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摘要：基于虚实结合的大学物理实验教学是大学物理实验教学模式创新的主要趋势。本文介绍了虚实结合下大学物理实验教学模式内涵，阐述了虚实结合下大学物理实验教学模式应用优势，分析了虚实结合下大学物理实验教学模式构建措施。并以实际大学物理实验中物理量测量仿真实验为例，对虚实结合下大学物理实验教学模式实际应用措施及面临挑战进行了进一步探究。
关键词：虚实结合；大学；物理；实验教学模式
本文引用格式：文晓艳等.虚实结合下的大学物理实验教学模式分析[J].教育现代化，2019，6（14）：53-55
大学物理实验课程为大学理工科基础教学课程，也是理工科学生系统实验教学及实验技巧传输的主要渠道。以往大学物理实验课程教学中主要通过引导学生阅读教材进行课程预习，然后再到实验室进行实际操作测设。预习阶段学生无法看到实验设备，不能保证专业学生了解实验构造及运行原理。这种情况下，对虚实结合下的大学物理实验教学模式进行适当分析就变得非常重要。
一 虚实结合下的大学物理实验教学概述
虚拟实验主要利用虚拟现实技术，在计算机平台上，依托传统实验资源，搭建集虚拟技术、现实资源为一体的软硬件操作环境。虚实结合的大学物理实验指导，可以在一定程度上代替传统实验教学，突破空间限制[1]。
二 虚实结合下的大学物理实验教学模式应用优势
（一）加强课程预习效果
基于虚实结合的大学物理实验教学，可以利用计算机将教材内容、师生操作、实验设备有机整合，构建仿真教学环境。通过对仪器功能、操作方法及实验思想的全面分析，可以加强专业学生对教材内容的理解，提高大学物理实验课程开展前期课程预习效果。
（二）提高学生学习兴趣
大学物理教学人员可以通过虚拟仪器演示实验，为专业学生提供直观的印象。激发专业学生对物理规律验证的兴趣，培养专业学生科学思维方法。
（三）提高物理学习人员创新能力
大学物理实验操作具有一定规范性及程式化，通过仿真实验观察后操作练习，可以帮助专业学生明确操作要点。并感受多个视角的实验创新，不仅可以揭示基础物理现象本质及相关模块间联系，而且可以催生新的物理实验研究成果，进而培养物理学习人员创新意识及创新能力。
三 虚实结合下的大学物理实验教学模式构建措施
（一）虚实结合下的大学物理实验教学模式设计
基于虚实结合的物理实验平台可以为专业学生提供集知识、实验、信息为一体的学习环境。在具体教学过程中，大学物理教学人员不仅需要向班级学生传输物理实验教材知识，而且需要帮助专业学生掌握物理实验技巧[2]。在这一目标的引导下，大学物理教学人员可以物理实验中心网站建设为主要工作，以校园网物理科学院主页为平台，将主页网站与计算机仿真软件连接。
基于虚实结合的大学物理实验教学网络主要包括学生模块、教师指导、仿真实验几个环节。其中在仿真实验模块，大学物理教学人员可与学院管理部协调，从专业机构购买大学物理仿真实验V3.0多用户版本。依据物理实验教材内容，将基础实验项目理论知识及仪器使用方式，纳入物理实验平台中。相关专业学生可以通过学号进入仿真实验平台，预习学习课程内容。需要注意的是，在课堂仿真实验设计阶段，为保证仿真实验教学效果，大学物理教学人员应以“散件”的形式，进行实验装置设置。即将除电源、电表、光源等基础设置外的各实验模块划分为若干个小单元。要求学习人员依据教材内容及预习结果自我组装，以便帮助相关学习人员及时发现自身弊端，及时明确复习巩固要点。
以测量声速实验装置设计为例，依据大学实验室测声速实验理论，可得出声波波长、频率是实验室测声速的主要影响因素。同时考虑到声音的传播速度、介质性质、温度等影响因素，可选择波长较短，且传播方向性好的超声波作为大学物理振动源。由于大学物理教材规定声波测量主要用方法为驻波法、相位比较法，可运用LabView中多个控制构件，进行实验程序框的合理设置。
（二）虚实结合下的大学物理实验教学内容设计
依据开放型现代化物理教学要求，多数大学物理科学学院引入了基于计算机网络技术的实验教学管理系统。其主要包括服务器、客户端、互联网三个模块。其中服务器主要管理内容为学生实验项目选择、教学人员实验课程管理、学习人员管理等。具有实验报告提交、实验仿真、实验预习、实验课程管理等多方面功能；客户端为移动智能终端或计算机。其可利用互联网与服务器进行信息交互。
以XX大学物理实验室为例，该大学物理实验中学主要包括光学实验室、热力学实验室、电磁学实验室、声学实验室三个模块。可进行多个基础性实验、综合性实验及设计性实验。该大学各专业物理实验课时为三十学时，多数学习人员并不能在学期内完成全部实验项目学习。据此，为保证相关专业学生专业发展需求的充分满足，依据物理实验教学课时特点，大学物理课程管理人员可从实验理论、综合性实验、设计性实验、验证性实验几个方面，将大学物理实验模块进行进一步划分。如电子信息类、化工类、农林类、物理类等。实验理论课程、验证性基础实验、综合性实验、设计性实验课时比例为2/6/1/1。其中验证性基础实验、综合性物理实验主要以电磁学、光学为侧重点。在确定具体教学内容后，可依据从低到高的原则，进行实验课程体系的搭建。依据不同模组实验任务项目特点，结合当前相关知识结构，可合理设置实验项目内容。
（三）虚实结合下的大学物理实验教学模式应用
以声波测量实验教学为例：
首先，在驻波法测量波长仿真实验设计时，由于驻波法为左边超声波发射面平面波，其在超声波发射面、超声波接收面位于同一水平线。这种情况下，超声波接收面某点就成为超声波接收面反射点。在实验参数设计时，可通过条件施加，促使入射波、反射波相互干涉，以便形成驻波。此时超声波接收面某一位置就为介质位移波节。在这一位置声压波幅可达到最大。在仿真模拟实验开展过程中，专业学生可移动鼠标调整超声波接收面位置，以示波器任意两值振幅最大为标准，进行仿真分析。即通过波动示波器显示“按钮”，将其调整至区域外其他模块。同时依据超声波发射面波形、超声波接收面反射波形叠加情况，以超声波发射面与超声波接收面距离为波长一半为标准。移动超声波接收面，以获得示波器显示波形峰值。
在上述仿真实验开展过程中，示波器波形会出现周期性变化，此时示波器波形峰值最大值间距离就为声波波长。
其次，在相位比较法测量波长时，由于超声波经空气介质传播至接收器，超声波发射面、超声波接收面间同一时间段内振动相位差，与超声波发射面与超声波接收面间距离具有一定联系。即在超声波发射面与超声波接收面间距离与振动频率呈正相关时，假定超声波发射面与超声波接收面间距离与振动频率比值为L，若L=nf。则超声波发射面与超声波接收面振动同相。上述式子中n为常数，f为超声波振动频率。
利用LabView软件，可进行声速前置板测量模块设置。若波动示波器“按钮”，将其旋转至“X-Y”位置，可得到超声波发射面波形、超声波接收面波形叠加点。此时仿真屏幕上会显示两振动合成图像。其频率一致，振动方向呈90°。则可通过测对应声波波长，结合声波振动频率，获得空气声音行进速度[3]。
最后，依据声波测量物理实验仿真效果，大学物理实验教学人员可依据计算机软件特点，进行多模块物理量虚拟实验项目的设置。如傅里叶分析、普朗克常数、钢丝杨氏模量等。随后将前期设计虚拟程序进行编译分组，转化为可执行文件（即exe）。并将最终文件传送到物理科学学院公共网站或学校首页，为相关专业学生预习、实践提供充足的资源。
（四）虚实结合下的大学物理实验教学模式应用效果
将虚拟仪器应用于大学物理实验教学中，可以为传统物理实验教学模式改革提供驱动力。从根本上改变以往物理实验教学效率低下的情况。
四 虚实结合下的大学物理实验教学模式实例分析
（一）实验概述
以光电效应实验为例，光线照射到某些物质表层，通过光能量转化为电能量，会导致物质电性质发生变化。即光电效应。以量子论为视角，通过光电效应，可以形成更加直观的量子物理图像[4]。据此，通过光电效应实验，可以获得自然界普适常数。即普朗克常数。
（二）前期准备
在前期准备阶段，大学教学人员可以依据光电效应实验原理图，要求班级人员阅读教材，以光电管的光电流、电压关系为切入点，进行实验原理分析。依据光电管伏安特性曲线特点，光电效应存在一截止频率。若入射光频率在光电效应截止频率以下时，光照强度不会影响光电子产生效果。此时阴极材料为光电效应截止频率主要影响因素。这种情况下，在光电管两端增设反向电压时，光电流会以一个较大的速度下滑，直至反向电压达到某一节点电压为止。这种情况下，节点电压就称之为遏止电压。此时光电子就存在一个最大初始动能。而在光电子为最大初始动能时，光电子电流、电压间关系可以用爱因斯坦光电效应方程表示。即1/2mv2=eUj。
在爱因斯坦光电效应方程中，光电流遏止电压、照射光频率为直线关系。即依据光电子遏止电压、照射光频率比值，可直接进行光的截止频率计算。同时考虑到暗电流、阳极光电流对光电子的影响，可依据多频率下由阴极光电效应产生的光电光伏安特性，对光电子遏止电压进行分析。
（三）实验仿真
在了解教材的基础上，大学物理教学人员可利用中国科技大学多用户版大学物理实验仿真软件，在大学物理实验课程网站上，要求专业学生以学号进行登录，随机选定实验内容。在对应仿真实验平台中进行分析实验原理。随后要求专业学生根据仿真实验内容进行反复操作练习。
在实际实验仿真阶段，依据光电效应仿真实验仪器显示情况，专业学生可直接点击相关仪器，观看仪器标注名称、实验理论、设计意义、现代应用及开展背景[5]。
为获得准确的光电效应普朗克常数，需要保证实验单色光源及遏止电压符合要求。据此，在物理实际实验开展阶段，物理专业学生可在高压汞灯应用的基础上，利用石英单色仪、滤光片等装置，保证单色光光源效果。同时依据光电效应伏安特性曲线特点，确定光电子遏止电压数值。或者采用拐点法，利用计算机数据处理软件进行光电子遏止电压计算。
（四）实验总结
依据物理仿真实验情况，在实际实验中，专业学生可以依据教师提问信息，明确实验注意事项，在较短时间内进入实验状态。由于在仿真实验中无设计暗电流，在具体实验中，教学人员可以首先要求班级学生进行暗电流测量。随后以寻找拐点遏止电压为目标，借鉴仿真实验经验，进行光电管伏安特性曲线测量作业。同时依据前期记录数据，进行多频率下遏止电压——光电流曲线的绘制。通过曲线关系分析，可以通过计算遏止电压——光电流直线斜率，获得光电效应普朗克常数。最后进行实验总结。
五 虚实结合下的大学物理实验教学模式应用挑战
一方面，我国物理技术发展迅速，但与发达国家相比，由于我国物理虚拟实验教学模式起步较晚，特别是物理虚拟实验开发技术、设备等方面均落后于其他国家。再加上物理虚拟实验教学规范的缺失，严重影响了物理虚拟教学平台的应用效力。
另一方面，物理实验结果具有一定隐蔽性。在物理仿真实验中，由于缺乏实际操作，若相关专业人员对对应模块知识不够了解，就会加剧物理仿真实验设备操作复杂性，增加专业学习人员实验操作难度[6]。同时物理虚拟教学平台建设成本较高，在仿真实验平台建设初期，也需要一定的维护成本，在一定程度上制约了物理虚拟教学平台建设效率。
此外，部分物理实验具有一定风险性，如电力实验等。在仿真实验平台中学习人员并不能直接体会到实验风险，从而增加了实际操作安全事故出现概率。
六 总结
综上所述，基于虚实结合的大学物理实验，可以从时间、空间两个模块，延伸大学物理实验教学空间，在提高大学物理实验教学效率的同时，缓解大学物理实验设备设施、师资紧张的情况，提高专业学生对物理实验的兴趣。因此，在大学物理实验课程开展过程中，大学物理教学人员可依据专业教学内容，合理利用计算机软件或传感器，构建仿真教学平台。通过声波、光强等物理量测量实验平台的搭建，结合实际操作演练，可以增强专业学生实践创新技能，提高大学物理课程教学效果。
参考文献
[1]顾昊,孙智杰,李勤.生物学虚实结合实验教学模式探索与研究[J].实验室研究与探索,2016,35(4):108-110.
[2]乐永康,龚新高,苏卫锋,等.虚实结合的物理实验教学[J].物理实验,2017,37(1):39-43.
[3]郝军华,王云峰,陈宜生.基于LabVIEW开展虚拟物理实验教学模式探析[J].实验室科学,2014,17(1):68-70.
[4]谭佐军,程其娈,陈建军,等.虚实结合混合式大学物理实验预习模式的实践[J].物理实验,2018,38(5):123-256.
[5]张德钱,张玉芹,郑春龙.虚实结合的大学物理实验教学模式研究与实践[J].轻工科技,2018(1):245-258.
[6]李宁,杨坤,史芹.大学物理虚拟仿真实验开放式教学初步探索与实践[J].教育现代化,2016(40):256-289.
[7]元晶,孙惠燕,佟乐亦.基于“互联网”时代下大学物理实验教学体系的构建研究[J].教育现代化,2018,5(47):26-27.
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