虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

周群　郭露芳　林立華

摘要：針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出了基于開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思想和理念，把大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)與開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，對(duì)如何培養(yǎng)工科類院校本科生的探索創(chuàng)新能力進(jìn)行了探索和研究，從而總結(jié)出一種全新的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為開拓視野、擴(kuò)展知識(shí)和培養(yǎng)應(yīng)用型人才做出了一些嘗試。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn)；開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003 6970.2016.05.009

本文著錄格式：周群，郭露芳，林立華.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].軟件，2016，37（5）：31-33

0.引言

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理，是目前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要內(nèi)容。如何有效提高實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生的開放以及為學(xué)生提供實(shí)踐學(xué)習(xí)條件是教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容。在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和課堂效率，既可以推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)和優(yōu)化，可以有效提升學(xué)生創(chuàng)新能力。目前，仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已逐漸地應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中，將來勢(shì)必會(huì)在所有高校普及。大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)營造了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，在大面積開設(shè)開放性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。

1.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的必要性

由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式仍然是目前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要形式，即學(xué)生到固定時(shí)間和地點(diǎn)完成預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這種封閉式教學(xué)方式以驗(yàn)證或重現(xiàn)課本知識(shí)為主，極不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造精神，不利于學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先應(yīng)讓全體師生從思想上加強(qiáng)重要性的認(rèn)識(shí)，教師應(yīng)更新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，積極創(chuàng)設(shè)條件加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效開放。學(xué)生應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)在個(gè)人思維能力、分析和解決問題能力，尤其是創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)方面的重要性，充分發(fā)揮個(gè)人主觀能力性，積極思考，大膽實(shí)驗(yàn)，使自身綜合素質(zhì)不斷提高。

筆者所在的大學(xué)物理物理實(shí)驗(yàn)中心近三年來一直開設(shè)創(chuàng)新開放課程，每學(xué)期有一百多名學(xué)生選修該課程。學(xué)生以自學(xué)和小組討論學(xué)習(xí)為主，教師負(fù)責(zé)答疑和指導(dǎo)。學(xué)生需完成8個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，期末考試成績?yōu)槠綍r(shí)討論發(fā)言得分、實(shí)驗(yàn)報(bào)告得分以及期末的PPT匯報(bào)得分三者綜合。

2.仿真實(shí)驗(yàn)在開放式教學(xué)上的優(yōu)勢(shì)

大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)是用軟件對(duì)儀器形狀進(jìn)行建模，制作動(dòng)畫，并通過編程使得儀器能與操作者進(jìn)行交互。它能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：拖動(dòng)鼠標(biāo)連接儀器、設(shè)定參數(shù)、調(diào)節(jié)儀器、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖l所示。

目前，建立開放實(shí)驗(yàn)室需要解決的問題很多，如：開放實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)選題多，教師要超時(shí)上課；學(xué)生自由操作儀器，損壞率會(huì)提高；為不斷提高學(xué)生興趣，根據(jù)實(shí)際情況須不斷地更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和儀器，開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)行給實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理帶來了新的問題；開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目耗時(shí)長，經(jīng)常使開放時(shí)間延長到課余和節(jié)假日。這一系列的問題都給開放性實(shí)驗(yàn)造成了障礙。而仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)性、研究性，為學(xué)生提供了自由的教學(xué)環(huán)境，克服了面向大面積學(xué)生開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)受到實(shí)驗(yàn)課時(shí)等困難。

3.仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性課程，其教學(xué)的核心任務(wù)是通過對(duì)儀器設(shè)備的具體操作，達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的目的。因此以物理實(shí)物實(shí)驗(yàn)為核心是不能變的，仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)定位于實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的一種補(bǔ)充。將物理實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，才能收到最佳的教學(xué)效果。物理仿真實(shí)驗(yàn)作為一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，如何能更好服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

物理仿真實(shí)驗(yàn)可以模擬很多物理現(xiàn)象及因果關(guān)系，通過它可以把理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地融為一體，克服過去兩種教學(xué)方式截然分離的狀況。

筆者所在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心帶學(xué)生開放性實(shí)驗(yàn)之前，要求學(xué)生先利用仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（如圖2所示）進(jìn)行預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、儀器的功能和調(diào)節(jié)方法掌握后再進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，這樣大大縮短了做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)后，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、儀器結(jié)構(gòu)、調(diào)試技術(shù)等有了一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，做實(shí)物實(shí)驗(yàn)會(huì)感到胸有成竹，進(jìn)行起來很輕松。這樣大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率，也激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，物理實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了嶄新面貌，改變了學(xué)生認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)古老陳舊的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位。因此物理仿真實(shí)驗(yàn)作為一種既先進(jìn)又重要的預(yù)習(xí)、講解及演示手段，充分發(fā)揮其作用，它才能更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4.結(jié)束語

利用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)的輔助教學(xué)，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，作為一種學(xué)習(xí)知識(shí)的方法，具有極大的吸引力，為課堂注入了新的生機(jī)，能更好的幫助學(xué)生理解并掌握物理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效果。建立和健全多種開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，構(gòu)建多層次、全方位、立體化的實(shí)驗(yàn)室開放管理體系，將有助于培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、動(dòng)手能力強(qiáng)、能較好適應(yīng)社會(huì)需要的新型應(yīng)用型高層次人才。