虚拟仿真实验在开放式实验教学中的应用

周群　郭露芳　林立华

摘要：针对大学物理实验教学中存在的问题，提出了基于开放式实验教学的思想和理念，把大学物理仿真实验与开放式实验教学结合起来，对如何培养工科类院校本科生的探索创新能力进行了探索和研究，从而总结出一种全新的信息化实验教学模式，为开拓视野、扩展知识和培养应用型人才做出了一些尝试。

关键词：仿真实验；开放式实验教学；创新能力培养

中图分类号：G642.0 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003 6970.2016.05.009

本文著录格式：周群，郭露芳，林立华.虚拟仿真实验在开放式实验教学中的应用[J].软件，2016，37（5）：31-33

0.引言

加强实验室建设和管理，是目前高校实验教学改革的重要内容。如何有效提高实验室对学生的开放以及为学生提供实践学习条件是教育教学改革的重要内容。在开放式实验教学中结合仿真实验，提高了学生的自主学习能力和课堂效率，既可以推动物理实验教学的改进和优化，可以有效提升学生创新能力。目前，仿真实验系统已逐渐地应用于大学物理实验课程中，将来势必会在所有高校普及。大学物理仿真实验营造了学生自主学习的环境，在大面积开设开放性、设计性、研究性实验教学中发挥着重要作用。

1.开放式实验教学模式的必要性

由于传统实验教学模式仍然是目前高校实验教学的主要形式，即学生到固定时间和地点完成预设的实验项目，这种封闭式教学方式以验证或重现课本知识为主，极不利于培养学生的动手能力和创造精神，不利于学生实践创新能力的培养。因此，开放实验教学首先应让全体师生从思想上加强重要性的认识，教师应更新传统实验教学内容，加强开放实验教学理念，积极创设条件加强实验教学的有效开放。学生应充分认识到开放实验教学在个人思维能力、分析和解决问题能力，尤其是创新实践能力培养方面的重要性，充分发挥个人主观能力性，积极思考，大胆实验，使自身综合素质不断提高。

笔者所在的大学物理物理实验中心近三年来一直开设创新开放课程，每学期有一百多名学生选修该课程。学生以自学和小组讨论学习为主，教师负责答疑和指导。学生需完成8个开放性实验项目，期末考试成绩为平时讨论发言得分、实验报告得分以及期末的PPT汇报得分三者综合。

2.仿真实验在开放式教学上的优势

大学物理仿真实验是用软件对仪器形状进行建模，制作动画，并通过编程使得仪器能与操作者进行交互。它能够实现的功能有：拖动鼠标连接仪器、设定参数、调节仪器、观察实验现象以及记录实验结果，如图l所示。

目前，建立开放实验室需要解决的问题很多，如：开放实验室的实验选题多，教师要超时上课；学生自由操作仪器，损坏率会提高；为不断提高学生兴趣，根据实际情况须不断地更新实验项目和仪器，开放实验教学的实行给实验教学管理带来了新的问题；开放实验项目耗时长，经常使开放时间延长到课余和节假日。这一系列的问题都给开放性实验造成了障碍。而仿真实验系统具有设计性、研究性，为学生提供了自由的教学环境，克服了面向大面积学生开设开放实验受到实验课时等困难。

3.仿真实验与实物实验相结合

大学物理实验是一门实践性课程，其教学的核心任务是通过对仪器设备的具体操作，达到锻炼学生动手能力，培养学生实验素养的目的。因此以物理实物实验为核心是不能变的，仿真实验教学应定位于实验教学方法的一种补充。将物理实物实验与仿真实验相结合，才能收到最佳的教学效果。物理仿真实验作为一种先进的实验教学手段，如何能更好服务于实验教学，提高实验教学质量。

物理仿真实验可以模拟很多物理现象及因果关系，通过它可以把理论教学和实验教学有机地融为一体，克服过去两种教学方式截然分离的状况。

笔者所在大学物理实验中心带学生开放性实验之前，要求学生先利用仿真实验系统（如图2所示）进行预习，对实验的原理、仪器的功能和调节方法掌握后再进行实物实验，这样大大缩短了做实验的时间。学生通过仿真实验后，对实验原理、仪器结构、调试技术等有了一个整体认识，做实物实验会感到胸有成竹，进行起来很轻松。这样大大提高了实验教学的质量和效率，也激发了学生对实验教学的学习热情，物理实验出现了崭新面貌，改变了学生认为物理实验古老陈旧的错误认识，大大提高了学生对实验教学的兴趣和实验教学的地位。因此物理仿真实验作为一种既先进又重要的预习、讲解及演示手段，充分发挥其作用，它才能更好地服务于实验教学，提高实验教学质量。

4.结束语

利用仿真实验进行开放性实验的辅助教学，打破了传统的教学模式，作为一种学习知识的方法，具有极大的吸引力，为课堂注入了新的生机，能更好的帮助学生理解并掌握物理实验课程内容，提高课堂教学质量和效果。建立和健全多种开放实验教学模式，构建多层次、全方位、立体化的实验室开放管理体系，将有助于培养富有创新精神、动手能力强、能较好适应社会需要的新型应用型高层次人才。