應(yīng)用型轉(zhuǎn)型下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)

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摘要：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生重要的通識性必修基礎(chǔ)課，在教學(xué)過程中，存在著教學(xué)模式單一、教學(xué)效果不佳等問題。近年來，隨著越來越多的高校進(jìn)行應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，積極探索新的大學(xué)物理教學(xué)模式或是進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的改革成為研究熱點(diǎn)。本文從必要性與可行性角度對利用仿真手段對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革作了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；仿真教學(xué)；必要性；可行性

大學(xué)物理學(xué)本質(zhì)上是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)，體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性，在實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)?！洞髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程是高等理工科院校對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課覆蓋面廣，具有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法、手段，同時能提供綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、提高科學(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實(shí)際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實(shí)踐類課程不可替代的作用。隨著越來越多的高校進(jìn)行應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的物理教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足不斷改革的人才培養(yǎng)，特別是民辦高校的物理等基礎(chǔ)教學(xué)，受到極大的教改沖擊。同時由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多理論課程都引入了多媒體教學(xué)等先進(jìn)的教學(xué)手段，在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)上使用計算機(jī)仿真技術(shù)也在被各所學(xué)校積極的嘗試。本文著重從必要性和可行性兩個角度對在我校開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)做出闡述和分析。

1開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的必要性

1.1傳統(tǒng)的教學(xué)方法的局限性

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式仍然停留在老師先講解實(shí)驗(yàn)原來、實(shí)驗(yàn)步驟并為學(xué)生做示范，然后學(xué)生再自己做。學(xué)生只能被動地接受老師的灌輸?shù)膶?shí)驗(yàn)原理和知識，學(xué)生獨(dú)立思考的時間少。其一、實(shí)驗(yàn)時間太少。特別是對于民辦高校的學(xué)生，幾乎一個實(shí)驗(yàn)做完了還不知道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為什么是這樣。對實(shí)驗(yàn)原理一知半解，更談不上對數(shù)據(jù)的處理。原因是，雖然一次物理實(shí)驗(yàn)需要3到4個課時，但講解占了幾乎一半的時間，學(xué)生實(shí)際動手時間很短，又加上實(shí)驗(yàn)場地和條件的限制，很多同學(xué)只在實(shí)驗(yàn)室做一遍教學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)，沒有機(jī)會對有疑惑的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次反復(fù)驗(yàn)證。所以傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果一直也無法真正的提高到一個新的高度。其二、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的效果差。在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)課上課之前，讓學(xué)生預(yù)習(xí)，學(xué)生只能從課本的理論知識大概知道要上的實(shí)驗(yàn)課是什么內(nèi)容，很多實(shí)驗(yàn)儀器如果不親自動手實(shí)驗(yàn)，根本無法明白是什么意思。這樣給正式上物理實(shí)驗(yàn)課增加了難度。其三、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果無法延伸到實(shí)際的應(yīng)用。幾乎所有的物理實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是對實(shí)際的生產(chǎn)生活有很大的意義的，但是由于實(shí)驗(yàn)課上都一知半解，更別說做完實(shí)驗(yàn)后將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和原理應(yīng)用到實(shí)際的項(xiàng)目中，完全無法真正的延續(xù)物理知識和實(shí)驗(yàn)帶給我們的正真意義。這樣的學(xué)習(xí)效果只是為了敷衍所開的課程而已。

1.2學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課重視程度不夠

基于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的各種弊端，回到學(xué)生個體來看，會使學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)課不夠重視，特別是在應(yīng)用型轉(zhuǎn)型背景下的民辦高校的學(xué)生，一是學(xué)生本身的物理理論基礎(chǔ)較差，無法與重點(diǎn)高校的學(xué)生相比，二是在民辦高校的轉(zhuǎn)型下，學(xué)生越來越不重視基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)和積累，認(rèn)為對以后找工作沒有用。實(shí)際上，因?yàn)閭鹘y(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)和各類基礎(chǔ)課程的改革必須要跟上人才培養(yǎng)的步伐，否則學(xué)生的重視程度會越來越低。學(xué)生往往忽視了物理實(shí)驗(yàn)的原理和結(jié)論等是可以應(yīng)用到實(shí)際的項(xiàng)目中，沒有將所學(xué)的知識進(jìn)行升華，必然導(dǎo)致不重視的結(jié)果。

1.3實(shí)驗(yàn)儀器損壞較嚴(yán)重

物理實(shí)驗(yàn)儀器的損壞率也是居高校各類實(shí)驗(yàn)之首，比如三棱鏡，幾乎沒學(xué)期要損壞一半以上，對實(shí)驗(yàn)室的管理和經(jīng)費(fèi)開銷帶來一定的難度。導(dǎo)致儀器損壞嚴(yán)重的原因其一，對實(shí)驗(yàn)不熟，一開始進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就要進(jìn)行實(shí)際操作，對于基礎(chǔ)較差的同學(xué)而言確實(shí)很難，所以容易損壞。其二，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大多數(shù)采用傳統(tǒng)測量，比如楊氏模量的測量，使用場地大，其測量用到的分光計又屬于易碎的光學(xué)器件，學(xué)生操作起來如果不夠細(xì)心則容易損壞。

1.4物理實(shí)驗(yàn)課時一度被壓縮

在應(yīng)用型轉(zhuǎn)型下背景，各高校特別是民辦高校則紛紛進(jìn)行教學(xué)大綱修改，將大多數(shù)學(xué)時趨向于專業(yè)課的課程實(shí)踐方面，基礎(chǔ)課如大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)等學(xué)時被大量壓縮，那么物理實(shí)驗(yàn)的改革必然要符合應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的要求，怎樣即能在有限的實(shí)際實(shí)驗(yàn)課時少的情況下又能讓學(xué)生充分的掌握所學(xué)的知識，則大學(xué)物理的仿真實(shí)驗(yàn)成為適應(yīng)教學(xué)改革的必然。

2開展物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的可行性

終上所述，在應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的背景下，完全依靠傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式無法滿足學(xué)生和轉(zhuǎn)型的要求，而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的仿真教學(xué)成為必然。可以有效的解決以下幾個方面的問題：其一、不限制時間，充分利用學(xué)生的自由課余時間進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和相關(guān)的延伸學(xué)習(xí)，解決了實(shí)驗(yàn)條件受限，實(shí)驗(yàn)場地不足的問題。其二、由于進(jìn)行了預(yù)習(xí)，則實(shí)踐操作的學(xué)時可以大大縮短，學(xué)生熟練操作，滿足學(xué)時少但學(xué)習(xí)量并不少的問題。其三、減少實(shí)驗(yàn)儀器的損壞，由于有預(yù)習(xí)，則操作時更胸有成竹，實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法和性能已經(jīng)熟悉，則能大大的降低實(shí)驗(yàn)的損壞率，節(jié)約資金。其四、由于不受時間限制，又可以隨時復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生可以進(jìn)行延伸學(xué)習(xí)，提高了大部分學(xué)生的積極性和興趣，有利于教學(xué)效果的提高。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性方面主要有以下幾點(diǎn)：

2.1有成果經(jīng)驗(yàn)可借鑒

很多高校包括大部分重點(diǎn)高校，都在進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的研究和改革，特別是在翻轉(zhuǎn)課堂、微課等多媒體教學(xué)水平發(fā)展的前提下，更多的需要學(xué)生在課前課后的自主時間學(xué)習(xí)，那么仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少。同類型高校中也有部分開設(shè)了大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)，借鑒其它教學(xué)方法和成果，可以加快大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的進(jìn)度。

2.2有較成熟的物理實(shí)驗(yàn)仿真軟件

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)目前在教學(xué)仿真的軟件開發(fā)方面，已經(jīng)有很多教儀公司專門針對各類型的高校課程的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真軟件的開發(fā)，已經(jīng)有部分高校在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真軟件上進(jìn)行了使用，所以有較為成熟的仿真軟件可以購買使用，建立仿真實(shí)驗(yàn)室也有經(jīng)驗(yàn)可循。

2.3具備自行開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)的技術(shù)條件

我校的計算機(jī)方向的專業(yè)教師，具有軟件開發(fā)方面的能力，打多來自公司，有軟件開發(fā)方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)室的建立上能起到一定作用，同時在后期的維護(hù)中也可以節(jié)省費(fèi)用自己維護(hù)和升級軟件等?？梢詫ｉT針對教學(xué)中的仿真軟件建立教研團(tuán)隊(duì)，這樣既滿足了學(xué)校各類型課程仿真實(shí)驗(yàn)的需求，同時也提高了開發(fā)軟件團(tuán)隊(duì)的科研水平，提高了申請各類項(xiàng)目的能力，也加強(qiáng)了教師自身的教研科研能力。

2.4基本教學(xué)模式

將仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)以及在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際操作的分?jǐn)?shù)綜合為期末大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)成績，還可以將提高能力的綜合性實(shí)驗(yàn)仿真學(xué)習(xí)的成績計入期末總成績，其基本教學(xué)模式如圖1所示。

3結(jié)論

綜上所述，在應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的背景下，特別是民辦高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的改革是必須符合轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)，滿足現(xiàn)目前推行的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式。有利于學(xué)生的興趣的提高和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器的投資。在我校開展物理實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)是非常有必要，并且也具備前期條件的。該體系一旦構(gòu)建成功，可以作為應(yīng)用型轉(zhuǎn)型下各類工科學(xué)生在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和延伸學(xué)習(xí)的一種方法，同時也能起到為其他課程的改革提供一定的參考作用。

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作者:趙宗坤 單位:武昌工學(xué)院信息工程學(xué)院