韓永平

伴隨著現(xiàn)代教育事業(yè)不斷發(fā)展，老師開展教育教學(xué)活動(dòng)也十分注重對(duì)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，現(xiàn)代信息技術(shù)的使用可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程變得更加自主、高效。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為一種實(shí)驗(yàn)形式，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占據(jù)著舉足輕重的地位，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效運(yùn)用可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)存在的諸多不足，使學(xué)生學(xué)習(xí)的自由度和靈活性得到提高，最終形成全空間和全過(guò)程的閉環(huán)教學(xué)模式，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果也會(huì)得到極大提升[1]。本文結(jié)合傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在不足，從真實(shí)預(yù)習(xí)、虛實(shí)對(duì)照、隨時(shí)回溯等方面著手，探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以供參考。

1 傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在不足分析

采用傳統(tǒng)教學(xué)模式開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要流程為學(xué)生進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，老師在課堂上對(duì)實(shí)驗(yàn)背景、原理等進(jìn)行介紹，并指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)和提交報(bào)告。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，容易受到課程設(shè)置時(shí)間、教學(xué)資源、學(xué)生學(xué)習(xí)空間等因素影響，致使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下不足：

（1）預(yù)習(xí)過(guò)程無(wú)法控制，雖然現(xiàn)代教育十分提倡學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，但是實(shí)際上很多學(xué)生無(wú)法完成預(yù)習(xí)工作，并且老師也無(wú)法對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)過(guò)程和效果進(jìn)行監(jiān)控，即便是學(xué)生提交了預(yù)習(xí)報(bào)告，但是也會(huì)受到無(wú)法接觸實(shí)驗(yàn)儀器影響，致使學(xué)生只能對(duì)實(shí)驗(yàn)需要運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)，無(wú)法起到提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量的作用。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示較為困難，老師在開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，通常會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)手段等進(jìn)行講解，而對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行演示會(huì)受到課程設(shè)置時(shí)間的影響，只能夠快速完成操作，不利于學(xué)生精準(zhǔn)把握實(shí)驗(yàn)步驟，與能力提升，尤其是學(xué)生缺乏對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果準(zhǔn)確性的科學(xué)判斷，以致于學(xué)習(xí)存在諸多疑問(wèn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力也無(wú)法得到有效培養(yǎng)。

（3）對(duì)照總結(jié)較為欠缺，在完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)以后，學(xué)生需要對(duì)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行撰寫，然而操作中學(xué)生無(wú)法對(duì)物理教學(xué)過(guò)程進(jìn)行回溯，導(dǎo)致相應(yīng)物理結(jié)果缺乏數(shù)據(jù)支撐，不利于學(xué)生就物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入理解、分析和討論，久而久之學(xué)生也會(huì)遺忘所需物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)[2]。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

2.1 真實(shí)預(yù)習(xí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，對(duì)各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)設(shè)，學(xué)生可以以交互的方式展開操作，并且操作時(shí)間和次數(shù)不受制約，為學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)提供極大便利。并且在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，所展現(xiàn)出的實(shí)驗(yàn)儀器與真實(shí)環(huán)境相同，學(xué)生可以在虛擬仿真環(huán)境中，對(duì)這些物理實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行觸碰和操作，整個(gè)過(guò)程中學(xué)生可以對(duì)物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程、具體操作步驟、試驗(yàn)結(jié)果反饋等進(jìn)行完整操作，既能夠?qū)λ獙W(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)有一個(gè)全面、系統(tǒng)的了解，又能夠?qū)︻A(yù)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)記錄，以便于在實(shí)際課堂教學(xué)中向老師請(qǐng)教，也為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)高效率和高質(zhì)量完成奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 虛實(shí)對(duì)照，將預(yù)習(xí)和講授結(jié)合起來(lái)

學(xué)生在完成課前物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)后，對(duì)實(shí)際課堂教學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容已經(jīng)有一個(gè)較為系統(tǒng)的了解，老師在開展課堂實(shí)驗(yàn)講授時(shí)，學(xué)生也能緊跟老師教學(xué)思路，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目背景、操作目的、實(shí)施步驟等進(jìn)行準(zhǔn)確理解和掌握，針對(duì)預(yù)習(xí)過(guò)程中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題，也可以在課堂上及時(shí)指出來(lái)，與老師、同學(xué)交換意見和溝通討論，這些學(xué)習(xí)問(wèn)題也能得到快速和準(zhǔn)確解決，學(xué)生知識(shí)掌握也會(huì)更加牢靠[3]。此外，老師在課堂教學(xué)中還可以將真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程與虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程有效聯(lián)系起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生在相互對(duì)照中進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考，不僅可以幫助學(xué)生有效掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)，還能夠在腦海中構(gòu)建整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)體系，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、思考探究等能力也會(huì)得到鍛煉和提升，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也會(huì)變得更加事半功倍。

2.3 隨時(shí)追溯，實(shí)現(xiàn)全空間、全過(guò)程閉環(huán)學(xué)習(xí)

在完成物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以后，學(xué)生需要對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行撰寫，實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中無(wú)法避免的會(huì)出現(xiàn)缺少實(shí)驗(yàn)步驟、忘記重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等情況，究其原因在于學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)把握不夠牢靠，這時(shí)候就可以充分利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行回顧，針對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果也能進(jìn)行再次復(fù)習(xí)，針對(duì)存在疑問(wèn)的地方也可以與老師以及其他同學(xué)進(jìn)行深入研究和探討，最終在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告過(guò)程中完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)總結(jié)，學(xué)生也可以在物理實(shí)驗(yàn)追溯過(guò)程中發(fā)現(xiàn)自身學(xué)習(xí)存在的不足之處，并在不斷彌補(bǔ)和加強(qiáng)中掌握更多大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法，使物理教學(xué)效果進(jìn)一步提升[4]。

3 虛擬仿真大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)——以牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)為例

通過(guò)將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與在線教學(xué)管理系統(tǒng)有效結(jié)合起來(lái)，使之構(gòu)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，將之運(yùn)用到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，還能夠?qū)W(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程實(shí)施在線管理，甚至老師還可以將開展物理實(shí)驗(yàn)涉及的理論難點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理方法等信息資料融入系統(tǒng)當(dāng)中，以引導(dǎo)學(xué)生更加有效開展物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和操作，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生與老師、學(xué)生與學(xué)生還能夠進(jìn)行在線互動(dòng)和交流，可以有效克服傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的時(shí)間空間不足、溝通交流缺乏等問(wèn)題，并為學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)建立起全新的全時(shí)間、全過(guò)程和全閉環(huán)教學(xué)模式。

大學(xué)開展牛頓環(huán)物理實(shí)驗(yàn)本質(zhì)目的在于用牛頓環(huán)測(cè)曲率半徑，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生觀察等厚干涉現(xiàn)象和了解等厚干涉原理，進(jìn)而掌握測(cè)定凸透鏡曲率半徑的方法，對(duì)讀數(shù)顯微鏡用法也能準(zhǔn)確掌握。為了確保牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，老師就可以將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，整個(gè)教學(xué)過(guò)程為：

（1）預(yù)習(xí)階段，學(xué)生通過(guò)虛擬仿真教學(xué)管理系統(tǒng)，對(duì)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，老師也可以設(shè)置理論和實(shí)際操作試題，讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)以后做題，老師通過(guò)學(xué)生預(yù)習(xí)試題完成情況，可以對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)整體情況有一個(gè)大致了解，在實(shí)際教學(xué)中就可以對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)普遍存在問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)講解，以確保最終實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

（2）教師授課，老師通過(guò)學(xué)生預(yù)習(xí)試題完成情況，可以對(duì)學(xué)生牛頓環(huán)理論和實(shí)驗(yàn)操作具體情況加以把握，針對(duì)學(xué)生存在的半反半透鏡使用不熟練、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理掌握不足等問(wèn)題，在課堂上進(jìn)行側(cè)重講授，讓學(xué)生光路調(diào)節(jié)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理更加科學(xué)和規(guī)范，在實(shí)驗(yàn)原理部分則可以通過(guò)詳細(xì)介紹牛頓環(huán)原理設(shè)計(jì)一些應(yīng)用，如：增透膜、增反膜功能設(shè)計(jì)思路等，在實(shí)驗(yàn)演示部分則要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)學(xué)生顯微鏡、牛頓環(huán)操作注意事項(xiàng)，以達(dá)到彌補(bǔ)缺漏和強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)掌握目的。

（3）課后總結(jié)，在完成教學(xué)以后，老師可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與學(xué)生展開密切溝通和交流，并及時(shí)指出學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，針對(duì)想不通的問(wèn)題及時(shí)聯(lián)系老師和同學(xué)進(jìn)行請(qǐng)教和討論，不僅可以及時(shí)解決學(xué)習(xí)遇到難題，還能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自信心，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量得到顯著提高[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是基于對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的分析，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)加以運(yùn)用，可以打破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間桎梏，讓學(xué)生學(xué)習(xí)更加自由和靈活，相應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量也會(huì)得到極大提高。實(shí)踐應(yīng)用中老師也要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際，積極引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行預(yù)習(xí)，并在實(shí)際教學(xué)中將真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行比較分析，幫助學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行全面掌握，在有效解決重難點(diǎn)問(wèn)題基礎(chǔ)上，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、思考探究等能力，最后通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)回顧，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回顧和復(fù)習(xí)，進(jìn)一步增強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性。