论文部分内容阅读
摘 要：物理实验教学过程中,仿真实验可以起到缓解实验室硬件资源不足、提高实验教学效果的作用，并营造多元化教学模式；尽管仿真实验在实验教学过程中起到了一定的积极作用，但同时也存在一定的弊端。通过实际教学的探索和实践，讨论了物理仿真实验在教学中的积极作用和不足之处。
关键词：仿真实验；物理实验；创新
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）06-0039-02
物理实验是物理学和科学实验的重要部分，在物理学的创立和发展中物理实验占有十分重要的地位，同时在推动其他科学、工程技术的发展中也起到重要的作用。
大学物理实验是学生进入大学后接收系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工类各专业学生进行科学试验训练的重要基础。它的目的是:（1）培养学生的以下几方面的科学实验工作能力：即正确使用仪器、进行测量、出来数据、分析结果以及撰写实验报告等，使学生初步掌握实验科学的思想和方法；（2）培养学生的创新意识和科学思维，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的创新能力和分析能力；（3）提高学生的科学素养，培养学生严格、细致、实事求是、认真严肃、一丝不苟的科学态度，培养学生积极主动的探索精神以及团结合作、爱护国家财产的道德品质；（4）培养学生善于动脑、乐于动手、讲究科学方法、遵守操作规程、注意安全等科学习惯［1］。总之，是为学生今后的学习和工作奠定一个良好的实验基础。
一、物理实验教学中存在的问题
（一）由于学校扩招及多很实验设备耗资太大、实验室不能购买等原因，很多高校实验室存在仪器设备落后、实验项目单一等问题［2］。严重制约了实验教学质量的提高及实验室的建设和发展，不利于培养与时俱进的人才。
（二）每个实验开始之前，都要求学生进行预习，但是学生在写预习实验报告时［3］，往往是照抄照搬教材上的内容，对于实验原理、设备、操作步骤和操作过程中的注意事项根本没有用心去阅读并体会，这样的应付性劳动，极大的限制了学生的思维。
二、物理仿真实验在教学中的积极作用
（一）提高教学质量和效率
物理仿真实验是虚拟环境下进行的实验，实验仪器主要是虚拟仪器，只需购置计算机等少量的硬件资源和软件《大学物理仿真实验》即可开设实验。《大学物理仿真实验》分为三部分，包含了凯特摆测重力加速度、核磁共振、螺线管磁场及其测量、检流计的特性、单透镜物理实验、分光计实验、空气比热容比测定、电子荷质比的测定、杨氏模量、迈克耳逊干涉仪、牛顿环测量曲率半径、介电常数的测量等丰富的实验内容，只要将仿真软件安装到计算机上，就可以进行软件里面的任何实验，这就解决了实验室仪器设备落后、实验项目单一的问题，而且由于有丰富的资源,更有利于学生自主开发实验,故更利于培养学生的创造能力和创新思维。有些实验仪器比较昂贵，易于损耗，普通高校一般难以开出［4］。而仿真实验能营造一个虚拟的实验环境使无法开设的实验得以开设，学生只要在装有《大学物理仿真实验》软件的电脑上就能进行整个实验的操作，并且能看到測量结果完成实验。由于是在虚拟环境下进行的实验，所以不存在仪器设备的损坏，操作者的心理压力小，更乐于去动手，在操作过程中遇到问题解决问题。
仿真实验是一种新的实验方式，它利用计算机把实验目的、实验仪器、实验内容、教师指导和学生操作有机地融为一体［4］。如果学生在做实验之前没接触过该实验仪器，很多学生就会拿着书与仪器的部件一一进行对照，甚至在不清楚仪器正确使用方法和操作注意事项的情况下而进行了错误的操作，导致实验中断、仪器损坏。仿真实验中实验仪器的关键部位能够拆卸，增强学生对仪器功能的熟悉和使用方法的训练。而如果课前学生通过仿真实验进行预习，对实验所用仪器的整体结构建立起直观的认识后，那么上面损坏仪器的情况出现的几率就会大大降低。比如分光计的调整与使用实验，每台仪器近乎万元，让学生在对仪器毫不熟悉的情况下直接接触实验仪器会增加仪器受损的风险。所以我们首先进行分光计的仿真实验教学,学生通过仿真实验的学习，对仪器的结构和调试技术有了整体认识，而通过计算机操作，也掌握了一定的操作技巧，然后我们再让学生去做相关实物实验。而对于实验难度较高的实验,也是先进行仿真实验教学,再进行实物实验,如此就缩短了做实验的时间。通过仿真实验的学习后,学生对实验有一个整体的认识,然后在进行实物实验时会感到心中有数，操作起来更轻松，这样就大大提高了实验教学的效率和质量。
（二）营造多样化教学环境［5］。我们学院专门拿出一间计算机机房作为物理仿真实验室，每周周一至周五开放，学生可以随时去进行实验操作。如果学生自己拥有计算机，便可在课外继续实验亦可以通过网络进行自学，为学生对实验的课前预习和课后复习带来了方便。计算机仿真实验使实验教学走出实验室,克服了实验教学长期受到场地、课时限制的困扰,使实验教学内容在时间和空间上得到延伸，学生能够充分的学习和掌握实验教学内容［5］，这也利于学生根据自己的兴趣选择实验,可满足不同层次学生的需求，极大的调动了学生学习的积极性。
（三）对于实物实验,实际操作中由于仪器的缺陷、实验环境以及人为不当操作等因素的影响,致使结果误差较大,从而影响学生对实验的兴趣。仿真实验采用虚拟的实验环境,最大限度地避免了实际中存在的各种不利因素,实验结果较准确,所以通过仿真实验可以极大地增强学生科学实验的信心,有利于培养学生实事求是的科学实验态度,是对传统实验一个有益的必要的补充［2］。
三、仿真实验在教学中的不足之处
尽管仿真实验在实验教学过程中有一定的积极作用，但它仍具有有一定的局限性。一方面，仿真实验中的仪器相对比较精确,使学生不能通过数据处理、误差分析等环节训练来体验和分析产生误差的主要原因。另一方面，在使用仿真软件的过程中，对仪器的操作主要是通过鼠标点击来实现，缺乏真实感，并且缺少实际动手的机会，从而减少了学生在实验中遇到实验故障并排除故障的机会。
四、结论
综上所述，我们清楚的知道，仿真实验不能完全取代实物实验，为了更好的教学质量，最好的办法是在教学过程中将仿真实验与实物实验相结合,正确处理好仿真实验与实物实验之间的关系［6］，开创物理实验教学的新模式，使仿真实验在教学中起到应有的作用。
参考文献：
\[1\]向必纯,马景琦,包兴明,李筱柏.大学物理实验\[M\].成都:西南交通大学出版社,2008:1-3.
\[2\]黄英群,王秀娥,俱海浪.计算机仿真实验在物理实验教学中的作用\[J\].大学物理实验,2011,(2):91-92.
\[3\]吴晶晶.物理仿真实验在大学物理实验教学中的地位\[J\].中小企业管理与科技,2010,(8):164-164.
\[4\]程阳.物理仿真实验教学心得\[J\].数理医药学杂志,2009,(2):241-242.
\[5\]王晓蒲,霍煎青,杨旭.大学物理仿真实验和教学实践\[J\].物理实验,2001,(1):28-29.
\[6\]原安娟,段苹,王吉友.基于大学物理实验的虚拟仪器探讨\[J\].大学物理实验,2007,(4):70-72.
关键词：仿真实验；物理实验；创新
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）06-0039-02
物理实验是物理学和科学实验的重要部分，在物理学的创立和发展中物理实验占有十分重要的地位，同时在推动其他科学、工程技术的发展中也起到重要的作用。
大学物理实验是学生进入大学后接收系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工类各专业学生进行科学试验训练的重要基础。它的目的是:（1）培养学生的以下几方面的科学实验工作能力：即正确使用仪器、进行测量、出来数据、分析结果以及撰写实验报告等，使学生初步掌握实验科学的思想和方法；（2）培养学生的创新意识和科学思维，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的创新能力和分析能力；（3）提高学生的科学素养，培养学生严格、细致、实事求是、认真严肃、一丝不苟的科学态度，培养学生积极主动的探索精神以及团结合作、爱护国家财产的道德品质；（4）培养学生善于动脑、乐于动手、讲究科学方法、遵守操作规程、注意安全等科学习惯［1］。总之，是为学生今后的学习和工作奠定一个良好的实验基础。
一、物理实验教学中存在的问题
（一）由于学校扩招及多很实验设备耗资太大、实验室不能购买等原因，很多高校实验室存在仪器设备落后、实验项目单一等问题［2］。严重制约了实验教学质量的提高及实验室的建设和发展，不利于培养与时俱进的人才。
（二）每个实验开始之前，都要求学生进行预习，但是学生在写预习实验报告时［3］，往往是照抄照搬教材上的内容，对于实验原理、设备、操作步骤和操作过程中的注意事项根本没有用心去阅读并体会，这样的应付性劳动，极大的限制了学生的思维。
二、物理仿真实验在教学中的积极作用
（一）提高教学质量和效率
物理仿真实验是虚拟环境下进行的实验，实验仪器主要是虚拟仪器，只需购置计算机等少量的硬件资源和软件《大学物理仿真实验》即可开设实验。《大学物理仿真实验》分为三部分，包含了凯特摆测重力加速度、核磁共振、螺线管磁场及其测量、检流计的特性、单透镜物理实验、分光计实验、空气比热容比测定、电子荷质比的测定、杨氏模量、迈克耳逊干涉仪、牛顿环测量曲率半径、介电常数的测量等丰富的实验内容，只要将仿真软件安装到计算机上，就可以进行软件里面的任何实验，这就解决了实验室仪器设备落后、实验项目单一的问题，而且由于有丰富的资源,更有利于学生自主开发实验,故更利于培养学生的创造能力和创新思维。有些实验仪器比较昂贵，易于损耗，普通高校一般难以开出［4］。而仿真实验能营造一个虚拟的实验环境使无法开设的实验得以开设，学生只要在装有《大学物理仿真实验》软件的电脑上就能进行整个实验的操作，并且能看到測量结果完成实验。由于是在虚拟环境下进行的实验，所以不存在仪器设备的损坏，操作者的心理压力小，更乐于去动手，在操作过程中遇到问题解决问题。
仿真实验是一种新的实验方式，它利用计算机把实验目的、实验仪器、实验内容、教师指导和学生操作有机地融为一体［4］。如果学生在做实验之前没接触过该实验仪器，很多学生就会拿着书与仪器的部件一一进行对照，甚至在不清楚仪器正确使用方法和操作注意事项的情况下而进行了错误的操作，导致实验中断、仪器损坏。仿真实验中实验仪器的关键部位能够拆卸，增强学生对仪器功能的熟悉和使用方法的训练。而如果课前学生通过仿真实验进行预习，对实验所用仪器的整体结构建立起直观的认识后，那么上面损坏仪器的情况出现的几率就会大大降低。比如分光计的调整与使用实验，每台仪器近乎万元，让学生在对仪器毫不熟悉的情况下直接接触实验仪器会增加仪器受损的风险。所以我们首先进行分光计的仿真实验教学,学生通过仿真实验的学习，对仪器的结构和调试技术有了整体认识，而通过计算机操作，也掌握了一定的操作技巧，然后我们再让学生去做相关实物实验。而对于实验难度较高的实验,也是先进行仿真实验教学,再进行实物实验,如此就缩短了做实验的时间。通过仿真实验的学习后,学生对实验有一个整体的认识,然后在进行实物实验时会感到心中有数，操作起来更轻松，这样就大大提高了实验教学的效率和质量。
（二）营造多样化教学环境［5］。我们学院专门拿出一间计算机机房作为物理仿真实验室，每周周一至周五开放，学生可以随时去进行实验操作。如果学生自己拥有计算机，便可在课外继续实验亦可以通过网络进行自学，为学生对实验的课前预习和课后复习带来了方便。计算机仿真实验使实验教学走出实验室,克服了实验教学长期受到场地、课时限制的困扰,使实验教学内容在时间和空间上得到延伸，学生能够充分的学习和掌握实验教学内容［5］，这也利于学生根据自己的兴趣选择实验,可满足不同层次学生的需求，极大的调动了学生学习的积极性。
（三）对于实物实验,实际操作中由于仪器的缺陷、实验环境以及人为不当操作等因素的影响,致使结果误差较大,从而影响学生对实验的兴趣。仿真实验采用虚拟的实验环境,最大限度地避免了实际中存在的各种不利因素,实验结果较准确,所以通过仿真实验可以极大地增强学生科学实验的信心,有利于培养学生实事求是的科学实验态度,是对传统实验一个有益的必要的补充［2］。
三、仿真实验在教学中的不足之处
尽管仿真实验在实验教学过程中有一定的积极作用，但它仍具有有一定的局限性。一方面，仿真实验中的仪器相对比较精确,使学生不能通过数据处理、误差分析等环节训练来体验和分析产生误差的主要原因。另一方面，在使用仿真软件的过程中，对仪器的操作主要是通过鼠标点击来实现，缺乏真实感，并且缺少实际动手的机会，从而减少了学生在实验中遇到实验故障并排除故障的机会。
四、结论
综上所述，我们清楚的知道，仿真实验不能完全取代实物实验，为了更好的教学质量，最好的办法是在教学过程中将仿真实验与实物实验相结合,正确处理好仿真实验与实物实验之间的关系［6］，开创物理实验教学的新模式，使仿真实验在教学中起到应有的作用。
参考文献：
\[1\]向必纯,马景琦,包兴明,李筱柏.大学物理实验\[M\].成都:西南交通大学出版社,2008:1-3.
\[2\]黄英群,王秀娥,俱海浪.计算机仿真实验在物理实验教学中的作用\[J\].大学物理实验,2011,(2):91-92.
\[3\]吴晶晶.物理仿真实验在大学物理实验教学中的地位\[J\].中小企业管理与科技,2010,(8):164-164.
\[4\]程阳.物理仿真实验教学心得\[J\].数理医药学杂志,2009,(2):241-242.
\[5\]王晓蒲,霍煎青,杨旭.大学物理仿真实验和教学实践\[J\].物理实验,2001,(1):28-29.
\[6\]原安娟,段苹,王吉友.基于大学物理实验的虚拟仪器探讨\[J\].大学物理实验,2007,(4):70-72.