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虛擬仿真技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用論文
【摘要】本文主要從目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，探討了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)與優(yōu)勢，簡單介紹了仿真實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用問題，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);虛擬仿真實(shí)驗(yàn);應(yīng)用問題
1.引言
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門面向理工科學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力和科學(xué)研究方面發(fā)揮著重要的作用。但由于實(shí)驗(yàn)儀器復(fù)雜、精密、昂貴等原因往往不能允許學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)、反復(fù)調(diào)整儀器，不利于學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)、反復(fù)調(diào)整儀器、剖析儀器性能和結(jié)構(gòu)、理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和方法。而仿真實(shí)驗(yàn)的引入能突破課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)空條件的限制與約束，相對于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能更加容易揭示物理現(xiàn)象與其他重要的內(nèi)在規(guī)律，能給學(xué)生提供獨(dú)立創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)平臺，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性。實(shí)際教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)室和師資力量等限制，很難提供給學(xué)生大面積實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的環(huán)境，使學(xué)生無法對實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立直觀認(rèn)識；由于教學(xué)時(shí)間和手段限制，教師也無法有效的對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行有效檢查。這樣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)中長期存在“走過場”，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量的提高。目前，我校已購買科大奧銳科技有限公司開發(fā)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和自動評判系統(tǒng)和大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足。
2.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀
學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，動手能力差,并且大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)理論性較強(qiáng)。另外，實(shí)驗(yàn)儀器陳舊，內(nèi)容籠統(tǒng)，多數(shù)儀器經(jīng)過多年的使用過于老舊，易受損。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也大都趨向于驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，缺少設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用脫軌，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和動手能力作用甚微，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性下降。目前，專職實(shí)驗(yàn)教師稀缺，這就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備維護(hù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果欠佳。
3.仿真實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
3.1仿真實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)勢。
�。�1）自由性高。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案選擇合適的儀器自主完成實(shí)驗(yàn)，激發(fā)各層次學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
�。�2）互動性強(qiáng)。仿真實(shí)驗(yàn)具有高度的開放性，學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行訪問站，完成系統(tǒng)當(dāng)中現(xiàn)有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過系統(tǒng)模擬出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有助于學(xué)生創(chuàng)造力和想象力的開發(fā)。
�。�3）效率高。虛擬仿真大大提高了工作效率，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)操作等，教師通過系統(tǒng)能夠查詢學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好有序進(jìn)行。
3.2實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和自動評判系統(tǒng)。預(yù)習(xí)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，通過預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)中才有目的、有指導(dǎo)地進(jìn)行操作和觀察,獨(dú)立思考，利用掌握的知識對現(xiàn)象進(jìn)行合理分析討論，解決實(shí)驗(yàn)問題。學(xué)生通過物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動判卷系統(tǒng)用戶截面上通過學(xué)號登錄，下載升級實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)大廳軟件進(jìn)行考試。根據(jù)教學(xué)要求自動形成預(yù)習(xí)安排，學(xué)生在線預(yù)習(xí)、模擬操作、完成對實(shí)驗(yàn)原理、儀器原理的理解，做到課前胸有成竹。系統(tǒng)自動記錄學(xué)生預(yù)習(xí)情況，通過專家系統(tǒng)自動評判，教師通過系統(tǒng)了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，針對性的調(diào)整教學(xué)要點(diǎn)。另外，每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的初始狀態(tài)和測量值都是隨機(jī)產(chǎn)生，所對應(yīng)答案各不相同，從根本上避免了考試中實(shí)驗(yàn)操作的作弊現(xiàn)象。同場考試可調(diào)用多分卷子，可安排學(xué)生對應(yīng)不同的試卷，有效避免書面試題的作弊現(xiàn)象，從而對實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高具有重要的作用。
3.3大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺。大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺的引入，很大程度上加強(qiáng)了虛擬實(shí)驗(yàn)的模型設(shè)計(jì)，建設(shè)與理論考試相結(jié)合的在線實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)境，從根本上解決了實(shí)驗(yàn)儀器狀況及師資力量不足的問題。仿真實(shí)驗(yàn)代替了學(xué)生按書本抄襲實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)原理的過程。促使學(xué)生在做真實(shí)實(shí)驗(yàn)前了解實(shí)驗(yàn)過程和儀器操作，能夠完成一完整的學(xué)習(xí)鏈過程，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)很大程度上減少教師批改預(yù)習(xí)的工作量，使課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好有序進(jìn)行。
4.結(jié)語
仿真實(shí)驗(yàn)的引入能夠有效地解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的約束和弊端，它具有良好的設(shè)計(jì)性、研究性、為學(xué)生提供了網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)平臺，為提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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