孫志鵬 梁媛媛 許佳捷

摘? ?要：隨著越來(lái)越多關(guān)于虛擬仿真平臺(tái)的教學(xué)改革項(xiàng)目獲批，以及各大高校不斷推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，虛擬仿真平臺(tái)在教學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間和商業(yè)前景。虛擬仿真平臺(tái)具有不受場(chǎng)地、儀器限制，容錯(cuò)率高等諸多優(yōu)勢(shì)，然而目前高校一般僅將其作為輔助預(yù)習(xí)手段，原因在于虛擬仿真平臺(tái)存在著網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、場(chǎng)景還原度不高等問(wèn)題。高校教師如果能與平臺(tái)開(kāi)發(fā)者有效合作，針對(duì)性改進(jìn)教學(xué)方法，發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，將有望在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)極大地提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真平臺(tái)；物理實(shí)驗(yàn)；授課效率

中圖分類(lèi)號(hào)：G633? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1673-291X（2023）23-0122-04

一、研究背景

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要保障和必要支撐，而尖端科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和突破離不開(kāi)基礎(chǔ)學(xué)科的進(jìn)步。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得令世人矚目的偉大成就，這其中離不開(kāi)黨和國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科教育的高度重視和堅(jiān)定支持。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，數(shù)理學(xué)部研究課題的平均申請(qǐng)獲批率常年位列前茅。而在各大高校的教育教學(xué)課題申報(bào)立項(xiàng)中，作為“教學(xué)大戶”的基礎(chǔ)學(xué)科類(lèi)課題也往往會(huì)得到更多支持。物理學(xué)作為重要的基礎(chǔ)學(xué)科，是幾乎所有理工科專(zhuān)業(yè)的必修課程。作為一門(mén)與實(shí)際結(jié)合緊密的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)數(shù)在院校物理學(xué)教育中通常占有較高的比重。由于物理學(xué)實(shí)驗(yàn)受到場(chǎng)地和設(shè)備等因素的制約，單次上課學(xué)生人數(shù)一般不超過(guò)30人，實(shí)驗(yàn)教師在一個(gè)教學(xué)周期內(nèi)往往需要將同一授課內(nèi)容重復(fù)多次，一方面增加物理教師的工作量，降低了工作效率，另一方面影響一線教師在科研工作上的時(shí)間投入。所以，如何提升實(shí)驗(yàn)課教師的授課效率是當(dāng)前院校物理教育投資的重要方向。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的快速發(fā)展，數(shù)字式教學(xué)、信息化教學(xué)的概念成為近年來(lái)各大高校不斷探索的熱點(diǎn)，并取得一定的效果。其中，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中應(yīng)用更為廣泛。虛擬仿真教學(xué)是采用虛擬仿真、人機(jī)交互等技術(shù)，根據(jù)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求設(shè)計(jì)出用于輔助教學(xué)的虛擬場(chǎng)景、虛擬環(huán)境、虛擬設(shè)備及構(gòu)件庫(kù)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程等內(nèi)容，針對(duì)性進(jìn)行設(shè)計(jì)和拓展教學(xué)[1]。我國(guó)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)始于20世紀(jì)90年代末，經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展，經(jīng)歷了從航空航天實(shí)驗(yàn)到醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)等階段，并在普通高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用[2]。教育部從2012年起相繼印發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》《教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》等文件[3]，鼓勵(lì)高校進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心和示范性虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)。當(dāng)前，全國(guó)各高校物理實(shí)驗(yàn)課程的虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)雖然初見(jiàn)雛形，但主要用于學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，為實(shí)驗(yàn)課程的線下開(kāi)展提供支撐[4-5]。2020年以來(lái)，由于新冠病毒疫情的影響，很多實(shí)驗(yàn)課程無(wú)法線下開(kāi)展，被迫取消，探索利用虛擬仿真平臺(tái)完成全過(guò)程物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法日益迫切，虛擬仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有極高的商業(yè)前景。

隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的企業(yè)參與到虛擬仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)中，然而直到目前為止仍然很難有一款平臺(tái)可以勝任或取代線下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的任務(wù)。其中困難主要包括網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、場(chǎng)景還原度不足、教學(xué)方法不成熟等原因。本文總結(jié)目前虛擬仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)和主要不足，結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求和實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，深入探討物理教師如何利用虛擬仿真平臺(tái)提高工作效率，以及未來(lái)虛擬仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)的潛在方向，進(jìn)而為后續(xù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供借鑒。

二、虛擬仿真物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)與前景

（一）突破場(chǎng)地限制，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)教學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)受到實(shí)驗(yàn)儀器和試驗(yàn)場(chǎng)地的制約。由于要保證學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)擁有足夠的空間，且需要為教師預(yù)留出從旁指導(dǎo)的空間，物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)室每名學(xué)生的實(shí)際使用面積一般要求超過(guò)2.2平方米，這遠(yuǎn)高于一般教室。此外，過(guò)大的教室也不便于教師實(shí)時(shí)指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐操作，所以，對(duì)于很多高校來(lái)說(shuō)，物理實(shí)驗(yàn)課程不得不分班教學(xué)。而虛擬仿真平臺(tái)將一切實(shí)驗(yàn)內(nèi)容軟件化，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)教學(xué)，不需要預(yù)留教師指導(dǎo)空間。由于教學(xué)過(guò)程完全在線上實(shí)現(xiàn)，所以即便學(xué)生分散在不同的教室也不會(huì)影響授課質(zhì)量。一方面節(jié)約教室的空間成本，另一方面解放物理實(shí)驗(yàn)教師的時(shí)間。以海軍軍醫(yī)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，如果通過(guò)線下模式進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容每名教師在一個(gè)教學(xué)周期內(nèi)需要重復(fù)20次。而采用虛擬仿真平臺(tái)教學(xué)后，則可以實(shí)現(xiàn)所有同學(xué)同時(shí)上課，極大地節(jié)約了工作時(shí)間，提高了工作效率。如果能夠?qū)⑦@一教學(xué)模式推廣，可以使教育資源得到更好利用，具有很高的推廣價(jià)值。

（二）線上教學(xué)，不受疫情等突發(fā)事件影響

2022年我國(guó)各地紛紛遭遇了新冠病毒疫情的重大考驗(yàn)。2022年上半年，上海市進(jìn)行了三個(gè)月左右的封城，在封城期間，大部分學(xué)校的教學(xué)活動(dòng)都被迫改為線上教學(xué)。然而，由于物理實(shí)驗(yàn)的特殊性，僅僅通過(guò)線上PPT+講授的模式幾乎不可能實(shí)現(xiàn)原有的教學(xué)質(zhì)量，更無(wú)法完成教學(xué)目標(biāo)。面對(duì)這一難題，海軍軍醫(yī)大學(xué)數(shù)理教研室經(jīng)過(guò)討論決定選取8個(gè)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的4個(gè)，首次采用虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)課程的全過(guò)程教學(xué)，并與其余4個(gè)采用PPT+講授模式教學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)前者的教學(xué)效果更好。如圖1所示，圖中框內(nèi)為采用虛擬仿真平臺(tái)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)。在學(xué)員課后的滿意度調(diào)查中，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)的4門(mén)實(shí)驗(yàn)課程的反饋明顯更好。

由于虛擬仿真物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師在家中進(jìn)行授課活動(dòng)，其在應(yīng)對(duì)突發(fā)情況時(shí)具有其他教學(xué)手段無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。所以，即便作為保障教學(xué)順利進(jìn)行的備用手段，虛擬仿真物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)同樣具有重要價(jià)值。

（三）建設(shè)維護(hù)成本低，有更大的利潤(rùn)空間

對(duì)于高等學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)固然是一筆較大開(kāi)支，但是實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維修保養(yǎng)和后續(xù)維護(hù)費(fèi)用很可能更高。以常見(jiàn)的物理實(shí)驗(yàn)“分光計(jì)的調(diào)節(jié)”為例，每臺(tái)分光計(jì)的價(jià)格大約為5 000元，而分光計(jì)上的易損壞配件價(jià)格一般在20—150元不等。雖然看似價(jià)格不高，但由于實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生大多為第一次接觸分光計(jì)，其操作很難做到完全規(guī)范，所以設(shè)備的折損率非常高，再加上同一設(shè)備在一個(gè)教學(xué)周期內(nèi)要接受很多輪次學(xué)生的使用。以海軍軍醫(yī)大學(xué)為例，根據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，在線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每個(gè)教學(xué)周期內(nèi)平均每臺(tái)分光計(jì)僅更換配件一項(xiàng)就需要大約60元，而平均每個(gè)教學(xué)周期內(nèi)，有一臺(tái)以上的分光計(jì)將會(huì)徹底損壞無(wú)法繼續(xù)使用。而對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)說(shuō)顯然不存在這一問(wèn)題，設(shè)備的折損僅來(lái)自于電子計(jì)算機(jī)硬件的折損，幾乎可以忽略不計(jì)。此外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)來(lái)說(shuō)，一臺(tái)分光計(jì)的價(jià)格與一臺(tái)中高配置的臺(tái)式機(jī)相當(dāng)，而每臺(tái)電腦均可以完成全部實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所以虛擬仿真平臺(tái)將極大降低物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和維護(hù)成本?？梢哉f(shuō)，一旦虛擬仿真平臺(tái)的前期研發(fā)和調(diào)試完成，后續(xù)僅需要在軟件部分進(jìn)行修補(bǔ)和完善，甚至很多更新和升級(jí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)，避免了工程師的長(zhǎng)途奔波。由于虛擬仿真平臺(tái)只有設(shè)計(jì)成本，不需要實(shí)體制造，所以對(duì)于供應(yīng)商來(lái)說(shuō)更容易控制成本，獲得較大的利潤(rùn)空間。

（四）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化考試

物理實(shí)驗(yàn)課程的考試一直是個(gè)難題。由于傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)考試方式一般以學(xué)生操作、教師打分為主，這一方面增加了教師的工作量，另一方面由于打分具有主觀傾向，很難做到完全公平。所以在大部分學(xué)校中，實(shí)驗(yàn)課程往往“只教不考”。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以精確記錄學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的每一個(gè)步驟甚至順序，以及相對(duì)應(yīng)的效果，從而進(jìn)行精確合理的打分，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的標(biāo)準(zhǔn)化考核。

除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可以根據(jù)每個(gè)學(xué)校實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行個(gè)性化定制，并在使用界面上隨時(shí)顯示本實(shí)驗(yàn)的操作要點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)原理，從而使學(xué)生更容易避免因初次實(shí)驗(yàn)而帶來(lái)的慌亂感。可以說(shuō)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是未來(lái)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然趨勢(shì)，蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展前景，存在著極高的商業(yè)價(jià)值。

三、當(dāng)前虛擬仿真物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足和遇到的瓶頸

盡管虛擬仿真平臺(tái)存在著諸多優(yōu)勢(shì)，很多高校也都購(gòu)買(mǎi)并建設(shè)了自己的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，但是截至目前還從未有任何一所高校完全采用虛擬仿真平臺(tái)實(shí)施全過(guò)程物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其原因在于目前的虛擬仿真物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)仍存在著諸多不足。

（一）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不足

當(dāng)前的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要有兩種運(yùn)行模式，其一是學(xué)校購(gòu)買(mǎi)平臺(tái)使用權(quán)限后以供應(yīng)商平臺(tái)為內(nèi)核構(gòu)建自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。這種模式需要學(xué)校自建實(shí)驗(yàn)機(jī)房并架設(shè)局域網(wǎng)。雖然網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，但是由于機(jī)房場(chǎng)地受限，難以發(fā)揮出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的全部?jī)?yōu)勢(shì)。另外一種運(yùn)行模式是學(xué)生和教師都使用自己的個(gè)人電腦，通過(guò)第三方平臺(tái)進(jìn)行線上教學(xué)。這種方法雖然在理論上可以容納更多的學(xué)生同時(shí)上課，但是更多的人數(shù)意味著網(wǎng)絡(luò)擁堵，數(shù)據(jù)的有效傳輸難以保障，很多時(shí)候課程的進(jìn)行并不順利。此外，由于個(gè)人電腦和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)狀況參差不齊，學(xué)生甚至教師都容易出現(xiàn)掉線的情況。在學(xué)生課后的調(diào)查反饋中，網(wǎng)絡(luò)不夠穩(wěn)定是反應(yīng)最多的問(wèn)題，也是影響虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)推進(jìn)的主要障礙。

為了解決這一問(wèn)題，一方面應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)平臺(tái)使用方的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，必要時(shí)配備專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，另一方面應(yīng)盡量通過(guò)程序優(yōu)化減小平臺(tái)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸量，必要時(shí)可允許用戶選擇不同的分辨率以保障網(wǎng)絡(luò)的通暢。

（二）界面設(shè)計(jì)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相比還原度有待提升

筆者走訪了一些兄弟院校的物理實(shí)驗(yàn)教師，當(dāng)前，各高校對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)持謹(jǐn)慎態(tài)度的一個(gè)重要原因是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)尚不能完美還原線下實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的全部場(chǎng)景，甚至?xí)z漏某些關(guān)鍵細(xì)節(jié)，無(wú)法達(dá)到教學(xué)目的。例如在“分光計(jì)的調(diào)節(jié)”實(shí)驗(yàn)中，狹縫的方向被簡(jiǎn)單地設(shè)置為水平或豎直二選一，而實(shí)際上狹縫裝置可以360度旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)狹縫方向也是完成實(shí)驗(yàn)的重要步驟，這在目前已有的主流虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上均難以實(shí)現(xiàn)。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行的課后調(diào)查中，同樣反饋了類(lèi)似問(wèn)題，這將嚴(yán)重影響院校對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的認(rèn)可度和接受度。

解決這一問(wèn)題需要虛擬仿真平臺(tái)的供應(yīng)方與在一線從事教學(xué)工作的客戶通力合作，密切配合，在產(chǎn)品測(cè)試時(shí)邀請(qǐng)不同學(xué)校的教師甚至學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作檢驗(yàn)，不斷完善產(chǎn)品的還原度，注重細(xì)節(jié)，至少優(yōu)先保證課程教學(xué)計(jì)劃中的全部實(shí)驗(yàn)操作和教學(xué)目的能夠順利實(shí)現(xiàn)。

（三）教師教學(xué)方法尚不完善

由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)尚處于初級(jí)開(kāi)發(fā)階段，很多高校的一線物理教師對(duì)于如何正確使用虛擬仿真平臺(tái)實(shí)施教學(xué)仍不熟練，這導(dǎo)致某些平臺(tái)供應(yīng)方精心設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)被忽略。很多院校教員在面對(duì)線上平臺(tái)時(shí)仍顯得手足無(wú)措，在實(shí)施教學(xué)時(shí)有些教員仍采用線下教學(xué)的授課模式和教案，這顯然是不正確的，也降低了學(xué)生對(duì)于課程的體驗(yàn)感。然而，除了教師本身對(duì)虛擬仿真平臺(tái)比較陌生之外，平臺(tái)本身沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的使用說(shuō)明也是造成這一問(wèn)題的因素之一。為了解決這一問(wèn)題，作為虛擬仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)者和開(kāi)發(fā)者，一方面應(yīng)優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化操作步驟；另一方面針對(duì)特色功能和重要細(xì)節(jié)應(yīng)給出實(shí)際使用和實(shí)施教學(xué)時(shí)的參考意見(jiàn)，這樣才能最大化發(fā)揮虛擬仿真平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

除上述問(wèn)題外，虛擬仿真平臺(tái)由于其后期使用成本并不高，導(dǎo)致供應(yīng)商的利潤(rùn)往往僅發(fā)生在學(xué)校購(gòu)買(mǎi)平臺(tái)時(shí)。這導(dǎo)致部分供應(yīng)商為了擴(kuò)大利潤(rùn)將平臺(tái)權(quán)限設(shè)置為按使用時(shí)間付費(fèi)。這本無(wú)爭(zhēng)議，但由于高校的平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目多為一次性建設(shè)，一般不設(shè)后續(xù)維護(hù)基金，或后續(xù)維護(hù)基金不足以支撐之后的使用金，這也在一定程度上阻礙了虛擬仿真平臺(tái)的推廣。

四、在物理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中更好運(yùn)用虛擬仿真平臺(tái)的方法探討

針對(duì)目前虛擬仿真平臺(tái)在物理教師教學(xué)時(shí)面臨的主要瓶頸，結(jié)合前期教學(xué)工作實(shí)踐，將一些成功經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)方法總結(jié)如下。

（一）合理選擇虛擬仿真平臺(tái)的類(lèi)型

市面上的虛擬仿真平臺(tái)種類(lèi)繁多、功能各異，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)應(yīng)結(jié)合自身學(xué)情特點(diǎn)和教學(xué)要求有針對(duì)性地進(jìn)行選擇。例如，在選擇“分光計(jì)的調(diào)節(jié)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，一般市面上有兩種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可供選擇，一種是“分光計(jì)的使用”，其操作界面更加模式化，優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)學(xué)員的操作步驟進(jìn)行記錄，并給出成績(jī)，適合用于對(duì)學(xué)員的掌握情況進(jìn)行考察。而另外一種“3D分光計(jì)”的操作界面更加貼近于實(shí)際，操作者可以自由地控制儀器角度、縮放比例，同時(shí)還可以標(biāo)記輔助光線，讓學(xué)員仿佛置身于實(shí)驗(yàn)室之中。教師在選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)若能結(jié)合自身的實(shí)際情況和教學(xué)要求具體實(shí)施，不僅可以提升教學(xué)效率和學(xué)生掌握情況，而且也可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)考試所占用的大量時(shí)間。

（二）理論講述與操作演示相結(jié)合

物理實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)操作同樣重要，盡管虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)將大部分儀器的名稱、使用規(guī)則以及很多操作步驟的實(shí)驗(yàn)原理寫(xiě)入操作界面當(dāng)中，但對(duì)于第一次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)員來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有教員的示范和講解，仍然很難迅速、透徹的掌握教學(xué)內(nèi)容。因而，在具體授課時(shí)，教師可以根據(jù)具體情況和教學(xué)要求，在講解實(shí)驗(yàn)原理后詳細(xì)演示實(shí)驗(yàn)步驟，或在演示實(shí)驗(yàn)步驟的同時(shí)深入講解實(shí)驗(yàn)原理。由于虛擬仿真平臺(tái)可以為每名學(xué)員同步教員的操作屏幕，有效避免了傳統(tǒng)線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)后排學(xué)員無(wú)法看清教員操作細(xì)節(jié)的問(wèn)題，有助于讓學(xué)員真正掌握實(shí)驗(yàn)操作要求。

（三）充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)加強(qiáng)與學(xué)生互動(dòng)

在實(shí)驗(yàn)授課過(guò)程中，學(xué)員通常會(huì)遇到較多共性的問(wèn)題，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊性，這些問(wèn)題有時(shí)需要教員逐個(gè)為其解答。例如，在使用分光計(jì)測(cè)量鈉光燈波長(zhǎng)時(shí)，很多學(xué)員對(duì)于分光計(jì)的讀數(shù)規(guī)則難以迅速而熟練地掌握，常常出現(xiàn)左右游標(biāo)讀數(shù)填反或?qū)⒆笞x數(shù)與左側(cè)條紋混淆的情況。在線上教學(xué)時(shí)，可以隨機(jī)抽查幾名同學(xué)，令其共享屏幕后讀數(shù)并將數(shù)據(jù)填寫(xiě)到正確位置，這樣一方面可以抽查學(xué)員的掌握情況；另一方面，如果遇到具體的讀數(shù)或填寫(xiě)錯(cuò)誤，可以及時(shí)提醒全體學(xué)員加以注意，加深學(xué)員印象的同時(shí)能節(jié)約大量課堂教學(xué)的時(shí)間。

五、總結(jié)與展望

虛擬仿真平臺(tái)作為一種新興的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，是國(guó)家大力發(fā)展和推動(dòng)的重要發(fā)展方向，也是未來(lái)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢(shì)。隨著越來(lái)越多關(guān)于虛擬仿真平臺(tái)的教學(xué)改革項(xiàng)目獲批，以及各大高校不斷推進(jìn)的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，虛擬仿真平臺(tái)在教學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間和商業(yè)前景。目前虛擬仿真平臺(tái)在很多高校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中都已發(fā)揮作用，但是主要用于學(xué)員的自主預(yù)習(xí)而非全過(guò)程教學(xué)。其原因主要有網(wǎng)絡(luò)及平臺(tái)系統(tǒng)不穩(wěn)定，界面設(shè)計(jì)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相比還原度有待提升，教師教學(xué)方法需要針對(duì)性改進(jìn)等。為了解決這些突出矛盾，工作在一線的院校物理學(xué)教師應(yīng)該與虛擬仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)者密切溝通，深入合作，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和方法，優(yōu)化和改進(jìn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，有針對(duì)性的努力完善平臺(tái)細(xì)節(jié)，并根據(jù)平臺(tái)特點(diǎn)和教學(xué)要求規(guī)范虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)方法和使用技巧，最大化發(fā)揮虛擬仿真平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

虛擬仿真平臺(tái)與其他線上教學(xué)模式相比具備能夠?qū)崿F(xiàn)線上多人教學(xué)，不受場(chǎng)地設(shè)備等因素的限制，不用擔(dān)心損壞儀器，容錯(cuò)率高，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，建設(shè)維護(hù)成本低，利潤(rùn)空間廣闊，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)化考試等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文的研究結(jié)論將為今后虛擬仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)方向提供借鑒，雖然利用虛擬仿真平臺(tái)替代線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍有一段路要走，但相信經(jīng)過(guò)全體教師、平臺(tái)方和學(xué)生們的共同努力，虛擬仿真平臺(tái)一定能在未來(lái)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中扮演越來(lái)越重要的角色。

參考文獻(xiàn)：

[1]? ?張敬南，張镠鐘.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（12）：101-104.

[2]? ?于鳳全.虛擬仿真技術(shù)在航空裝備教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2010，1（6）：20.

[3]? ?沈延群，劉淑杰.大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有效應(yīng)用研究[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，37（11）：106-108.

[4]? ?謝寧，明成國(guó)，任曉斌，等.關(guān)于大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)的研究和思考[J].中國(guó)輕工教育，2020，4（3）：65-68.

[5]? ?崔連敏，周群，賈寧，等.虛擬仿真的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)線上線下教學(xué)模式探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2022，1（1）：155-158.

[責(zé)任編輯? ?衛(wèi)? ?星]