韓永平

伴隨著現(xiàn)代教育事業(yè)不斷發(fā)展，老師開展教育教學(xué)活動也十分注重對先進科學(xué)技術(shù)的運用，現(xiàn)代信息技術(shù)的使用可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變得更加自主、高效。而虛擬仿真實驗作為一種實驗形式，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中占據(jù)著舉足輕重的地位，對虛擬仿真實驗進行有效運用可以彌補傳統(tǒng)物理實驗存在的諸多不足，使學(xué)生學(xué)習(xí)的自由度和靈活性得到提高，最終形成全空間和全過程的閉環(huán)教學(xué)模式，物理實驗教學(xué)效果也會得到極大提升[1]。本文結(jié)合傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)存在不足，從真實預(yù)習(xí)、虛實對照、隨時回溯等方面著手，探討虛擬仿真實驗在大學(xué)物理實驗教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用，以供參考。

1 傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)存在不足分析

采用傳統(tǒng)教學(xué)模式開展大學(xué)物理實驗教學(xué)，主要流程為學(xué)生進行自主預(yù)習(xí)，老師在課堂上對實驗背景、原理等進行介紹，并指導(dǎo)學(xué)生完成實驗和提交報告。整個教學(xué)過程中，容易受到課程設(shè)置時間、教學(xué)資源、學(xué)生學(xué)習(xí)空間等因素影響，致使物理實驗教學(xué)存在以下不足：

（1）預(yù)習(xí)過程無法控制，雖然現(xiàn)代教育十分提倡學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)，但是實際上很多學(xué)生無法完成預(yù)習(xí)工作，并且老師也無法對學(xué)生預(yù)習(xí)過程和效果進行監(jiān)控，即便是學(xué)生提交了預(yù)習(xí)報告，但是也會受到無法接觸實驗儀器影響，致使學(xué)生只能對實驗需要運用理論知識進行預(yù)習(xí)，無法起到提高實驗教學(xué)效率和質(zhì)量的作用。

（2）實驗過程演示較為困難，老師在開展物理實驗教學(xué)時，通常會對實驗原理、實驗思路設(shè)計、實驗手段等進行講解，而對整個實驗過程進行演示會受到課程設(shè)置時間的影響，只能夠快速完成操作，不利于學(xué)生精準把握實驗步驟，與能力提升，尤其是學(xué)生缺乏對整個實驗過程和結(jié)果準確性的科學(xué)判斷，以致于學(xué)習(xí)存在諸多疑問，學(xué)生實驗素質(zhì)、實踐能力、創(chuàng)新能力也無法得到有效培養(yǎng)。

（3）對照總結(jié)較為欠缺，在完成實驗教學(xué)以后，學(xué)生需要對物理實驗報告進行撰寫，然而操作中學(xué)生無法對物理教學(xué)過程進行回溯，導(dǎo)致相應(yīng)物理結(jié)果缺乏數(shù)據(jù)支撐，不利于學(xué)生就物理實驗結(jié)果進行深入理解、分析和討論，久而久之學(xué)生也會遺忘所需物理實驗知識[2]。

2 大學(xué)物理實驗教學(xué)設(shè)計中虛擬仿真實驗的應(yīng)用

2.1 真實預(yù)習(xí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供相同實驗環(huán)境

虛擬仿真實驗主要是利用現(xiàn)代計算機、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，對各種虛擬實驗環(huán)境進行創(chuàng)設(shè)，學(xué)生可以以交互的方式展開操作，并且操作時間和次數(shù)不受制約，為學(xué)生物理實驗預(yù)習(xí)提供極大便利。并且在虛擬仿真實驗中，所展現(xiàn)出的實驗儀器與真實環(huán)境相同，學(xué)生可以在虛擬仿真環(huán)境中，對這些物理實驗儀器進行觸碰和操作，整個過程中學(xué)生可以對物理實驗過程、具體操作步驟、試驗結(jié)果反饋等進行完整操作，既能夠?qū)λ獙W(xué)習(xí)物理實驗有一個全面、系統(tǒng)的了解，又能夠?qū)︻A(yù)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題及時記錄，以便于在實際課堂教學(xué)中向老師請教，也為物理實驗教學(xué)高效率和高質(zhì)量完成奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 虛實對照，將預(yù)習(xí)和講授結(jié)合起來

學(xué)生在完成課前物理實驗預(yù)習(xí)后，對實際課堂教學(xué)物理實驗項目內(nèi)容已經(jīng)有一個較為系統(tǒng)的了解，老師在開展課堂實驗講授時，學(xué)生也能緊跟老師教學(xué)思路，對物理實驗項目背景、操作目的、實施步驟等進行準確理解和掌握，針對預(yù)習(xí)過程中遇到的難點問題，也可以在課堂上及時指出來，與老師、同學(xué)交換意見和溝通討論，這些學(xué)習(xí)問題也能得到快速和準確解決，學(xué)生知識掌握也會更加牢靠[3]。此外，老師在課堂教學(xué)中還可以將真實實驗過程與虛擬實驗過程有效聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生在相互對照中進行學(xué)習(xí)和思考，不僅可以幫助學(xué)生有效掌握整個實驗，還能夠在腦海中構(gòu)建整個物理實驗結(jié)構(gòu)體系，學(xué)生實驗操作、思考探究等能力也會得到鍛煉和提升，大學(xué)物理實驗教學(xué)也會變得更加事半功倍。

2.3 隨時追溯，實現(xiàn)全空間、全過程閉環(huán)學(xué)習(xí)

在完成物理實驗教學(xué)以后，學(xué)生需要對實驗報告進行撰寫，實際執(zhí)行過程中無法避免的會出現(xiàn)缺少實驗步驟、忘記重要實驗數(shù)據(jù)等情況，究其原因在于學(xué)生物理實驗把握不夠牢靠，這時候就可以充分利用虛擬仿真實驗對整個實驗過程進行回顧，針對實驗步驟、實驗結(jié)果也能進行再次復(fù)習(xí)，針對存在疑問的地方也可以與老師以及其他同學(xué)進行深入研究和探討，最終在撰寫實驗報告過程中完成實驗學(xué)習(xí)總結(jié)，學(xué)生也可以在物理實驗追溯過程中發(fā)現(xiàn)自身學(xué)習(xí)存在的不足之處，并在不斷彌補和加強中掌握更多大學(xué)物理實驗學(xué)習(xí)方法，使物理教學(xué)效果進一步提升[4]。

3 虛擬仿真大學(xué)物理實驗教學(xué)設(shè)計——以牛頓環(huán)實驗為例

通過將虛擬仿真實驗與在線教學(xué)管理系統(tǒng)有效結(jié)合起來，使之構(gòu)成虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，將之運用到大學(xué)物理實驗教學(xué)中，不僅可以進行虛擬仿真實驗，還能夠?qū)W(xué)生實驗學(xué)習(xí)過程實施在線管理，甚至老師還可以將開展物理實驗涉及的理論難點、數(shù)據(jù)處理方法等信息資料融入系統(tǒng)當(dāng)中，以引導(dǎo)學(xué)生更加有效開展物理實驗學(xué)習(xí)和操作，整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)生與老師、學(xué)生與學(xué)生還能夠進行在線互動和交流，可以有效克服傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的時間空間不足、溝通交流缺乏等問題，并為學(xué)生大學(xué)物理實驗學(xué)習(xí)建立起全新的全時間、全過程和全閉環(huán)教學(xué)模式。

大學(xué)開展牛頓環(huán)物理實驗本質(zhì)目的在于用牛頓環(huán)測曲率半徑，并通過實驗教學(xué)讓學(xué)生觀察等厚干涉現(xiàn)象和了解等厚干涉原理，進而掌握測定凸透鏡曲率半徑的方法，對讀數(shù)顯微鏡用法也能準確掌握。為了確保牛頓環(huán)實驗教學(xué)效果，老師就可以將虛擬仿真實驗應(yīng)用到實際教學(xué)中，整個教學(xué)過程為：

（1）預(yù)習(xí)階段，學(xué)生通過虛擬仿真教學(xué)管理系統(tǒng)，對牛頓環(huán)實驗進行預(yù)習(xí)，老師也可以設(shè)置理論和實際操作試題，讓學(xué)生在完成實驗預(yù)習(xí)以后做題，老師通過學(xué)生預(yù)習(xí)試題完成情況，可以對學(xué)生實驗預(yù)習(xí)整體情況有一個大致了解，在實際教學(xué)中就可以對學(xué)生預(yù)習(xí)普遍存在問題進行詳細講解，以確保最終實驗教學(xué)質(zhì)量。

（2）教師授課，老師通過學(xué)生預(yù)習(xí)試題完成情況，可以對學(xué)生牛頓環(huán)理論和實驗操作具體情況加以把握，針對學(xué)生存在的半反半透鏡使用不熟練、實驗設(shè)計原理掌握不足等問題，在課堂上進行側(cè)重講授，讓學(xué)生光路調(diào)節(jié)和實驗數(shù)據(jù)處理更加科學(xué)和規(guī)范，在實驗原理部分則可以通過詳細介紹牛頓環(huán)原理設(shè)計一些應(yīng)用，如：增透膜、增反膜功能設(shè)計思路等，在實驗演示部分則要進一步強調(diào)學(xué)生顯微鏡、牛頓環(huán)操作注意事項，以達到彌補缺漏和強化學(xué)生實驗掌握目的。

（3）課后總結(jié)，在完成教學(xué)以后，老師可以通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)與學(xué)生展開密切溝通和交流，并及時指出學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬仿真實驗進行復(fù)習(xí)，針對想不通的問題及時聯(lián)系老師和同學(xué)進行請教和討論，不僅可以及時解決學(xué)習(xí)遇到難題，還能夠增強學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自信心，使物理實驗教學(xué)效率和質(zhì)量得到顯著提高[5]。

4 結(jié)語

本文是基于對大學(xué)物理實驗教學(xué)設(shè)計中虛擬仿真實驗應(yīng)用的分析，對虛擬仿真實驗加以運用，可以打破傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)時間和空間桎梏，讓學(xué)生學(xué)習(xí)更加自由和靈活，相應(yīng)物理實驗教學(xué)效率和質(zhì)量也會得到極大提高。實踐應(yīng)用中老師也要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)實際，積極引入虛擬仿真實驗，引導(dǎo)學(xué)生在真實實驗環(huán)境中進行預(yù)習(xí)，并在實際教學(xué)中將真實實驗過程與虛擬仿真實驗過程進行比較分析，幫助學(xué)生對整個實驗過程進行全面掌握，在有效解決重難點問題基礎(chǔ)上，提高學(xué)生實驗操作、思考探究等能力，最后通過虛擬仿真實驗回顧，可以引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)習(xí)物理實驗進行回顧和復(fù)習(xí)，進一步增強大學(xué)物理實驗教學(xué)有效性。