大连东软信息学院VR物理实验室课程建设

摘 要：随着科学技术的进步和发展，大学物理实验课程教育不但要有内容上的更新，更要有形式上的进步。所以在大学物理实验教学中，为了更好地满足教学要求，响应国家号召，引入虚拟现实（VR）技术建设大学物理实验课程是非常有必要的。

关键词：大学物理实验；虚拟现实；（VR）技术；课程建设

物理学是一门实验学科，通过物理实验可以帮助我们更清晰地认识客观的物质世界。大学物理实验的相关课程建设是理工类高校的基础课程建设的重要组成部分。学生通过大学物理实验课程的学习可以加深理论认识，调动其对自然科学学习的积极性，在学习过程中培养自主创新能力和批判性思维。然而条件所限，目前高校开设的大学物理实验课程基本以演示验证实验为主，有难度有意义的实验往往不能引进课堂。这就给了我们一种启发：能否将物理实验课程与虚拟现实（VR技术）结合起来呢？在这方面的工作也有了一定的基础。在此基础上本文也给出了一些对关于建设VR物理实验室的重要性初步想法和思路：

一、 建设物理VR实验室的必要性

通过学习教育部司局函件【2013】94号和教育部办公厅文件【2017】4号，说明国家拟于2020年建成20个物理学类示范性虚拟仿真实验教学项目，同时停止传统实验室对国家优秀实验室的申报工作，这都突出了国家对VR虚拟实验室的建设决心和支持力度。辽宁省高校于2017年1月29日在东北大学举办了“辽宁省高校大学物理实验交流讨论”会议，重点讨论了VR虚拟实验室的建设方向和阶段性成果，并由华中科技大学熊永红教授和东北大学王旗副教授做了关于“虚拟仿真实验中心建设新思路”和“未来物理实验模式的畅想”的报告。

实验教学项目作为高校开展实验教学的基本单元，其建设水平直接决定实验教学的整体质量。VR虚拟实验室的建设完善了基础教学部物理课程组的教学资源建设，对于类似我校的其他学校甚至其他双一流大学实验室建设起示范性作用。虚拟仿真实验教学项目应具有：

（一） 以学生为中心的实验教学理念

坚持一切从学生的需求出发，注重对学生社会责任感、创新精神、实践能力的综合培养，注重知识传授、素质提高、能力培养的协同实施，调动学生参与实验教学的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和潜能，增强学生创新创造能力。这也与我校的宗旨——OBE—TC教育理念不谋而合，也指明了我们的发展方向。

（二） 准确适宜的实验教学内容

坚持以问题为导向，重点解决在真实的实验项目中因为条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、大型综合训练等问题。坚持以需求为导向，紧密结合经济社会发展对高校人才培养的需求，紧密结合我校独有的专业特色与相应产业发展的最新成果，紧密结合我校创新型应用型大学的定位和人才培养特点，采用现代信息技术、内容紧凑、难度适宜、时长合理的VR实验教学项目。

（三） 创新多样的教学方式方法

应始终关注信息化时代背景下对学生的需求，重点实行基于实际问题和相关案例的互动式、研讨式教学，倡导自主式、合作式学习。通过文字、图片、视频等各种媒介促进教学准备、线上讨论、线下交流。加强网络化条件下的实验教学规律研究，探索提升实验教学效果的方式方法。

（四） 先进可靠的实验研发技术

VR实验教学项目的研发要以完成教学要求和内容为目标，综合应用三维建模、多媒体、大数据、人工智能、传感器、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、智能化、信息化等技术手段，提高实验教学的吸引力，提升大学物理实验课程教学的成果。加强相关技术的可靠性研究，注重对学生使用VR实验教学项目的安全保护，保障学生的人身安全和健康。

二、 建设物理VR实验室的可行性分析

（一） 符合以学生为中心的实验教学理念

经过大学物理实验及大学物理课程的授课和反馈结果，基础教学部物理课程组发现学生对于能够激发兴趣的课程设置接受度更高，学习更积极。结合我校OBE—TC改革思想，以学生为主体，以结果为导向的教学理念，通过建设VR实验室提高学生的动脑和动手能力，激发学习兴趣，提升综合素质。

（二） 团队设计适合学校的实验内容

团队拟将VR虚拟实验课程建设分为以下三个阶段：第一阶段为设计1-2个简单的演示实验，主要目的是激发学生的兴趣，同时吸引更多的学生认识物理，了解物理，改变学生们对物理学习的固有观念，提高实验室的使用率。第二阶段将现有的部分实验设计为VR实验，实现灵活教学的目的，使教学过程碎片化和游戏化，初步完成VR物理实验室的建设。第三阶段设计少量涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作和大型综合训练等实验。坚持以需求为导向，紧密结合经济社会发展对高校人才培养的需求，紧密结合专业特色和行业产业发展最新成果，紧密结合学校定位和人才培养特点，为各系部甚至各专业开设合适的VR实验课程。

（三） 突出创新多样的教学方式方法

物理团队与学校实验中心和数字艺术系合作建设VR虚拟实验室，实現跨学科合作，突出创新的教学方式方法，相互合作，相互学习。突出基础教学部的教学优势，探索提升实验教学效果的方式方法。

（四） 学校具备先进可靠的实验研发技术

经调查表明，数字媒体技术专业老师参与VR虚拟现实技术方向教学竞赛多年，取得了喜人的成绩，其指导的学生在毕业设计，毕业后去向以及国内多项比赛中都有良好的表现。目前本校每届有数字媒体技术专业学生100人左右参与相关课程和项目的开发制作，平均一学期即可完成一个完整的项目设计，足以支持VR物理实验室的建设工作。综上所述，基础教学部物理课程组认为以国家需求和示范性文件为导向，结合学校现有条件和学科特点，推动学校的OBE—TC改革为目的的虚拟现实（VR）物理实验室建设室非常必要而且能够实现的。这也为我校大学物理课程的建设涂上了浓墨重彩的一笔！

参考文献：

[1]刘玉丽.大学物理教学中创新思维的培养[J].新校园（上旬），2018（02）：118-119.

[2]唐林，李施，唐烨伟，钟绍春，徐妲.基于学科本体的化学虚拟实验室模型构建研究[J/OL].电化教育研究，2018（06）：1-6.

作者简介：

申健，辽宁省大连市，大连东软信息学院。