淺談運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

摘 要：隨著高速信息化及電化教學(xué)時(shí)代的到來(lái)，現(xiàn)代教育技術(shù)手段不斷融入高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)因設(shè)備老化及資金短缺的問(wèn)題已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，通過(guò)充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)及多媒體技術(shù)大規(guī)模整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能有效地提高了高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)效果，大大提高了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；多媒體；虛擬仿真；網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP391.9

在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真信息技術(shù)能最大限度地發(fā)揮激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，極大地提高了學(xué)生參與的熱情，更重要的是創(chuàng)造思維和實(shí)踐緊密的結(jié)合起來(lái)，有利于形成學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)優(yōu)秀的高素質(zhì)人才，具有無(wú)法替代的作用，因此現(xiàn)代教育技術(shù)中充分利用現(xiàn)有的多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)仿真軟件，把其有效地融合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，能促使學(xué)生快速掌握實(shí)驗(yàn)操作的方法和技巧，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

1 高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 學(xué)生的認(rèn)知問(wèn)題。很多高校生認(rèn)為以后自己從事的事業(yè)可能和實(shí)驗(yàn)沒(méi)有什么關(guān)系，在以后的工作和學(xué)習(xí)中也很難真正用到，所以很多東西就對(duì)它的興趣不大。由于很多高校生對(duì)這樣問(wèn)題的錯(cuò)誤了解，導(dǎo)致了高校實(shí)驗(yàn)中存在很多因?yàn)閷W(xué)生認(rèn)知錯(cuò)誤而產(chǎn)生的問(wèn)題：（1）很多學(xué)生實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有很好的預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的和要求一概不知，在實(shí)驗(yàn)課上也是濫于充數(shù)，幫其他同學(xué)拿拿儀器，記記數(shù)據(jù)，而不去經(jīng)過(guò)自己大腦的思考。（2）有的同學(xué)是對(duì)是實(shí)驗(yàn)不感興趣，去做實(shí)驗(yàn)只是敷衍了事，更有的同學(xué)根本就沒(méi)有去親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，只是為了完成任務(wù)而拿其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)完成老師的任務(wù)，學(xué)業(yè)的要求。這樣就沒(méi)有辦法達(dá)到我們開(kāi)實(shí)驗(yàn)課的真正目的。

1.2 教學(xué)模式傳統(tǒng)、教學(xué)內(nèi)容單一。一方面，上課的方式傳統(tǒng)，一般的上課模式是：預(yù)習(xí)一一上課一一遇到問(wèn)題問(wèn)老師，很多老師往往也不是去啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生如何解決實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，就如在手工制作課上，教師按步驟按要求教會(huì)學(xué)生怎么做，結(jié)果自然是學(xué)生只知道這樣做了，但不知道為什么要這樣做。最后學(xué)生只懂得做老師教的，換一個(gè)內(nèi)容就沒(méi)有辦法擴(kuò)展。另一方面，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)了，也做了相關(guān)的準(zhǔn)備工作，但是在做的過(guò)程中按部就班去做，沒(méi)有太大的收獲，有時(shí)也會(huì)挫傷學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性。其次，有些實(shí)驗(yàn)沒(méi)有專業(yè)的教師，實(shí)驗(yàn)設(shè)備很豐富，但是因?yàn)閹熧Y缺乏，實(shí)驗(yàn)室的利用率也不高，學(xué)生感興趣，但是沒(méi)有得到真正的指導(dǎo)使用和操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往就成了擺設(shè)而沒(méi)起到其真正的作用。

1.3 理論課與實(shí)驗(yàn)課時(shí)間上不同步的問(wèn)題。有些時(shí)候，有一些理論內(nèi)容還沒(méi)有上就要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很多同學(xué)對(duì)這方面的實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有一定的認(rèn)識(shí)和了解，而且預(yù)先又沒(méi)有很好的預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的背景知識(shí)一概不知，做起實(shí)驗(yàn)就非常吃力，在這樣的情況下，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)就會(huì)變的很被動(dòng)，做起實(shí)驗(yàn)也非常的困難，是為了完成任務(wù)而去做實(shí)驗(yàn)，很多操作還沒(méi)有了解，儀器的作用和操作都不知道，也不知道實(shí)驗(yàn)的目的和意義。

1.4 實(shí)驗(yàn)管理制度與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)運(yùn)作存在問(wèn)題。很多高校里的實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)之前老師先布置好，在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候有專業(yè)的管理員把儀器擺好，學(xué)生會(huì)在老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)的操作步驟，而很難有自己的想法，對(duì)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作也了解甚少，而且由于時(shí)間的關(guān)系，只能爭(zhēng)取在下課之前把實(shí)驗(yàn)做完，所以很多實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有能達(dá)到預(yù)先的效果，也削弱了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性。所以說(shuō)我們?cè)跅l件允許的情況下，應(yīng)該給學(xué)生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況和興趣愛(ài)好去做實(shí)驗(yàn)，相應(yīng)的有老師進(jìn)行指導(dǎo)和幫助，讓學(xué)生有更多的時(shí)間接觸實(shí)驗(yàn)設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的思維能力和創(chuàng)新能力，有利于人才的因材施教，也有利于發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室真正的潛力和功效。

2 解決問(wèn)題的方法探討

2.1 使用計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐步成為計(jì)算機(jī)、電子等各領(lǐng)域進(jìn)行電路仿真與輔助分析設(shè)計(jì)的重要工具。所謂虛擬實(shí)驗(yàn)，指充分運(yùn)用多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上建立部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，通過(guò)計(jì)算機(jī)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師教學(xué)、學(xué)生實(shí)踐等有機(jī)地結(jié)合在一起，學(xué)生可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成某種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生自我訓(xùn)練及創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛實(shí)互補(bǔ)，因而成為目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2.2 運(yùn)用多媒體教學(xué)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足。虛擬實(shí)驗(yàn)具有成本低、操作安全、可擴(kuò)展性強(qiáng)、效率高、高度開(kāi)放和資源共享等特點(diǎn)。對(duì)于理論課與實(shí)驗(yàn)課有的時(shí)候由于時(shí)間和資源的限制，導(dǎo)致時(shí)間上存在不一致，在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候理論知識(shí)還沒(méi)有掌握就必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的背景、目的、和操作過(guò)程都不了解，做起實(shí)驗(yàn)來(lái)也沒(méi)有什么積極性，做的效果也不好，學(xué)生可在實(shí)際實(shí)驗(yàn)前利用虛擬環(huán)境進(jìn)行預(yù)習(xí)，這可使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)的部分到整體建立起直觀的感性認(rèn)識(shí)，能有效地克服在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的盲目操作現(xiàn)象，減少了實(shí)際實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤，提高了實(shí)際實(shí)驗(yàn)的效率。很多學(xué)生就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課件來(lái)了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和相關(guān)知識(shí)，教室可以運(yùn)動(dòng)多媒體技術(shù)把要做的實(shí)驗(yàn)通過(guò)文字、圖像、音頻和動(dòng)畫(huà)等展示出來(lái)，存放在學(xué)生自習(xí)的電腦上，學(xué)生上課前、后都可以自己先了解實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)后對(duì)掌握不好的內(nèi)容重新學(xué)習(xí)和聯(lián)系，這樣就可以運(yùn)用多媒體技術(shù)更好的為學(xué)生提供生動(dòng)又豐富的知識(shí)，讓難度大的實(shí)驗(yàn)不斷變的簡(jiǎn)單，讓學(xué)生更容易的去接受知識(shí)。

2.3 充分利用計(jì)算機(jī)仿真軟件擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)規(guī)模和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)要改革，而設(shè)備又趕不上的話就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的操作和做實(shí)驗(yàn)的效果，很多實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備都很陳舊，而實(shí)驗(yàn)在不斷的改革，陳舊的設(shè)備就不能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)改革的需要，而且很多高校都在不斷擴(kuò)招，不斷增加的人數(shù)和實(shí)驗(yàn)的器材就存在矛盾，所以學(xué)校在擴(kuò)招的同時(shí)也應(yīng)該考慮到教學(xué)設(shè)備和規(guī)模的建設(shè)。各高校都越來(lái)越重視實(shí)驗(yàn)室的投入，尤其是加大了充分利用計(jì)算機(jī)仿真軟件擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)規(guī)模和解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足等問(wèn)題，特別是實(shí)踐教學(xué)這一塊，計(jì)算機(jī)模擬仿真軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大大提高學(xué)生的興趣同時(shí)，也彌補(bǔ)了設(shè)備陳舊和資金短缺問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)力度加大，配備專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室管理人員，常言道：功欲善其事，必先利其器。先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完善教學(xué)手段，必將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更好的為學(xué)生服務(wù)，更好的提高學(xué)生的知識(shí)技能。

2.4 用計(jì)算機(jī)輔助管理實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)環(huán)境，每次實(shí)驗(yàn)都是預(yù)先有老師或?qū)嶒?yàn)管理員做好相關(guān)的準(zhǔn)備，擺好實(shí)驗(yàn)的儀器，在實(shí)驗(yàn)之前講好整個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟，在下課的時(shí)候把儀器收起來(lái)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程都讓做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生很被動(dòng)，所以開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)管理有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，應(yīng)該開(kāi)設(shè)專門(mén)讓學(xué)生自由實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓有興趣的學(xué)生可以經(jīng)常去操作，在時(shí)間允許的情況下發(fā)揮自身的思維來(lái)很好的完成實(shí)驗(yàn)，開(kāi)拓思維，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中學(xué)到更多的東西。針對(duì)每個(gè)專業(yè)的學(xué)生在每個(gè)學(xué)期我們都會(huì)根據(jù)學(xué)生的要求開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室以方便學(xué)生練習(xí)。加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放力度，是各類實(shí)驗(yàn)課的有力補(bǔ)充，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室后，學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)、自己的時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣有利于提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，以及有時(shí)間完成在課堂上沒(méi)有完成的任務(wù)。通過(guò)輔助計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)軟件，提高實(shí)驗(yàn)室利用率的同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

總之，信息技術(shù)在科學(xué)探究中的作用越來(lái)越大，必須重視和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)和改革，不斷利用多媒體技術(shù)輔助，改善實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的整合在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段與信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，既是豐富實(shí)踐教學(xué)方式的渠道也是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的有效途徑。實(shí)實(shí)在在讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、觀察能力和創(chuàng)新思維能力得到發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳新華，萬(wàn)強(qiáng).虛擬實(shí)驗(yàn)在高校教學(xué)中的應(yīng)用[J].萍鄉(xiāng)高等?？茖W(xué)報(bào)，2013（12）：91-93.

[2]趙海英.影響物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的因素及改進(jìn)方法[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).2000（13）：66-67.

[3]黃家順，高校物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革初探[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2005（18）：103-105.

作者單位：欽州學(xué)院，廣西欽州 535099