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摘要：本文分析了在近代物理实验教学中引入虚拟仿真技术的意义，探索了仿真实验辅助近代物理实验的教学路线，形成了电子教案理论指导—虚拟仿真软件预习操作—物理实验测量检验的物理实验教学新模式，归纳总结了教改实施的效果。
关键词：近代物理实验；虚拟仿真；教学模式；实施效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）06-0213-02
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，適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，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规律，把理论教学与实验教学有机地融为一个整体，改革传统实验教学模式，丰富教学内容[4]，师生互动，调动学生学习实验的积极性和主动性，提高实验教学质量，节约实验经费开支，建立具有一定推广价值的人才培养实践教学新模式，促进学生研究能力、创新意识和综合素质的全面提高。
参考文献：
[1]韩振海.VirtualLab虚拟仿真在物理光学中的应用[J].河西学院学报，2016，32（5）：32-38.
[2]腾香.近代物理虚拟仿真实验系统的开发研究与实践[J].渤海大学学报，2015，36（3）：204-207.
[3]李明标.波尔兹曼常数的Multisim仿真实验测试[J].渤海大学学报，2017，38（3）：200-204 .
[4]李明标，陈维石，孙爽，舒天爽.单摆法测量空气密度实验分析[J].渤海大学学报，2016，37（4）：322-325.
关键词：近代物理实验；虚拟仿真；教学模式；实施效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）06-0213-02
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，適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，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规律，把理论教学与实验教学有机地融为一个整体，改革传统实验教学模式，丰富教学内容[4]，师生互动，调动学生学习实验的积极性和主动性，提高实验教学质量，节约实验经费开支，建立具有一定推广价值的人才培养实践教学新模式，促进学生研究能力、创新意识和综合素质的全面提高。
参考文献：
[1]韩振海.VirtualLab虚拟仿真在物理光学中的应用[J].河西学院学报，2016，32（5）：32-38.
[2]腾香.近代物理虚拟仿真实验系统的开发研究与实践[J].渤海大学学报，2015，36（3）：204-207.
[3]李明标.波尔兹曼常数的Multisim仿真实验测试[J].渤海大学学报，2017，38（3）：200-204 .
[4]李明标，陈维石，孙爽，舒天爽.单摆法测量空气密度实验分析[J].渤海大学学报，2016，37（4）：322-325.