鄭建洲，張　萍，何洋洋，吳云峰，魏心波，潘　靜

(大連民族大學(xué)，遼寧 大連　116600)

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民族高校物理實驗教學(xué)中虛擬仿真實驗研究與實踐

鄭建洲，張萍，何洋洋，吳云峰，魏心波，潘靜

(大連民族大學(xué)，遼寧 大連116600)

大連民族大學(xué)隸屬于國家民族事務(wù)委員會，是以工科和應(yīng)用學(xué)科為主要特色的綜合性民族高等學(xué)校。因此，不論是教學(xué)模式，還是教學(xué)方法，都要從實際出發(fā)充分考慮民族高等教育的特點。文章以大學(xué)物理實驗教學(xué)中心為依托，針對我校大學(xué)物理實驗教學(xué)模式中存在的問題，引入虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，分析了虛擬仿真實驗的特點和優(yōu)勢，探討了虛擬仿真實驗在大學(xué)物理實驗教學(xué)中發(fā)揮的作用。實物實驗與虛擬實驗相結(jié)合的教學(xué)模式是未來民族高校大學(xué)物理實驗教學(xué)的新方向。

大學(xué)物理實驗；教學(xué)模式；虛擬仿真實驗

1　大學(xué)物理實驗教學(xué)的重要性

物理學(xué)是研究物體運動的一般規(guī)律以及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，是一門典型的實驗科學(xué)?！洞髮W(xué)物理實驗》是教育部規(guī)定的普通高等院校理工科學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程，在人才培養(yǎng)的過程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。首先，學(xué)生可以驗證《大學(xué)物理》理論課程中學(xué)過的物理學(xué)原理，重現(xiàn)經(jīng)典的物理學(xué)現(xiàn)象，體驗物理學(xué)家彼時的成就感；更重要的是，通過系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，既動手又動腦；另外，使學(xué)生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和踏實的工作作風(fēng)，為后續(xù)實踐課程的順利開展打好基礎(chǔ)。

2　虛擬仿真實驗在物理實驗教學(xué)中的作用實踐

我校作為面向全國招生的民族高等院校，有相當(dāng)比例的學(xué)生來自偏遠落后的少數(shù)民族地區(qū)。各地教育水平不同，導(dǎo)致學(xué)生的基礎(chǔ)差異大，很多學(xué)生在初高中階段接觸物理實驗的機會很少，甚至只觀看過教師做的演示實驗，沒有親自動手操作的經(jīng)歷。為了提高物理實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，我校大學(xué)物理實驗中心曾多次對實驗內(nèi)容和考核制度作出調(diào)整，然而并未達到理想的效果，我們認為傳統(tǒng)的教學(xué)模式是限制教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸所在。

虛擬仿真實驗是計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)形成的一種現(xiàn)代實驗?zāi)Ｊ健?014年3月，教育部首次批準了100個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，其中就包括針對于大學(xué)物理的虛擬仿真實驗教學(xué)中心。物理虛擬仿真實驗基于物理學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、軟件開發(fā)等相關(guān)學(xué)科的理論，利用計算機創(chuàng)造一個可視化的操作環(huán)境，學(xué)生可以模擬真實實驗來操作，進行相關(guān)知識和技能的學(xué)習(xí)。由于各校的現(xiàn)代化教學(xué)水平有差異，人才培養(yǎng)目標(biāo)又不同，因此，有必要根據(jù)各自的實際情況和人才培養(yǎng)目標(biāo)來開發(fā)符合本校特色的虛擬仿真實驗平臺。

我校大學(xué)物理實驗教學(xué)中心，依托遼寧省普通高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)項目，組織建設(shè)了大學(xué)物理虛擬仿真實驗教學(xué)中心，成功地引入大學(xué)物理虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過兩年的探索，取得了顯著的效果，下面從五個方面總結(jié)虛擬仿真實驗在民族高校的物理實驗教學(xué)中的實踐探索：

(1) 教學(xué)狀態(tài)由封閉式轉(zhuǎn)向開放式

已有的大學(xué)物理實驗教學(xué)過程包括課前預(yù)習(xí)、課堂操作和課后總結(jié)三個部分。課前預(yù)習(xí)針對教材書面內(nèi)容進行，欠直觀形象；課堂上，學(xué)生在有限的時間內(nèi)既要掌握實驗原理，熟悉各種實驗儀器，又要進行實驗操作；課后，學(xué)生再進入實驗室重復(fù)操作或者開發(fā)新現(xiàn)象的機會有限。總之，受客觀條件所限，教師要在特定時間特定地點組織學(xué)生完成特定的教學(xué)任務(wù)。

引入虛擬仿真實驗平臺，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)，在課前做好充分的預(yù)習(xí)，例如觀看實驗過程的演示視頻，自己動手嘗試操作。這樣極大地方便了基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)，使他們“提前起跑”進課堂；對于所有同學(xué)來說，經(jīng)過了這樣的預(yù)習(xí)，使課堂時間變得充裕，能夠多動手多操作，享受實驗帶來的樂趣；實驗結(jié)束后，如果學(xué)生仍有興趣或者疑問，都可以隨時進入虛擬實驗室學(xué)習(xí)。也就是說，大學(xué)物理的教學(xué)狀態(tài)變成了開放式的，虛擬仿真實驗室的大門永遠向?qū)W生敞開。

(2) 課堂教學(xué)從教師主體轉(zhuǎn)向?qū)W生主體

在目前的大學(xué)物理實驗課堂上，教學(xué)過程以教師為主體，學(xué)生處于被動接受狀態(tài)，即按照教師的講解，遵循教材內(nèi)容來完成實驗。這種模式對于學(xué)生掌握實驗理論和實驗方法是有利的，但是對于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新實踐能力方面，尚有缺陷。

對于虛擬仿真實驗系統(tǒng)，學(xué)生成為了主體，學(xué)生按照系統(tǒng)的提示進行實驗操作，給了學(xué)生更多獨立思考的時間和空間，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

(3) 實驗環(huán)境從實物拓展到虛擬

在物理實驗課中，經(jīng)常會出現(xiàn)由于學(xué)生錯誤操作導(dǎo)致的儀器設(shè)備損壞，這會在一定程度上影響學(xué)生繼續(xù)實驗的積極性，也需要教師和實驗技術(shù)人員課上課下花費大量的時間精力來維護實驗儀器設(shè)備。

虛擬仿真實驗的實驗儀器和操作環(huán)境都是有計算機軟件運行產(chǎn)生的，不怕錯誤操作引起設(shè)備的損害。因此，學(xué)生的壓力小，更敢于動手操作，獲得實驗結(jié)果，還可以方便地分析實驗結(jié)果，幫助學(xué)生快速準確地揭示自然界的本質(zhì)和規(guī)律；對于教師而言，既不擔(dān)心儀器損壞，又不擔(dān)心操作者的安全，更能把全部精力投入到教學(xué)工作中。尤其是對于危險復(fù)雜的實驗，以及設(shè)備價格昂貴的實驗，虛擬仿真實驗?zāi)Ｊ骄哂胁豢商娲莫毺貎?yōu)勢。

(4) 自主開發(fā)實驗題目

基于大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中不斷探索實踐，接下來要把虛擬仿真實驗推進到近代物理實驗、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等課程領(lǐng)域，充分發(fā)現(xiàn)虛擬仿真平臺的優(yōu)勢。充分利用學(xué)生對軟件開發(fā)的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，把學(xué)生吸引到大學(xué)物理虛擬仿真實驗系統(tǒng)的測試開發(fā)中來，由學(xué)生自主設(shè)計開發(fā)實驗題目，組織虛擬物理實驗競賽等，對學(xué)有余力的同學(xué)起到“拔尖”的作用。

(5) 校企合作

物理虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的軟件通常是由專業(yè)的軟件公司負責(zé)開發(fā)的，但是其中的物理原理和物理思想是由高校教研團隊提供的，這是校企合作的成功典范，雙方必將互相促進，提高受益。

(6) 虛擬仿真實驗與實物實驗的關(guān)系

虛擬仿真實驗既有利于教師教，又有利于學(xué)生學(xué)，猶如一支強心劑，給大學(xué)物理實驗的教學(xué)注入新的活力。但是，虛擬實驗不可避免地有其局限性，與實物實驗有一定的差距。因此，虛擬仿真實驗應(yīng)作為實物實驗的補充，是對實驗教學(xué)模式的完善，絕對不能因為虛擬而拋棄實物。

3　結(jié)　　論

利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)輔助大學(xué)物理實驗的教學(xué)工作，可以完成傳統(tǒng)教學(xué)中無法實現(xiàn)的實驗條件和實驗內(nèi)容，突破傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，采用實物實驗與虛擬實驗相結(jié)合的教學(xué)方式，更好地為民族高等教育服務(wù)。

[1]張林.虛擬仿真技術(shù)對大學(xué)物理實驗教學(xué)影響的探究[J].大學(xué)物理實驗,2015,28(1):116-118.

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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

遼寧省教育廳遼寧省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(JG1 5DB083)；遼寧省普通高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)項目([2014]108號)

1007-2934(2016)04-0123-03

O4-39

ADOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.037