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对物理虚拟实验教学的几点思考--马黎君

来源:《北京教育》2004年5月 发布时间:2004-06-03 阅读次数:

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一、物理虚拟实验的利与弊
    大学物理虚拟实验利用计算机App技术将实验的内容及过程在计算机上模拟出来,学生可利用在线平台或个人电脑及光盘在家中或学校随时模拟实验的全过程,基本上解决了远程教育实践环节的难点问题。它主要有如下特点:
    提高学生的学习兴趣。物理虚拟实验在装备现代化的多媒体教室或计算机房完成,充满高新技术的气息,能极大地调动学生的学习兴趣和求知欲。如在实验时绝大部分学生都能提前进入计算机房,主动进入实验的准备阶段,实验中学生之间在技术上互相支撑,思维活跃,呈现出积极主动的学习热情。
    提高教师的教学效果。虚拟实验课件的编制是以先进教育思想为引导,以多媒体技术网络为支撑的。实验课件从理论、内容安排、技巧、教书育人等方面都经过了较充分的思考与研究。任课教师可依据自身的教学经验,最大限度地发挥课件的资源优势,提高教学效果。如在“基本测量”课程的教学中,大家通过视频或幻灯片将“替代法、模拟法、补偿法”等测量方法一一展现出来,并对照图片清晰地指出各种测量方法的特点、操作技巧、应用范围等;通过虚拟实验和真实实验数据结果的比较,引导学生分析在实验中的各种误差对实验结果的影响,了解各种误差产生的原因及减少误差的方法;课件提供的声情并茂的背景资料,极大地吸引了学生的注意力。在教书育人、培养学生科学思维方法等方面,这些教学方法的灵活应用所产生的效果是真实实验难以比拟的。教学实践证明,在课件提供的平台上,教师只要潜心研究,就可使教学充满艺术的魅力,极大地改善教学效果。
    丰富实验内容,具有重复性。虚拟实验课件可提供超出大纲的实验内容,可模拟实验室没有设备的实验。它为教师提供了丰富的教学内容,为学有余力的学生拓宽了思维空间,提供了从模拟走向创造的条件。它使实验不受生均实验资源和仪器设备的限制,并减少了实验室资金的投入。如一套近代物理实验设备需上万元,甚至更多,而一套覆盖所有所需的实验,利用网络可轻松实现资源共享的虚拟实验课件仅需几千元,而且操作安全,便于学生大胆尝试,有利于培养学生网络学习的能力,能为终身学习打下良好基础。由于课件(光盘)便于携带,学生不受实验室时间的限制,可以自主选择完成实验的时间,还可根据需要反复进行实验模拟。这对于课前预习、充分搞清实验原理、实验过程、正确使用仪器设备、建立实验前的直观认识和课后复习及巩固所学的常识等都有极大的帮助。
    大学物理虚拟实验在实验教学中所发挥的作用是十分明显的,但虚拟的环境也有它明显的不足。如完全虚拟,没有实物,缺乏物理实验的氛围;实验过程理想化,对真实实验中一些细节,特别是易出现的实验故障等问题缺乏模拟,不利于培养学生发现问题和解决问题的能力;据采集具有统一性,不利于教师及时发中的问题,也增加了实验管理的难度;
话,缺乏师生间的情感交流,较难做到教。
二、虚拟实验与真实实验的关系
真实实验的优势在于直接培养学生解决题的能力,这正是虚拟实验不足之所学生在虚拟实验中通过观察、分析实验设备和实体模型,通过操作了解设备内部结构、功能及工作原理,加强了对实验原理、规则和真实实验动作要领的认识,初步形成了认知技能和技术操作技能,如将这些技能进一步应用到实际操作中,可提高真实实验的效率,减少真实实验中常发生的盲目操作、走过场和损坏实验仪器等现象。在教学中,虚拟实验是以真实实验为最终依托的,因此,应从以下几方面处理好虚拟实验与真实实验的关系。
    合理调整虚实试验项目上的交替。在一个实验项目内,可以根据实际内容进行虚实交替教学,如在“分光仪的调整和使用”实验中,实验原理、测量方法是教学难点,且实验步骤与理论联系得很紧密,学生往往在操作时盲目性较大。为此,大家有目的地引导学生反复模拟实验过程,使他们对实验原理、测量方法加强了理解和初步掌握了实验技能后,再到真实仪器上调试、测试相关数据,这样,既减少了盲目性,效果又十分明显。大家根据学生学习的心理特征,采用虚、实项目交替的方式,不断刺激学生的感官,使其始终保持学习的热情和新鲜感。
    依据具体情况选择实验教学方式。受实验设备和生均实验资源限制的实验,如近代物理实验,以观察实验现象为主;采集数据较困难的实验,如“牛顿环”实验,课件提供的画面清晰且物理特征明显,便于观察、归纳、采集数据;理论性较强的验证性实验,如“非线性电路混沌”实验等均可采用虚拟实验。实用性强和设计性的实验,如万用电表的设计、示波器的使用,力、热、光、电各部分均应选择真实实验。
    实践证明,虚拟实验着重培养学生的自学能力,帮助学生建立直观的认识;真实实验则重在引导学生发现问题、分析问题,提高解决问题的能力。虚拟实验在实验理论和真实实验之间架起了一座桥梁,使实验的目的性更加明确,促进了真实实验的高效完成。学生在虚、实交替中提高了学习能力。
    三、对加强物理虚拟实验教学的几点建议
    教师应转变教学观念,建立新型的师生关系。教师应靠自身的专业常识,对教学过程进行宏观把握,引导学生完成学习任务,并要根据自身的教学经验和学习对象的要求,采用切实提高教学效果的教学模式,把虚、实实验的优势发挥到极至。教师应通过多种途径,在各个环节上,努力为学生提供优良服务。如在虚拟实验中,应加强实验数据的审核,以此判断学生对实验理论、实验技能的掌握程度,并及时给予引导。应利用实时视频、在线平台答疑室、电子邮件、批阅实验报告、实际引导等形式及时将信息反馈给学生,提出针对性意
见,供学生在重新模拟中参考。教师还应熟练掌握多媒体操作技术。
    学生应做好实验前的技术准备。学生如果对计算机操作技术和网络常识了解甚少,在做虚拟实验时,面对计算机他们就会一筹莫展,物理实验将变成计算机操作训练。因此,学生要掌握一定的计算机和网络常识。
    实验室应为学生的学习提供技术支撑和服务。这种服务包括实验场地、实验设备、学习资源、咨询等。实验室应随时为各种实验项目,如真实实验、虚拟实验、设计性实验提供必要的条件。如果有条件,最好开放实验室。实验室的管理人员应熟练掌握多媒体和计算机的操作技术,并为学生在实验中提供各种技术支撑和服务。要改革实验室管理办法,修改实验室规则,在实践中摸索现代化实验室的管理模式。

                          (编辑单位:北京建筑工程学院基础部)
                                                                     [责任编辑:张敏]



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