虚拟仿真技术在近代物理实验教学中的探讨-2019年文档

1、虚拟仿真技术在近代物理实验教学中的探讨一、引言虚拟仿真技术对高等教育发展影响广泛， 它改变了以往传统的教学模式， 为高等教育教学的开展提供了先进的手段。 教育部在大学物理实验课程教学基本要求中明确提出，在教学模式和方法上要“充分利用包括网络技术、 多媒体教学软件等在内的现代教育技术， 营造多元化的教学模式”等基本要求。 将虚拟仿真技术引入实验教学，对于促进近代物理实验教学方法的改革具有现实意义。 在培养学生实验基本技能方面， 实际动手进行操作是必要的步骤，但对在复杂的物理实验中，由于设备、材料费用等，虚拟仿真实验在软件设计的引导下完成实验的每一步，变得更为直观，并且容易做到 1 。对开放性、创

2、新性实验，虚拟仿真实验的教学模式更为有效， 特别是对实验数据的整理、 实验结果的分析， 以及撰写实验报告等环节， 都可由仿真软件进行处理并得出正确结论， 在计算机上无纸化完成。 如果普通物理实验在于打好实验基础， 近代物理实验则注重分析、 解决物理问题能力的培养，那么在较复杂、难理解的近代物理实验项目中，应用虚拟仿真技术进行模拟实验更为简便易行， 适合学生独立操作完成，优势明显。为此，应用虚拟仿真实验系统教学，建立近代物理实验教学新模式，保持与教育部的基本要求相一致， ?m合当今教育发展需求，紧跟时代发展步伐。二、探索仿真实验辅助近代物理实验的教学模式近代物理实验作为高等院校的专业课程实验，教

3、学内容复杂，任务量大，受实验仪器、实验材料等制约因素较多，这是实验教学所面临的突出问题。 合理有效地利用好有限的设备、 材料和师资资源，在一定的时间、空间获得较好的教学效果，是我们研究探讨的重要课题。 为了解决这一矛盾， 有必要在实验教学中引入模拟仿真实验教学手段，探索仿真实验辅助教学新模式。开发制作近代物理实验电子教案， 实现实验的辅助讲解， 可调动学生参与实验的积极性， 激发学生的学习兴趣； 应用交互式仿真实验软件，指导学生进行预习、复习，打破传统实验教学一贯的单一模式， 为实验教学提供更为方便灵活、 宽松自主的教学方法；在实验上，仿真实验拓展了有限的课堂教学时间，为学生展示实验原理， 验

4、证实验数据； 利用仿真实验对实验相关理论进行分析，对实验的历史背景和意义进行讲解， 对实验现象进行演示，使仿真实验成为连接理论教学与实验教学的纽带， 形成电子教案理论指导模拟仿真软件预习操作物理实验测量检验的仿真实验辅助教学、 理论与实践相结合的一种崭新教学模式。 虚拟教学课件的设计由简单到复杂， 操作由简到繁，内容由少到多，使教学内容循序渐进， 不断深入。 学生实验也从打好实验基础起步，到实验技能的养成，进而到实验技能的提高。对教学内容进行层次性划分， 使学生实验能力的提高分层进行。 随着实验层次的不断提高， 学生的实验能力不断提高， 课堂实验的学习状态也发生了改变，由过去等教师讲解、演示，

5、有问题依赖教师解决，变为自己独立研讨解决。随着教学改革的不断深入，逐渐实现从以教师为中心向以学生为中心、教师辅助指导的教学模式转变，以灌输式教学向边学边做的研究性教学模式转变，提高学生的实验操作技能，提升实践综合素质。三、虚拟仿真技术辅助近代物理实验教学的效果通过两年的教学实践， 虚拟仿真技术辅助近代物理实验教学的模式取得了良好的效果，激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率，增加了实践操作能力。1. 改革传统实验教学模式。 在物理实验教学中应用虚拟仿真技术，改变传统教学以教师为主的讲授、演示的教学方法，由教师指导学生进行虚拟实验设计， 自主学习， 实现经过教师的指导由学生自主完成实验。 学生在实

6、验中能够通过观察提出假设， 学会使用仿真交互实验教学平台，使之成为提供必要反馈的窗口。通过观察屏幕提示，逐步进行思考、选择，由浅入深地探索物理现象的本质，通过反复实验操作，提高分析能力和创造能力。2. 激发学生学习热情。应用虚拟仿真技术，可以通过文字、声音和图像声情并茂地展示物理实验现象，把涉及的理论知识、物理现象、 实验过程形象地展现在学生的面前。 通过对书中难于理解、较抽象的内容进行图形化、 形象化处理， 使学生耳濡目染，有身临其境的感觉， 以此激发学生学习实验的热情。 学生在仿真软件上预习相关实验内容后，进行模拟操作 3 ，可以避免实验中的操作失误，提高实验操作效率。3. 取得较好的学习

7、效果。虚拟仿真技术通过对声音、文字、图形、视频等信息的存储再现处理，突出了形象性，增强了感染力，填补了传统实验教学的不足。学生通过多感官来获取信息，提高信息获得效率。 虚拟仿真技术打破时空限制， 可以恰如其分地演示一些抽象的、 复杂的、不便直接观察远离人们日常生活经验的自然过程和现象 2 ，多角度、全方位地展示物理科学内涵，丰富实验教学内容， 使学生既能看得见又能听得到， 还能动手操作，通过讨论、交流，用自己的分析得出结论。知识的获得，远远好于传统教学效果。4. 建设辅助教学平台。 虚拟仿真技术教学为师生提供了一个崭新的学习平台， 学生可以通过阅读电子教案、 学习课件对相关实验进行预习，回答问

8、题，检测预习结果，在检测题答对一定比例后，才能进入虚拟仿真实验阶段。在完成仿真实验的过程中，学生预习时发现问题可及时向教师提出、 发表自己的意见， 并同教师进行讨论， 教师也便于了解学生的实验操作情况， 以保证学生在后续物理实验中的操作的正确性。 虚拟实验完成后， 再进行物理实验，分析比较仿真实验和物理实验的步骤、数据及结果，加深对实验原理的理解。5. 节约实验经费。 虚拟仿真实验可以解决实验室仪器数量不足的问题， 避免仪器损坏， 并可模拟大型实验“仪器”操作及复杂的物理现象，节约实验材料经费。随着现代物理理论的发展，常规的实验仪器和实验方法已远远无法满足实验要求， 如晶体结构研究、核实验、辐射实验等。应用虚拟仿真技术，可以将目前新技术测得的大数据通过信息处理， 用图像的方式直接地展现于学生面前，便于他们了解掌握。四、结语结合学校实验设备具体情况， 把虚拟仿真技术引入传统近代物理实验教学， 实现传统教学方式向现代教学方式的转化， 将硬件实验验证方式向多元化实验方式转移，让实验不再受任何约束、限制，学生可在计算机上进行虚拟仿真实验，为其创建良好的实验环境。 通过虚拟仿真实验引入新的概念和