基于虚拟仿真的大学物理实验教学研究

孙纪勃，张学伟，蒋巍巍

[摘 要] 培养应用型人才是新建本科院校人才培养的主要目的，通过分析哈尔滨石油学院大学物理实验的教学现状，指出了传统大学物理实验教学中的不足之处，提出了虚拟仿真实验与传统大学物理实验相结合的教学方式，为提高学生学习兴趣、培养学生动手能力和科学素养提供了新的举措。

[关 键 词] 大学物理实验；虚拟仿真；教学方式

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）08-0152-01

一、引言

大学物理实验是学生进入大学最先接触的实验学科，该学科覆盖面广，涉及力、热、光、电和原子物理等方面。这门课程主要培养学生的动手能力和科学素养，是学生今后做其他实验实训的基础，因此这门课程显得尤为重要。但是在以往传统实验教学过程中，特别是根据我校实验室的具体情况，实验效果不是特别理想。不过随着科学技术的迅猛发展，低投入、周期短、效果佳、开放式的虚拟仿真技术正逐步为各大高校所使用。虚拟仿真技术和传统的大学物理实验相结合，必将改变现有的教学面貌，改善教学效果和提升教学质量。

二、大学物理实验教学现状

（一）学生底子薄，动手能力差

新建本科院校所招收的学生文化课基础薄弱，在高中阶段基本没独立做过什么实验，并且大学物理实验理论性较强，因此学生动手能力较差，学习兴趣不高。

（二）用房面积小，经费投入少

我校大学物理实验室共有十个房间，占地面积约800平方米，而我校每学年要开设二十个实验项目，这就要求实验教师不停地更换摆放实验仪器，况且在挪动仪器的过程中，难免会对仪器造成损坏。此外，学校对新仪器的采购经费和仪器维修经费的投入少之又少，重视程度不够。

（三）专职实验教师人才稀缺

实验教学的主要力量就是专职实验教师，我校现有大学物理专职实验教师三人，人数较少，无法承担全部的实验教学任务，迫使聘请其他专业的教师兼职实验教学。这就导致了实验仪器设备维护、实验室卫生工作过程中的欠缺，实验教学效果欠佳。

（四）实验仪器陈旧，实验内容笼统

大学物理实验仪器大多数是2012年以前采购的，仪器经过多年的使用过于老旧，而且极易受损。实验项目也大都趋向于验证性的实验，缺少设计性和综合性的实验项目，与先进的科学技术和实际应用脱轨。对培养学生的科学素养和动手能力作用甚微，导致学生学习的积极性和主动性下降[1]。

三、虚拟仿真实验教学分析

虚拟仿真实验教学突破传统的大学物理实验教学模式，以先进的科学技术为基础，利用网络信息技术、图像处理技术、计算技术和多媒体技术进行虚拟实验和远程实验，对传统实验现状所暴露的弊端进行弥补。虚拟仿真和传统大学物理实验有机地结合，能够激发学生学习的兴趣，提高实验教学效果。

（一）虚拟仿真实验教学简介

虚拟仿真实验教学是新型的实验教学模式，是高校学生自主学习的一个平台。传统实验教学的实验项目均可以与虚拟仿真相结合，构建开放式的实验课程体系。学生可以不用进入实验室，通过校园局域网查询到所做实验的实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容及步骤、数据处理等相关信息，进行较好的实验预习工作，然后通过虚拟仿真系统提供的虚拟仪器进行仿真实验，最后系统会对你本次虚拟仿真实验给出一个公正的成绩评价。虚拟仿真实验系统所提供的课前预习、仿真实验和成绩评定加深了学生对知识的印象，提高了学生的实验兴趣，同时对实验仪器设备的维护工作提供了帮助。

（二）虚拟仿真实验的优势

1.虚拟仿真实验克服了实验仪器不足和损耗的难题，节约了大量的仪器采购经费和维修经费，并且虚拟仿真实验可以重复进行，而且能够根据时代的发展逐步进行更新，选取与生产实际相关的先进的综合性和设计性实验[2]。

2.虚拟仿真实验具有高度的开放性，学生可以不受时间和空间的限制随时进行访问学习，学生可以去完成系统当中现有的验证性实验，也可以自行去设计实验。通过系统模拟出真实的实验环境，有助于学生创造力和想象力的开发[3]。

3.虚拟仿真系统对日常教学实行网络化管理，教师可以通过系统查询学生的选课情况、预习情况、实验操作情况，也可以查询各个教师的工作量和学生完成的所有实验项目成绩。虚拟仿真大大提高了工作效率，有效緩解了教师的压力，有利于实验教学的良好有序进行。

四、结语

随着科学技术的快速发展，虚拟仿真实验逐步被人们所重视，越来越多地被应用到实验教学中。高校应根据学校自身和学生特点，分专业、分层次地将虚拟仿真和传统大学物理实验有机结合，进一步培养学生的动手能力、创新精神和科学素养，从而提高实验教学质量。

参考文献：

[1]韦维，张霆，罗乐，等.工科大学物理实验教学现状与改革探索[J].物理通报，2017，36（12）：6-9.

[2]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的作用[J].合肥学院学报，2008，18（3）：79-82.

[3]李宁，杨坤，史芹.大学物理虚拟仿真实验开放式教学初步探索与实践[J].教育现代化，2016（40）：118-119.