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　　【摘 要】通过对我校 “大学物理仿真实验”的教学实践与研究，探讨了仿真实验在大学物理实践教学中的作用。 

　　【关键词】仿真实验；实际实验教学；模拟 

　　一、 我校实际实验教学中存在的问题 

　　在从事大学物理实验教学的过程中，我们发现我校实际实验教学模式存在着诸多问题：例如学生在写预习报告的时候，会感到书上一些概念性的介绍很抽象，以至于对实验原理并不能真正的理解。另外书中介绍的实验仪器虽然附有图片，但是仍然显得很单调，学生预习起来容易缺乏兴趣。所以在上课时对于仪器的部件、操作方法等学生还是知之甚少，大多时候还需要实验教师来详细讲解。再次由于实验仪器复杂、精密与昂贵，往往不能允许学生自行设计实验参数、反复调整仪器，这对学生剖析仪器性能和结构、理解实验的设计思想和方法是很不利的。这些导致了学生对实验思想的理解不足，对实验数据的物理意义不清，对实验数据处理及分析存在困难等，降低了学生的学习兴趣[1]。 

　　基于以上原因，我们申请了教育论文我校本科生科研训练项目“大学物理仿真实验”，在为期三年的教学实践中，我们发现仿真实验可以在一定程度上可以弥补实际实验教学的缺陷。 

　　二 、 大学物理仿真实验在我校开展情况分析 

　　我校物理实验室的仿真实验系统包括近60个仿真实验内容，从误差分析到力、热、光、电学的常见基本实验，再到核磁共振、塞曼效应、拉曼光谱、扫描隧道显微镜等等多个近现代物理实验，涵盖了物理学的各个层面。每项具体实验的内容也非常丰富，实验前学生可选择查看图文并茂的实验原理、实验步骤、注意事项，学生可以对照着仪器边看边学。预习完毕还有一些与实验相关的练习题供学生自测能力。开始实验时还配有语音指导和提示，可以利用鼠标按键对仿真仪器线路进行各种调节，需要仔细观察的仪器部分还可以打开子窗口进行放大查看，有的仪器还可以观察到内部结构。需要记录仪器数据也非常方便，只需将测量，结果填入已有的电子表格内，高阶实验甚至可以自动读数并进行记录处理、生成图线。与实际物理实验相比，仿真实验对实验背景及原理的阐述更全面生动，对实验仪器及实验内容与步骤的介绍，更能让学生容易熟悉，操作过程更为顺利，因此学生对仿真实验也更为认可。 

　　我校本科生科研训练项目“大学物理仿真实验”教学为20个学时，学生可以利用课余时间采用预约的方式在物理实验室来完成该项目。在教师的指导下，参加此项目的学生利用仿真软件对“利用光电效应法测普朗克常量、弗兰克-赫兹实验、长螺线管磁场的测量、空气热熔比的测定、用单摆测定重力加速度、偏振光等”多个实验进行了研究及测定，并认真地对实验数据进行了处理与分析。由于学生可自行选择感兴趣的实验，而时间安排也比较灵活，所以学生的积极性都很高，有的学生也挑选了一些在实验室中进行过的实验，并对这两种方法进行了对比，取得了较好的教学效果。 

　　三、大学物理仿真实验教学的优势 

　　在我校本科生科研训练项目“大学物理仿真实验”教学中，学生们对仿真实验有浓厚的兴趣，在对教学效果进行调查中，他们对仿真实验给予了很高的评价，归纳起来有如下几点： 

　　1.仿真实验可以激发学生的学习兴趣 

　　学生们认为实际实验在阐述原理方面仅有一大堆文字，非常枯燥无味。而仿真实验图文并茂，可操作，还设有动态的原理图，形象地展示了不可见的物理过程，使这些内容变得生动、易于理解和接受。 

　　仿真实验是利用计算机对实验的整个过程进行模拟，包括实验目的、原理、仪器操作、实验报告。通过对实验环境的模拟，使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能建立起直观的认识[2]。在仿真实验中，仪器的关键部位可拆卸，可解剖进行调整，并可实时观察仪器的各种指标和内部结构，增强了熟悉仪器功能和使用方法的训练。仿真实验可以提供较为直观的学习环境，图文并茂的实验内容，促进学生对实验仪器的熟悉和对实验原理的理解。学生可按其步骤一步一步的做下去，这样既让学生明白了如何进行实验，包括预习、实验操作、数据记录、数据处理以及实验报告形成，同时也让学生在不破坏仪器的情况下熟悉了实验仪器，从而增加了学生的学习兴趣，调动了他们学习的积极性。 

　　2.仿真实验可以提高教学效率 

　　学生认为仿真实验比实际实验操作简便、快捷，突出了物理思想和原理，提高了教学的效率，减轻了他们的负担，真正做到了短小精悍。仿真实验系统能提供一个虚拟的实验环境，较贴近实物实验，学生可逼真地模拟出实验操作的整个过程，同时仪器实现了模块化。学生可对提供的仪器进行选择和组合，用不同的方法完成同一实验目标，可以实现更灵活的操作。通过做仿真实验使学生对物理实验有了新的认识和兴趣，学生认为实验课也成了一门象数学物理一样理论严谨的学科。 

　　3.仿真实验可以培养学生的设计能力 

　　在实际实验教学中，大多数综合性实验原理、实验步骤都是给出的，学生需要按照要求按部就班地去做。即使是设计性实验，例如我校第二学期学生进行的设计性实验“伏安法测电阻”，也基本上是按老师给出的实验条件下完成的。这在很大程度上扼杀了学生创造能力的发展，不利于学生掌握实验的设计思想和实验技能。而在仿真实验中学生可以自行设定实验参数，反复调整后，观察实验现象，分析实验结果[3]。另外在仿真实验中待测的物理量也是随机产生，以适应同时实验的不同学生和同一学生的多次操作，这些都培养了学生的设计能力。 

　　4.仿真实验数据处理简便快捷