力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)大學(xué)物理教學(xué)的作用

高允鋒

摘 要：隨著時(shí)代和科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透在我們生活學(xué)習(xí)的方方面面，本文將分析在大學(xué)物理課堂上，在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)置以仿真技術(shù)為主的力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用和意義，力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)常規(guī)儀器實(shí)驗(yàn)力學(xué)教學(xué)的補(bǔ)充和深化，可以讓學(xué)生們更清楚地認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：力學(xué) 仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué) 大學(xué)物理教學(xué)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的課程，能夠在一定程度上提高學(xué)生整體的學(xué)習(xí)思維能力，所以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)重要并且必要的教學(xué)課程，然而出于對(duì)學(xué)生安全的考慮和學(xué)校經(jīng)費(fèi)的制約，一些物理實(shí)驗(yàn)往往不能在實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)，所以要適應(yīng)新時(shí)代的變化，使得傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)向開(kāi)放性、探究性的方向轉(zhuǎn)變就需要我們運(yùn)用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)指的是通過(guò)信息技術(shù)，相似原理等相關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境和儀器設(shè)計(jì)，在大學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生們可以在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、操作儀器和擬定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，再現(xiàn)真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程。本文通過(guò)對(duì)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論的探討，分析其在大學(xué)課堂上開(kāi)設(shè)的意義和作用。

一、力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)概述

隨著信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中應(yīng)用愈加廣泛，力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展將實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，學(xué)生在這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行物理現(xiàn)象的研究和探索，受到實(shí)驗(yàn)空間，儀器，時(shí)間等因素的影響較小。力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)展，幫助教師更加清晰地傳授物理力學(xué)知識(shí)，同時(shí)也使得學(xué)生們對(duì)于力的現(xiàn)象和規(guī)律有更加深刻和全面的認(rèn)識(shí)與探索，提高學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的興趣熱情，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

但是在當(dāng)今的高校中，力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展還存在著一些問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不夠先進(jìn)，實(shí)驗(yàn)方式不夠科學(xué)，教師不足等都影響著力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展，這樣不利于學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握和思維的拓展，所以在高校中進(jìn)行力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用探索十分必要。

二、力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合的必要性

1.物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足

在近幾年來(lái)，高校規(guī)模不斷擴(kuò)大，招收的學(xué)生數(shù)目逐年增長(zhǎng)，高校的實(shí)驗(yàn)資源不足的問(wèn)題突顯，實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)儀器、指導(dǎo)教師等教學(xué)資源往往不能滿足教學(xué)要求，學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足難以購(gòu)置一些高精度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，難以支持學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行深入的了解，還有一些實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需時(shí)間太長(zhǎng)，這些實(shí)驗(yàn)或者一些實(shí)驗(yàn)方法就難以在課堂上進(jìn)行。

2.實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限

大多數(shù)高校開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課都會(huì)設(shè)置固定的時(shí)間和固定的實(shí)驗(yàn)室，很少學(xué)校做到長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)放，學(xué)生按照課程安排上實(shí)驗(yàn)課，做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間匆忙，很難在固定的時(shí)間內(nèi)將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等完全掌握。實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)往往流于形式，對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)缺乏清楚的理解。

3.教學(xué)模式單調(diào)

傳統(tǒng)的高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一，方式也較為落后，通常都是按照簡(jiǎn)單易行的舊方式進(jìn)行，學(xué)生根據(jù)課程安排上實(shí)驗(yàn)課，先聽(tīng)老師講解實(shí)驗(yàn)原理和方法，然后自己或者小組合作完成實(shí)驗(yàn)，昀后交上實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭种屏藢W(xué)生的主觀能動(dòng)性，不能給學(xué)生創(chuàng)造發(fā)揮自我的空間，不利于學(xué)生創(chuàng)新科學(xué)和探究能力培養(yǎng)。通過(guò)開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)為大學(xué)物理的教學(xué)提供了更多的形式和方法，為驗(yàn)證各種物理現(xiàn)象提供了更多的形式。

三、力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到的作用

1.改善傳統(tǒng)的物理教學(xué)環(huán)境，使得實(shí)驗(yàn)室真正地向?qū)W生開(kāi)放

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般有三四個(gè)課時(shí)，在規(guī)定的有限時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)目標(biāo)，尤其是對(duì)于一些過(guò)程較為復(fù)雜，所需時(shí)間較長(zhǎng)的項(xiàng)目往往會(huì)達(dá)不到預(yù)期的效果，然而運(yùn)用力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)則會(huì)很好地克服空間和時(shí)間的限制問(wèn)題，力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)只需要相關(guān)教學(xué)軟件的支持，計(jì)算機(jī)上的安裝軟件不需要占用空間，學(xué)生可以用適合自己的時(shí)間在計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)，這樣就解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期受到實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)課時(shí)間的限制，有電腦就可以完成實(shí)驗(yàn)，而且學(xué)生可以在仿真實(shí)驗(yàn)上充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)熱情。

2.提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理、儀器、過(guò)程、結(jié)果的認(rèn)識(shí)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)儀器不斷改革升級(jí)，朝著智能、自動(dòng)、集合的方向發(fā)展，實(shí)驗(yàn)儀器操作簡(jiǎn)便，很多物理量的變化直接由儀器的昀后數(shù)字給出，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，學(xué)生可以真正進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的步驟不多，往往只是操作儀器的按鈕，不利于學(xué)生基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，而且實(shí)驗(yàn)儀器一般貴重且不可拆卸，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程的掌握，只是簡(jiǎn)單地測(cè)量幾組數(shù)據(jù)不能使同學(xué)們印象深刻，達(dá)不到很好的教學(xué)效果。而力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬儀器可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在這一方面的不足，仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)于一些復(fù)雜的設(shè)備提供了拆卸功能，學(xué)生可以自由探索，深入了解儀器的架構(gòu)和工作原理，加深對(duì)物理過(guò)程的認(rèn)識(shí)。此外，仿真實(shí)驗(yàn)有圖像、文字、特技和聲音，使得整個(gè)物理過(guò)程生動(dòng)直觀，更容易理解。

3.使用仿真實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)化物理概念

以探究擦黑板時(shí)，黑板擦在黑板上的受力為例，往往學(xué)生們都是根據(jù)老師對(duì)受力物體的分析然后仿照老師的思路，對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行理解，里面難免存在記憶對(duì)物理過(guò)程分析的影響，而應(yīng)用力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)則會(huì)讓學(xué)生更加清晰地了解物理過(guò)程，對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深刻的理解，達(dá)到舉一反三的效果。

學(xué)生在看實(shí)驗(yàn)書時(shí)往往會(huì)感到書上的一些概念較為抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)缺乏積極性，仿真實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供直觀、形象的學(xué)習(xí)平臺(tái)，仿真實(shí)驗(yàn)圖文并敘，層次清晰，動(dòng)靜結(jié)合，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生多個(gè)感官進(jìn)行學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)操作可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

四、結(jié)語(yǔ)

力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)有著很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有的長(zhǎng)處，可以幫助學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí)物理知識(shí)，認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，但是它有著自身的局限性，仿真實(shí)驗(yàn)的條件、過(guò)程和結(jié)論都是事先設(shè)定好的，這就避免了許多外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏處理突發(fā)事件的機(jī)會(huì)，減少了學(xué)生在處理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題中的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。而且仿真實(shí)驗(yàn)雖然直觀明了，但是操作簡(jiǎn)單，只需要操作計(jì)算機(jī)即可，缺乏和儀器的直接接觸，不利于學(xué)生操作能力的培養(yǎng)，所以模擬得再好也不能代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。所以在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中一定要將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與仿真模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，達(dá)到昀佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬如遠(yuǎn).計(jì)算機(jī)仿真在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探討.[J]裝備制造技術(shù).2013

[2]陶敏.地方院校環(huán)境工程專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與對(duì)策分析.[J]中國(guó)電力教育：上.2013

[3]伍文蒂.物理仿真實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)院校教學(xué)中的應(yīng)用.[J]教育藝術(shù).2013