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摘要：为了培养理工科类大学生对大学物理实验学习的兴趣，激发学生的创新思维和创造潜能，提高大学生的科学实验素养和规范操作实验技能，本文结合太原科技大学晋城校区（以下简称“我校区”）的大学物理实验室和学生实际情况，对仿真实验教学方法在大学物理实验教学的作用进行分析和探讨。
关键词：仿真实验；大学物理实验教学；应用探讨
本文引用格式：张英,等.浅析仿真实验在大学物理实验教学中的作用[J].教育现代化,2019,6(70):170-171,177.
一 大学物理仿真实验概述
（一）大学物理仿真实验简介
大学物理仿真实验是利用计算机把教师指导、学生操作、教学内容和实验仪器融合为一体，它没有普通意义上的物理实验必备仪器，而是通过在计算机上用物理仿真软件对实验环境进行模拟，使未做过实验的学生通过仿真软件对实验的整体环境、所用仪器的整体结构、性能建立起直观的认识，用软件模拟物理实验条件简仿真度高、可行性强。目前，国内400多所大学都已经应用“大学物理计算机仿真实验”软件投入到物理教学以及物理实验教学中。据悉，该软件的英文版在台湾大学、香港大学、香港城市大学、香港中文大学、香港理工大学等著名高校获得应用，受到了海内外高校师生的一致好评[1]。
（二）开展大学物理仿真实验的意义
大学物理实验课程是我校区所有理工类专业学生进入大学后接触到的第一门实验课程，是大学生接受系统实验方法和实验技能的开始。同时，大学物理实验也是一门基础实验课，是大学物理实验教学的一个必不可少的组成部分，对大学生将来的工作和学习中独立思考能力、动手能力和创新能力等素质来讲是十分有必要的。[2]在教学过程中笔者发现，好多学生对基础实验课不够重视，完全依靠实验指导教师在实验课堂上讲授的一点内容，实验报告也仅仅是照搬实验指导书。大学生往往被动的接受知识，让学生自主学习成为空谈，这样不仅没有发挥自己的主观能动性，而且养成学生思想上的懒惰。这种教学模式培养的学生，只能是为了完成课堂任务而做实验，达不到物理实验课教学的目的[3]。虽然我校区物理实验课前要求所有学生预习实验教材及相关资料，对实验中的相关问题进行思考分析，并且写出纸质版实验预习报告，但有些学生不重视实验课程，而在实验前为了交预习报告而随意乱写预习报告，根本达不到实验课前预习的真正目的，从而在实验课堂上，无从下手，更谈不上对大学物理实验的认识、思考和创新，如此下去，根本达不到大学物理实验课教学的目标[4]。
分析上述问题出现的原因，结合我校区物理实验室实验资源优势并且考虑到需要开展大学物理实验的学生大都是00后，生动、有趣、逼真实验器材再加上影音动画效果的仿真实验激发了00后大学生们学习大学物理实验的积极性，通过对大学物理实物实验环境的逼真模拟，提高了学生自主学习物理实验的兴趣，加深了学生对物理原理及设备的结构的理解，并加强对仪器功能和使用方法的训练，培养学生独立思考、自主设计实验能力，学生通过实验过程中发现问题、解决问题的思考过程，实现了学生学习实验技能，深化物理知识的目的，达到了实物实验难以实现的效果。[5,6]
二 现阶段我校区物理仿真实验使用情况
在2014-2015学年第一学期，我校区物理实验中心在太原科技大学和晋城市政府的共同支持下，采购并且安装调试了“大学物理仿真实验2010版”，物理实验中心机房还配备了40台计算机成立仿真实验室，面向全校区理工科学生开放，学生可以选择校园网远程登录和在物理仿真实验室登录两种途径完成实验项目。
为了测试仿真实验的效果，我们选取了拉伸法测金属丝的杨氏模量实验和三线摆测刚体的转动惯量实验两个比较经典的力学实验进行测试，并且将14个专业共28个班级（每个专业2个班级）的982名学生分成两组进行测试，测试方法如下：每个专业一个班级学生采用传统的预习卷的方式进行预习，并且完成实验（简称“传统实验法”）；另一班级学生先通过登录“大学物理仿真实验2010版”完成预习，最后学生再通过物理实验室用实物进行实验（简称“仿真实验法”）；对于拉伸法测金属丝的杨氏模量实验，一班学生（共495人）采用传统实验法完成实验，二班学生（共487人）采用仿真实验法则做实验。对于三线摆测刚体的转动惯量实验，一班学生采用仿真实验法完成实验，二班学生则采用传统实验法做实验。实验结果统计如表1所示。
三 学生误差结果统计分析
通过对实验结果的认真统计分析后，我们得出以下两个结论：（1）分别对拉伸法测金属丝的杨氏模量实验和三线摆测转动惯量实验的结果分析来看，采用仿真实验法的所有专业学生比采用传统实验法做实验的学生的实验结果误差小于2%、2%~5%的有明显的提高；同时，实验结果误差大于5%的比例有明显的下降。（2）对于同一个班级来看，采用仿真法做实验同学的实验结果的误差也是明显优于采用传统实验法的学生的实验结果误差。虽然实验结果误差的明显改善，不一定是单一的实验方法能够决定的实验效果，但是实验方法在一定程度上可以影响实验结果的精确度。从我校区测试的结果来看，无论横向和纵向比较，仿真实验法比传统实验法都有着无法比拟的优势。
四实验课堂效果反馈
我们所测试的两个实验在实验结果误差一项就已经有很大的改善，但是有以下几点效果是数据所不能体现的。（1）实验课堂上，可以明显看到在指导老师讲解实验后，采用仿真实验法的学生较采用传统实验法的学生可以很快投入到实验中，并且运用实验仪器非常娴熟，仿真实验法的学生做实验的动手能力非常强，做实验用时短，实验效率有很大提高。（2）在做实验的过程中，仿真实验法的学生对实验过程中的某些问题进行了深入的研究，对于不懂的问题积极和指导教师探讨，从探讨中获取新知识；还有部分同学对所做实验有一些新想法，新思路，这部分学生在老师的指导下可以通过自己动手实验验证自己的想法。（3）实验结果的改善，极大地增强了学生的实验信心，让学生以前的不敢动手做实验害怕出错的心理得到很大的改善，学生学习实验课程被动去完成实验任务到主动去探索实验的意愿增强。由于课堂时间有限，部分学生还主动在课余时间联系实验教师要求走进物理实验室进行自己感兴趣的实验。
五现阶段遇到的问题
目前仿真实验室在我校区已经看到了明显的效果，但是也遇到一些问题和不足。（1）学生远程登录只能通过校园局域网进入仿真实验大厅，在很大程度上限制了学生的登录地点。现阶段，随着智能手机的普遍，仿真实验app也在逐步推广，我们可以建议校区增加仿真实验app的安装使用，使得学生的学习途径多样化。（2）目前，物理仿真实验大厅中的实验资源有限，无法完全与传统实验室中的实验匹配。我们可以和开发商联系，增加物理仿真实验大厅中物理实验数目，使学生学习实验选择尽可能增多。（3）校区物理实验室面向全校区理工科学生开放使用，目前只有两名专职物理实验员管理实验室，在开放仿真实验室时，就遇到了时间冲突等诸多问题，给学生造成了诸多不便之处。
六结束语
综上所述，在网络信息化时代，物理仿真实验会随着网络技术的普及和发展而被高校广泛使用，与传统的实验相互补充，成为高校物理实验室的重要教学辅助工具之一。但是，物理仿真实验毕竟只是对实物实验器件的一种理想化的模拟，必然与实物实验仪器存在一定的差距，通常不能完全把物理实验本质和一些器件的内部结构完全体现出来。因此，在实际物理实验教学过程中，我们要正确处理物理仿真实验与实体物理实验的关系[7]，使物理仿真实验最大限度的发挥作用服务于物理实验教学。
参考文献
[1]王晓蒲,霍煎青,杨旭,等.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验,2001,21(1):28-29.
[2]李坤.大学物理实验[M].北京:科学出版社,2018.
[3]黄思俞.大学物理实验[M].厦门:厦门大学出版社,2010.
[4]高立华，高松华.大学物理实验教学改进的几点意见[J].新课程研究，2010（195）：102-103.
[5]蔡青.仿真实验的应用与大学物理实验的教学改革[J].成都信息工程学院学报,2006(01):113-115.
[6]郭文阁,陈海霞,王玮,等.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(03):124-127.
[7]原安娟,段苹,王吉友.基于大学物理实验的虚拟仪器探讨[J].大学物理实验,2007,20(4):70-72.
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