試析仿真實驗在物理實驗教學(xué)中的作用
論文摘要：物理實驗教學(xué)過程中,仿真實驗可以起到緩解實驗室硬件資源不足、提高實驗教學(xué)效果的作用，并營造多元化教學(xué)模式；盡管仿真實驗在實驗教學(xué)過程中起到了一定的積極作用，但同時也存在一定的弊端。通過實際教學(xué)的探索和實踐，討論了物理仿真實驗在教學(xué)中的積極作用和不足之處。
論文關(guān)鍵詞：仿真實驗；物理實驗；創(chuàng)新
物理實驗是物理學(xué)和科學(xué)實驗的重要部分，在物理學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展中物理實驗占有十分重要的地位，同時在推動其他科學(xué)、工程技術(shù)的發(fā)展中也起到重要的作用。
大學(xué)物理實驗是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接收系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端，是理工類各專業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)試驗訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)。它的目的是:（1）培養(yǎng)學(xué)生的以下幾方面的科學(xué)實驗工作能力：即正確使用儀器、進(jìn)行測量、出來數(shù)據(jù)、分析結(jié)果以及撰寫實驗報告等，使學(xué)生初步掌握實驗科學(xué)的思想和方法；（2）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)思維，使學(xué)生掌握實驗研究的基本方法，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和分析能力；（3）提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格、細(xì)致、實事求是、認(rèn)真嚴(yán)肅、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生積極主動的探索精神以及團(tuán)結(jié)合作、愛護(hù)國家財產(chǎn)的道德品質(zhì)；（4）培養(yǎng)學(xué)生善于動腦、樂于動手、講究科學(xué)方法、遵守操作規(guī)程、注意安全等科學(xué)習(xí)慣�？傊�，是為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和工作奠定一個良好的實驗基礎(chǔ)。
一、物理實驗教學(xué)中存在的問題
�。ㄒ唬┯捎趯W(xué)校擴(kuò)招及多很實驗設(shè)備耗資太大、實驗室不能購買等原因，很多高校實驗室存在儀器設(shè)備落后、實驗項目單一等問題。嚴(yán)重制約了實驗教學(xué)質(zhì)量的提高及實驗室的建設(shè)和發(fā)展，不利于培養(yǎng)與時俱進(jìn)的人才。
（二）每個實驗開始之前，都要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，但是學(xué)生在寫預(yù)習(xí)實驗報告時，往往是照抄照搬教材上的內(nèi)容，對于實驗原理、設(shè)備、操作步驟和操作過程中的注意事項根本沒有用心去閱讀并體會，這樣的應(yīng)付性勞動，極大的限制了學(xué)生的思維。
二、物理仿真實驗在教學(xué)中的積極作用
�。ㄒ唬┨岣呓虒W(xué)質(zhì)量和效率
物理仿真實驗是虛擬環(huán)境下進(jìn)行的實驗，實驗儀器主要是虛擬儀器，只需購置計算機(jī)等少量的硬件資源和軟件《大學(xué)物理仿真實驗》即可開設(shè)實驗。《大學(xué)物理仿真實驗》分為三部分，包含了凱特擺測重力加速度、核磁共振、螺線管磁場及其測量、檢流計的特性、單透鏡物理實驗、分光計實驗、空氣比熱容比測定、電子荷質(zhì)比的測定、楊氏模量、邁克耳遜干涉儀、牛頓環(huán)測量曲率半徑、介電常數(shù)的測量等豐富的實驗內(nèi)容，只要將仿真軟件安裝到計算機(jī)上，就可以進(jìn)行軟件里面的任何實驗，這就解決了實驗室儀器設(shè)備落后、實驗項目單一的問題，而且由于有豐富的資源,更有利于學(xué)生自主開發(fā)實驗,故更利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維。有些實驗儀器比較昂貴，易于損耗，普通高校一般難以開出。而仿真實驗?zāi)軤I造一個虛擬的實驗環(huán)境使無法開設(shè)的實驗得以開設(shè)，學(xué)生只要在裝有《大學(xué)物理仿真實驗》軟件的電腦上就能進(jìn)行整個實驗的操作，并且能看到測量結(jié)果完成實驗。由于是在虛擬環(huán)境下進(jìn)行的實驗，所以不存在儀器設(shè)備的損壞，操作者的心理壓力小，更樂于去動手，在操作過程中遇到問題解決問題。
仿真實驗是一種新的實驗方式，它利用計算機(jī)把實驗?zāi)康�、實驗儀器、實驗內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生操作有機(jī)地融為一體。如果學(xué)生在做實驗之前沒接觸過該實驗儀器，很多學(xué)生就會拿著書與儀器的部件一一進(jìn)行對照，甚至在不清楚儀器正確使用方法和操作注意事項的情況下而進(jìn)行了錯誤的操作，導(dǎo)致實驗中斷、儀器損壞。仿真實驗中實驗儀器的關(guān)鍵部位能夠拆卸，增強(qiáng)學(xué)生對儀器功能的熟悉和使用方法的訓(xùn)練。而如果課前學(xué)生通過仿真實驗進(jìn)行預(yù)習(xí)，對實驗所用儀器的整體結(jié)構(gòu)建立起直觀的認(rèn)識后，那么上面損壞儀器的情況出現(xiàn)的幾率就會大大降低。比如分光計的調(diào)整與使用實驗，每臺儀器近乎萬元，讓學(xué)生在對儀器毫不熟悉的情況下直接接觸實驗儀器會增加儀器受損的風(fēng)險。所以我們首先進(jìn)行分光計的仿真實驗教學(xué),學(xué)生通過仿真實驗的學(xué)習(xí)，對儀器的結(jié)構(gòu)和調(diào)試技術(shù)有了整體認(rèn)識，而通過計算機(jī)操作，也掌握了一定的操作技巧，然后我們再讓學(xué)生去做相關(guān)實物實驗。而對于實驗難度較高的實驗,也是先進(jìn)行仿真實驗教學(xué),再進(jìn)行實物實驗,如此就縮短了做實驗的時間。通過仿真實驗的學(xué)習(xí)后,學(xué)生對實驗有一個整體的認(rèn)識,然后在進(jìn)行實物實驗時會感到心中有數(shù)，操作起來更輕松，這樣就大大提高了實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量。
�。ǘI造多樣化教學(xué)環(huán)境。我們學(xué)院專門拿出一間計算機(jī)機(jī)房作為物理仿真實驗室，每周周一至周五開放，學(xué)生可以隨時去進(jìn)行實驗操作。如果學(xué)生自己擁有計算機(jī)，便可在課外繼續(xù)實驗亦可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自學(xué)，為學(xué)生對實驗的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)帶來了方便。計算機(jī)仿真實驗使實驗教學(xué)走出實驗室,克服了實驗教學(xué)長期受到場地、課時限制的困擾,使實驗教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸，學(xué)生能夠充分的學(xué)習(xí)和掌握實驗教學(xué)內(nèi)容，這也利于學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇實驗,可滿足不同層次學(xué)生的需求，極大的調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
�。ㄈ⿲τ趯嵨飳嶒�,實際操作中由于儀器的缺陷、實驗環(huán)境以及人為不當(dāng)操作等因素的影響,致使結(jié)果誤差較大,從而影響學(xué)生對實驗的興趣。仿真實驗采用虛擬的實驗環(huán)境,最大限度地避免了實際中存在的各種不利因素,實驗結(jié)果較準(zhǔn)確,所以通過仿真實驗可以極大地增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)實驗的信心,有利于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)實驗態(tài)度,是對傳統(tǒng)實驗一個有益的必要的補(bǔ)充。
三、仿真實驗在教學(xué)中的不足之處
盡管仿真實驗在實驗教學(xué)過程中有一定的積極作用，但它仍具有有一定的局限性。一方面，仿真實驗中的儀器相對比較精確,使學(xué)生不能通過數(shù)據(jù)處理、誤差分析等環(huán)節(jié)訓(xùn)練來體驗和分析產(chǎn)生誤差的主要原因。另一方面，在使用仿真軟件的過程中，對儀器的操作主要是通過鼠標(biāo)點擊來實現(xiàn)，缺乏真實感，并且缺少實際動手的機(jī)會，從而減少了學(xué)生在實驗中遇到實驗故障并排除故障的機(jī)會。
四、結(jié)論
綜上所述，我們清楚的知道，仿真實驗不能完全取代實物實驗，為了更好的教學(xué)質(zhì)量，最好的辦法是在教學(xué)過程中將仿真實驗與實物實驗相結(jié)合,正確處理好仿真實驗與實物實驗之間的關(guān)系，開創(chuàng)物理實驗教學(xué)的新模式，使仿真實驗在教學(xué)中起到應(yīng)有的作用。
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