大學(xué)物理實驗虛擬仿真教學(xué)研究

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一、大學(xué)物理傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的主要問題

1.實驗室建設(shè)需要學(xué)校學(xué)校大量的資金投入。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)需要購買大批的實驗設(shè)備，并且需要定期的更新。導(dǎo)致現(xiàn)有的實驗項目固定,這種矛盾限制了實驗室的發(fā)展，無法達到學(xué)生不斷與時俱進的學(xué)習(xí)要求。2.傳統(tǒng)實驗受到上課時間和空間的制約。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)在開展中受到選課時間，教室空間的制約，導(dǎo)致理論教學(xué)和實驗教學(xué)的內(nèi)容在時間上不同步，理論和實驗無法同時互相印證，嚴重影響教學(xué)質(zhì)量。3.無法有效地進行對物理實驗的成績評定。由于場地和時間的限制，物理實驗考試無法切實有效進行。實驗成績的評定容易流于形式，或只憑借實驗報告評定成績，不能全面客觀的對學(xué)生的實驗總體表現(xiàn)打分，無法客觀反映物理實驗的實際教學(xué)效果。4.教師指導(dǎo)難以到位。在有限的時間內(nèi)指導(dǎo)大批的學(xué)生是現(xiàn)在大學(xué)物理實驗中普遍存在的一個問題。這種情況容易導(dǎo)致教學(xué)目標難以達成，需要大量學(xué)時的高難度實驗更是難以開展。為了解決傳統(tǒng)實驗中的一系列的問題，需要高校建立基于網(wǎng)絡(luò)的實驗數(shù)據(jù)庫來管理實驗室和學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)信息，并利用仿真實驗技術(shù)進行教學(xué)改革，對教學(xué)過程、學(xué)生學(xué)習(xí)成果評價進行數(shù)字化管理來實現(xiàn)規(guī)范管理、提高效率、創(chuàng)新改進教學(xué)質(zhì)量和實驗室的管理工作。

二、虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢

1.解決傳統(tǒng)實驗對時間和空間的制約。虛擬實驗一般只需電腦裝上開發(fā)的軟件即可模擬不同的實驗，這樣高校可利用現(xiàn)成的計算機房來完成實驗教學(xué)，甚至只用一臺連接網(wǎng)絡(luò)的電腦，就可以完成實驗的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生就可以根據(jù)自己的時間靈活的、分多次的預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)物理實驗，更好的完成實驗學(xué)習(xí)過程。2.虛擬實驗?zāi)茏寣W(xué)生看到現(xiàn)象以外的真相。在虛擬實驗中，虛擬系統(tǒng)除了能表現(xiàn)出現(xiàn)實中的實驗效果，還能表現(xiàn)出在傳統(tǒng)實驗中看不到的“現(xiàn)象”。比如在普朗克常量實驗中使光子具現(xiàn)化，在光學(xué)實驗中將光路展示出來，在電學(xué)實驗中表現(xiàn)出電磁場等等。3.可完成一些傳統(tǒng)實驗中不能開設(shè)的實驗。由于一些物理實驗中的物質(zhì)具有毒性或放射性，在傳統(tǒng)實驗當中是無法開設(shè)的。比如一些核物理方向的實驗，一些具有危險性的高功率激光器實驗等等，都可以用虛擬實驗來完成。4.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的一些復(fù)雜實驗，學(xué)生在實驗時經(jīng)常畏首畏尾，怕把儀器弄壞，感覺無從下手。但虛擬實驗可以隨意的操作破壞，學(xué)生可以放開手腳，有利于培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

三、虛擬仿真實驗室的建設(shè)

虛擬仿真實驗室的建設(shè)面向的是所有理工科學(xué)生，以提高培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思維方式和實踐能力為目標。通過建設(shè)優(yōu)質(zhì)的虛擬實驗教學(xué)資源，建設(shè)共享平臺，并將虛擬實驗和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合、互補，創(chuàng)建一套有效的教學(xué)模式，打造一支高水平的虛實結(jié)合的實驗教學(xué)團隊。該項改革不是開“小灶”，而是面向大面積學(xué)生提高物理實驗教學(xué)的質(zhì)量。1.通過學(xué)校與企業(yè)合作共同開發(fā)不斷豐富物理仿真實驗教學(xué)資源。2.建設(shè)公共平臺，將虛擬仿真實驗資源有效地應(yīng)用于預(yù)習(xí)、實驗、復(fù)習(xí)、考試等各個教學(xué)環(huán)節(jié)。3.建立虛實結(jié)合的教學(xué)機制，建設(shè)高水平的實驗教學(xué)師資團隊，鼓勵教師探索和研究實驗教學(xué)方法與模式，充分發(fā)揮虛擬仿真實驗在教學(xué)改革中的作用。4.建立虛擬仿真實驗中心教學(xué)的信息化管理系統(tǒng)，保障虛擬仿真實驗在教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)揮作用和穩(wěn)定運行。

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作者:王思涵 單位:長春理工大學(xué)理學(xué)院