仿真实验

仿真与大学物理实验

作者：杜军

来源：《科技创新导报》2011年第10期

杜军

(天津职业技术师范大学天津300222)

摘要:本文分析目前实验教学现状、阐述了发展教育技术,营造多元化教学模式的必要性,

并且具体阐述了大学物理仿真实验教学的作用及效果,说明仿真实验与实物实验的辨证关系。

关键词:仿真实验实物实验作用与关系

中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1674-

098X(2011)04(a)-0233-01

引言

计算机技术和网络通信的高速发展,使当今社会进入了知识经济的信息时代,教育将作为这

个时代发展的重要支柱,受到社会各领域及各国政府的普遍关注和重视。20世纪80年代出现了

CAI,90年代又出现了网络教育,二者结合已成为当前教学手段的主要内容。它将形成一个崭新

的教学环境,使教育打破各种限制,发生深刻的变化,但这种教学的更新是依靠具体的教学媒体创

新来实现的。大学物理仿真实验就是一个具有代表性的创新媒体,它利用软件虚拟仪器,建立虚

拟实验环境。学习者可以在这种环境中操作仪器模拟真实的实验过程,达到学生动手能力、学习

实验技能、深化理解物理知识的目的。针对实验教学中的一些问题,利用计算机进行仿真,能较

好预习实验,完成实验,复习实验。是一种非常有效的教学手段。因此,仿真在实验教学中起者非

常重要的作用。

1物理实验教学的现状

大学物理实验的总体现状,从宏观来看,缺乏创新教育的底蕴,无法满足知识经济的需求,缺

乏信息时代与学习化社会的特征。从自身微观结构来看:现行实验课程体系仍然缺乏灵活性、综

合性、与超前性,缺乏研究性设计性内容,没有人性化教与学的时间与空间。具体而言,大学物理

实验教学中仍然存在着以下问题;重单纯的知识传授而忽视获取新知识能力的培养;教学内容纳

陈守旧而缺乏积极的推陈出新;灌输知识为主要倾向而不是营造积极学习的个性环境,主观与客

观上都缺乏运用现代媒体的习惯。大学物理实验要跟上信息时代的步伐,必须进行实验的现代化

改革,必须将现代化信息教育技术的理念与手段运用到大学物理实验中来,其必要性与迫切性是

显而易见的。

2仿真实验在教学中的作用

物理实验教学,在学生科学素质、创新能力培养方面,起着非常重要的作用,是理论教学所不

能替代的。但是实验教学质量的提高,长期受到各种物质经济条件的困扰,很多实验因为耗资过

大,仪器昂贵无法开设。而仿真实验系统能营造一个虚拟的实验环境使无法开设的实验得以开设,

使未做过实验的学生通过仿真实验对整体环境、所用仪器的整体结构建立起直观的认识。仪器

的关键部位可拆卸,可解剖进行调整并实时观察仪器的各种指标和内部结构的动作,增强了熟悉

仪器功能和使用方法的训练。

在实验中仪器实现了模块化,学生可对提供的仪器进行选择和组合,用不同的方法完成同一

实验目标,培养学生的设计思考能力和对不同实验方法的好坏、误差大小的比较、判断能力。

仿真实验通过实验解剖教学过程,体现教学思想的指导,使学生必须在理解的基础上认真思

考才能正确操作,克服了实际实验中出现的盲目操作和实验走过场的现象,使学生切实受益,大大

提高了物理实验教学的质量和水平。

对实验的相关理论进行了演示和讲解,使仿真实验成为连接理论教学和实验教学,培养学生

理论与实践相结合思维的一种崭新教学模式。实验中待测的物理量可以随机产生,以适应同时实

验的不同学生和同一学生的不同次操作。对实验误差也进行了模拟,以评价实验质量的优良。仿

真实验系统所提供的信息比实际系统丰富得多。对仿真实验,由于是在仿真环境下进行,不怕误

操作而引起的设备损坏,对实验者的压力减小,因此学生们就更敢于动手。由于软件的灵活性和

资源的丰富性,更有利于实验者自主开发实验,因而更有利于培养学生的创新思维和创造能力。

此外,仿真实验的更新换代容易,能够保证实验的先进性,能给学生们一个清晰、形象的感性认识,

也能弥补一些昂贵实验仪器的不足。随着网络技术的不断发展,仿真实验应用于网络教学,便于

学生业余学习与资源共享。

对于一些大型仪器或实验难度高的实验,先利用仿真实验进行预习,对实验的原理、仪器的

功能和调节方法掌握后再进行实物实验,这样大大缩短了做实验的时间学生通过仿真实验后,有

了一个整体的认识,做实物实验时会感到胸有成竹,进行起来很轻松。这样大大提高了实验教学

的质量和效率。减轻了学生学习的负担,激发了学生创新热情,增强了他们将来自觉应用高科技

去解决科学研究和生产中的各种实际问题的意识。

做为一个开放的实验室,仿真实验打破了时间和空间的局限。学生可在课外继续实验亦可以

通过网络在任何地点自学。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。

此外,还可以进行人机对话,极大的调动了学生学习的积极性。

3仿真实验与实物实验的辩证关系

虽然仿真实验既有利于教师的教,也有助于学生的学,但它仍是有一定的局限性。仿真实验

新颖有趣,但与实物实验仍有距离感,因此不能用计算机仿真实验完全代替实物实验。仿真实验

应定位于实验教学方法的一种补充,仿真实验减少了学生应对突发事件的机会。在实物实验中遇

到仪器方面故障等突发问题,使学生遇到困难,这样可增加他们克服困难的训练机会,提高学生解

决困难的能力。而仿真实验条件相对比较理想,减少了学生应对突发事件、排除故障的机会。又

由于仿真实验中的仪器相对比较精确,也使学生无法通过实验数据处理、误差分析这一环节训练

来体验、分析来源于仪器和操作者等产生误差的主要原因,减少了学生对整个实验过程的反思及

寻找可用的经验和过失的机会。

虽然仿真实验不可能完全取代实物实验,但它在我国的教育、科研等许多领域发挥着极其重

要的作用。仿真教学的崛起和发展是信息时代在教育领域的反映,它引起了教育界的广泛关注。

随着网络的发展,仿真实验将具有广泛的发展前途。

参考文献

[1]大学物理仿真实验的研制和教学实践[J].教育与现代化,1999(2).

[2]大学物理实验课程教学改革探讨[J].教育与现代化,1999(3).

[3]大学物理仿真实验和实验教学的新模式[J].工科物理,1998(增刊).

[4]英国计算机辅助教学的发展状况－赴英国考察报告[J].国际物理教育通讯,1998,2.

[5]远程大学物理实验系统和多元化的教学模式,2001年全国物理实验大会邀请报

告,2001,11.