态度和踏实的工作作风，为后续实践课程的顺利开展打好基础。

2　虚拟仿真实验在物理实验教学中的作用实践

我校作为面向全国招生的民族高等院校，有相当比例的学生来自偏远落后的少数民族地区。各地教育水平不同，导致学生的基础差异大，很多学生在初高中阶段接触物理实验的机会很少，甚至只观看过教师做的演示实验，没有亲自动手操作的经历。为了提高物理实验课程的教学质量，我校大学物理实验中心曾多次对实验内容和考核制度作出调整，然而并未达到理想的效果，我们认为传统的教学模式是限制教学质量提高的瓶颈所在。

虚拟仿真实验是计算机仿真技术应用于实验教学形成的一种现代实验模式。2014年3月，教育部首次批准了100个国家级虚拟仿真实验教学中心，其中就包括针对于大学物理的虚拟仿真实验教学中心。物理虚拟仿真实验基于物理学、教育技术学、软件开发等相关学科的理论，利用计算机创造一个可视化的操作环境，学生可以模拟真实实验来操作，进行相关知识和技能的学习。由于各校的现代化教学水平有差异，人才培养目标又不同，因此，有必要根据各自的实际情况和人才培养目标来开发符合本校特色的虚拟仿真实验平台。

我校大学物理实验教学中心，依托辽宁省普通高等学校实验教学示范中心建设项目，组织建设了大学物理虚拟仿真实验教学中心，成功地引入大学物理虚拟仿真实验教学系统，经过两年的探索，取得了显著的效果，下面从五个方面总结虚拟仿真实验在民族高校的物理实验教学中的实践探索：

(1) 教学状态由封闭式转向开放式

已有的大学物理实验教学过程包括课前预习、课堂操作和课后总结三个部分。课前预习针对教材书面内容进行，欠直观形象；课堂上，学生在有限的时间内既要掌握实验原理，熟悉各种实验仪器，又要进行实验操作；课后，学生再进入实验室重复操作或者开发新现象的机会有限。总之，受客观条件所限，教师要在特定时间特定地点组织学生完成特定的教学任务。

引入虚拟仿真实验平台，学生可以通过网络，在课前做好充分的预习，例如观看实验过程的演示视频，自己动手尝试操作。这样极大地方便了基础薄弱的同学，使他们“提前起跑”进课堂；对于所有同学来说，经过了这样的预习，使课堂时间变得充裕，能够多动手多操作，享受实验带来的乐趣；实验结束后，如果学生仍有兴趣或者疑问，都可以随时进入虚拟实验室学习。也就是说，大学物理的教学状态变成了开放式的，虚拟仿真实验室的大门永远向学生敞开。

(2) 课堂教学从教师主体转向学生主体

在目前的大学物理实验课堂上，教学过程以教师为主体，学生处于被动接受状态，即按照教师的讲解，遵循教材内容来完成实验。这种模式对于学生掌握实验理论和实验方法是有利的，但是对于培养学生的独立思考能力和创新实践能力方面，尚有缺陷。

对于虚拟仿真实验系统，学生成为了主体，学生按照系统的提示进行实验操作，给了学生更多独立思考的时间和空间，有利于培养学生的创新思维和创造能力。

(3) 实验环境从实物拓展到虚拟

在物理实验课中，经常会出现由于学生错误操作导致的仪器设备损坏，这会在一定程度上影响学生继续实验的积极性，也需要教师和实验技术人员课上课下花费大量的时间精力来维护实验仪器设备。

虚拟仿真实验的实验仪器和操作环境都是有计算机软件运行产生的，不怕错误操作引起设备的损害。因此，学生的压力小，更敢于动手操作，获得实验结果，还可以方便地分析实验结果，帮助学生快速准确地揭示自然界的本质和规律；对于教师而言，既不担心仪器损坏，又不担心操作者的安全，更能把全部精力投入到教学工作中。尤其是对于危险复杂的实验，以及设备价格昂贵的实验，虚拟仿真实验模式具有不可替代的独特优势。

(4) 自主开发实验题目

基于大学物理虚拟仿真实验平台，在大学物理实验教学中不断探索实践，接下来要把虚拟仿真实验推进到近代物理实验、课程设计和毕业设计等课程领域，充分发现虚拟仿真平台的优势。充分利用学生对软件开发的兴趣，激发学生的学习热情，把学生吸引到大学物理虚拟仿真实验系统的测试开发中来，由学生自主设计开发实验题目，组织虚拟物理实验竞赛等，对学有余力的同学起到“拔尖”的作用。

(5) 校企合作

物理虚拟仿真实验教学系统的软件通常是由专业的软件公司负责开发的，但是其中的物理原理和物理思想是由高校教研团队提供的，这是校企合作的成功典范，双方必将互相促进，提高受益。

(6) 虚拟仿真实验与实物实验的关系

虚拟仿真实验既有利于教师教，又有利于学生学，犹如一支强心剂，给大学物理实验的教学注入新的活力。但是，虚拟实验不可避免地有其局限性，与实物实验有一定的差距。因此，虚拟仿真实验应作为实物实验的补充，是对实验教学模式的完善，绝对不能因为虚拟而抛弃实物。

3　结　　论

利用虚拟仿真实验系统辅助大学物理实验的教学工作，可以完成传统教学中无法实现的实验条件和实验内容，突破传统的实验教学模式，提高实验教学质量，采用实物实验与虚拟实验相结合的教学方式，更好地为民族高等教育服务。

[1]张林.虚拟仿真技术对大学物理实验教学影响的探究[J].大学物理实验,2015,28(1):116-118.

[2]段雪松,张旭,张志东.面向学生自主学习的大学物理实验教学体系建设与实践[J].实验技术与管理,2015,32(9):187-190.

[3]张明,李良荣.在大学物理教学中引入仿真测试技术提高教学成果[J].大学物理,2011,30(6):32-37.

[4]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用[J].合肥工业大学学报:社会科学版,2008,22(5):106-109.

[5]谭守标,霍剑青,王晓蒲.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报,2005,35(3):429-433.

[6]吕正.虚拟仿真实验在实验中的应用[J].大学物理实验,2010.23(4):59-62.

Research and Application of Virtual Simulation Experiment in CollegePhysicsExperimentTeachinginDalianNationalitiesUniversity

ZHENG Jian-zhou,ZHANG Ping,HE Yang-yang,WU Yun-feng,WEI Xin-bo,PAN Jing

(Dalian Nationalities University,Liaoning Dalian 116600)

DalianNationalitiesUniversitywhichisunderthedirectadministrationoftheStateEthnicAffairsCommissionisacomprehensiveinstitutionofhigherlearningforethnicminoritiesstronginthedisciplinesofengineeringandappliedsubjects.Itisnecessarytoconsiderthecharacterizationsofethnichighereducation,eitherteachingmodel,orteachingmethod.Virtualsimulationexperimentisappliedinourcollegephysicsteachingsysteminordertomodifythedeficiencyoftraditionalphysicsexperimentteachingmodel.Theinfluenceandadvantagesofvirtualsimulationexperimentarediscussed.Strongincorporationbetweenphysicalexperimentandvirtualsimulationexperimentshouldbecarriedoutinfuturework.

collegephysicsexperiment；teachingmodel；virtualsimulationexperiment

2016-05-09

辽宁省教育厅辽宁省教育科学“十二五”规划课题(JG1 5DB083)；辽宁省普通高等学校实验教学示范中心建设项目([2014]108号)

1007-2934(2016)04-0123-03

O4-39

ADOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.037