虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学的理论与实践研究
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作者:王会倩
[摘 要] 为了全面提高学生的综合素质，传统的教育手段已经不能满足教育的需要，将虚拟仿真实验技术应用于课堂教学中不仅为教师提供了很多教学手段，而且为学生的发展提供了很大的帮助。在物理实验教学过程中，传统的教学方法只是教师单纯的口头讲解，然后完成一些基本的实验，导致学生不能彻底明白实验的过程，从而导致学生的思维能力和动手能力比较差。将虚拟仿真实验技术引入物理实验教学中，对教师讲解和学生接收都有很大的帮助，主要探讨虚拟仿真实验技术在物理实验教学中的应用。
[关 键 词] 虚拟仿真;实验技术;物理;实验教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）17-0110-02
物理学科是一门与生活现象息息相关，并且在实际生活中有广泛应用的学科。物理实验是物理学科中非常重要的一部分，因为物理就是通过实验证明一些定律，研究一些问题。在中职物理教学中，往往由于实验器材不足或者教材的限制无法进行实验，因此对中职的物理实验教学进行改革是必然的趋势。随着信息化技术水平的提高，虚拟仿真实验技术为物理实验教学开辟了一条新的路径，将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学中，肯定会改善目前的教学现状，提高教学效率和教学质量。
一、传统物理实验教学的弊端
（一）完成实验的模式比较单一
在完成物理实验之前，教师一般会对实验目的、实验原理以及实验过程进行详细的讲解，甚至结合每个学生分发实验详解材料，材料包括操作实验的所有步骤和实验连接图，然后学生根据教师的讲解和实验材料完成实验。这样的实验过程虽然每个学生都能够得出准确的实验结果，但是没有注重学生自主探究的过程，学生只是照本宣科，按照教师的指导和材料的要求来完成实验。 这种传统的物理实验教学模式不能充分发挥学生的主体作用，学生只是根据资料进行操作，不能培养学生的自主探究能力和创新能力。
（二）学生对物理实验课的重视程度不高
通过调查发现，学生对实验课的重视程度远不如对专业课的重视程度，中职物理实验课通常是两节连堂课，在这两节课内不仅需要教师讲解实验，而且需要学生完成实验，得出结论。一般教师是在实验室讲解实验，有的学生基本不听，从而导致学生完成实验的过程也是流于形式，没有切身去探究。另外物理实验课所占的学分比较低，通常挂科的人也比较少，所以导致学生对物理实验课的重视程度不够高。在中职课程中，理论课和实验课基本是同步开设的，这样的教学方式虽然可以在教师讲完理论知识之后，学生利用所学知识来完成实验，但是，这样的教学方式也导致学生注重理论知识忽略实验探究，甚至大部分学生产生了实验课是理论课的附属或物理实验课不重要的心理。
（三）考核方式不合理
传统的物理实验的考核方式主要是教师检查学生的实验结果和实验结论是否正确，如果实验结果正确教师签字后就可以离开了，教师不能检查到每个学生的实验操作过程。在物理实验过程中，有的学生甚至抄袭其他同学的數据，因为实验室的仪器配置一样，并且实验原理和操作过程一样，这就使每个学生得出的实验数据很接近，如果学生根据正确结果进行略微的改动，教师是很难发现的。在物理实验完成过程中，教师需要指导和解决学生在实验过程中遇到的问题，因此只能观察和监督个别学生，不能注意到每一个学生，所以有的学生就滥竽充数，等待抄袭其他同学的实验数据。
（四）自主设计实验很少，不能发挥学生的主体作用
传统的中职物理实验通常分为两部分，分别是基础性实验和自主设计性实验。基础性实验主要是为了巩固和提升学生对物理学理论知识的理解。自主设计性实验主要是考查学生对知识的迁移能力，以及学生的抽象思维和动手能力。但是，中职物理实验课时比较少，而且任务也重，学生在课下基本不会花时间来研究物理实验，因此教师为了完成教学任务，只能在物理实验教学中安排更多的基础性实验。
二、虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学中的优势
（一）有助于学生学习
虚拟仿真实验技术是信息技术的产物，它看起来比较复杂，其实是比较简单的，它主要将实验仪器和实验详细的操作步骤整合到网上，然后学生自主预习和操作，从而帮助学生更加牢固地掌握物理实验。虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学过程中还有助于提高学生的创新能力和自主探究能力，因为学生随时可以通过计算机系统进入模拟仿真实验系统，自主进行探究实验和研究实验。中职物理实验教学任务重，时间紧，只能依靠教师的讲解来提高教学进度，留给学生自主探究的时间比较少，通过将虚拟仿真实验技术应用到物理教学过程中，学生对物理实验的学习可以不受时间和空间的限制，从而提高学生对物理知识的应用能力。
（二）有利于激发学生的学习兴趣
传统的物理实验教学方式主要是依靠学生对实验的理解，然后根据实验讲义完成实验，这样的过程一般很枯燥，而且很难保证学生对物理实验感兴趣。另外，学生对物理实验的重视程度也不够高，在完成实验的过程中也不够认真，但是将虚拟仿真实验技术应用到中职物理实验教学过程中，可以提高学生对物理实验的学习兴趣，利用仿真实验系统完成实验需要应用计算机，并且仿真系统中有很多图像和音频，很容易激发学生的兴趣。
（三）有利于转变单一的实验教学模式
传统的物理实验教学模式比较单一，形式也比较固定，教师是实验过程中的主体，学生的主观能动性得不到发挥。将虚拟仿真实验技术应用到中职物理实验教学过程中，学生的学习方式从根本上发生了转变，从教师的教变成了自主的学，学生自主预习实验，自主探究实验，自主总结实验，从而有助于提高学生的综合素质。学生通过仿真实验系统完成实验时，不仅不需要担心仪器的损坏，而且也不用担心实验仪器存在的危险，另外学生在完成实验之后，就可以通过仿真系统对自己的实验进行全面的评价，从而在一定程度上也减轻了教师的工作量，因此，可以说将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学中有助于提高教学质量和教学效率。 （四）有助于客观评价学生的实验能力
传统的物理实验评价方式主要是教师对学生的实验数据和结果进行批判，无法关注到每个学生的具体操作过程，因此教师无法正确判断学生的实验能力。教师如果不知道学生的具体情况，或者学生在实验过程中遇到的问题，那么也就不能发挥物理实验教学的作用。虚拟仿真实验系统中不仅包括教师指导、实验内容、仪器设备，而且包括实验过程分析和数据处理，因此学生可以通过实验仿真系统应用多种方法来完成同一实验。另外，实验仿真系统也会记录学生的每一个过程，在学生完成实验以后，可以对自己的操作过程进行分析，从而明白自己在实验过程中的错误之处，有助于学生更加全面地掌握物理实验。传统的考核方式下教师无法对学生的实验过程进行正确的评价，而学生通过虚拟仿真实验系统进行实验考试，可以有效避免作弊现象的发生，从而可以提高学生对物理实验的重视程度。
（五）有利于提高教学质量，弥补学校硬件方面的不足
通过建立中职物理虚拟仿真实验平台，不仅实现了学生的自主学习，而且在很大程度上加强了虚拟实验的模型设计，建设与理论考试相结合的在线实验预习环境。另外，学校还处于大力发展建设过程中，师资力量不仅不充足，而且资金也不充足，通过建立虚拟仿真实验平台可以从根本上解决实验仪器状况及师资力量不足的问题。传统的物理实验教学方式需要学生抄袭实验步骤或者打印实验讲义，而虚拟仿真实验系统可以代替学生按书本抄袭实验步骤、实验原理的过程。另外，学生可以在虚拟仿真实验系统中对实验进行预习，熟悉实验原理和仪器的使用方法，从而能够实现从预习到操作到评价的完整学习过程。将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学中，不仅可以提高物理实验教学质量，很大程度上减少教师批改预习的工作量，而且可以实现学生的自主学习，提高学生的自主探究能力。
三、虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学的不足
任何事物都有两面性，虛拟仿真实验技术虽然可以提高物理实验的教学效率，可以充分发挥学生的主观能动性，但是学生是通过计算机完成实验的，这不利于培养学生的动手能力。通过计算机完成实验和亲自动手完成实验是有一定差距的，通过虚拟仿真实验系统完成实验，学生无法对仪器的使用和实验的具体过程在脑海中形成主观意识。另外，物理实验是一个探索的过程，学生通过虚拟仿真实验系统完成实验就不能亲眼观察有趣的物理实验现象，从而也就失去了物理探究的意义，另外通过虚拟仿真实验系统完成实验不利于学生把握实验的细节，而学生亲自动手完成实验可以更好地把握实验的细节。目前，市面的虚拟仿真实验系统主要是针对部分高校所使用的实验仪器研制出来的，但是每个厂家生产的实验仪器是不相同的，而且每个高校使用的实验仪器也是不相同的，因此购买的虚拟仿真实验系统不一定能和该校的实验内容完全匹配，从而也就影响了虚拟仿真实验系统的效果。
综上所述，虚拟仿真实验技术具有互动性强、自由性高、效率高等特点，将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学中可以解决目前物理实验教学方式的弊端。将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学过程中，不仅可以让学生自主探究、自主评价，充分发挥学生的主观能动性，而且可以减轻教师的工作量，在很大程度上提高了物理实验的教学效率和教学质量。
参考文献：
[1]郭文阁.仿真实验在大学物理实验教学应用探讨[J].大学物理实验，2015，28（3）：124-127.
[2]张林.虚拟仿真技术对大学物理实验教学影响的探究[J].大学物理实验，2015，28（1）：116-118.
编辑 张 慧
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