大学物理实验虚拟仿真实验平台优化的探讨

姬鹏飞 孙现亭

摘 要：2020年年初，全国大、中、小学在教学上普遍采用网络授课，这打破了我院原有的实验教学模式，进而采用超星学习通+钉钉直播+虚拟仿真实验三元的实验教学模式。通过实践分析三元实验教学模式的优劣，提出优化大学物理虚拟仿真实验平台的建议。

关键词：虚拟仿真实验;仿真平台;教学模式

大学物理实验是理工科类大学生必修的一门基础课程，实践性强，对于培养学生动手能力、发现—分析—解决问题能力、理论联系实际等方面的发挥着重要的作用[1]。随着教育技术的快速发展，实验教学应当充分利用包括网络技术、多媒体教学软件等在内的现代教育技术、营造多元化的教学模式[2]，目前一些高校基于微课、MOOCs、翻转课堂进行了实验教学改革，并取得了一定的效果[1][3][4]，通过采用超星学习通+钉钉直播+虚拟仿真实验三元教学模式的实践探索，提出了优化仿真实验平台的建议，为促进虚实结合实验教学模式的实践发展提供了更好的思路。

1 授课模式实施

实操实验无法进行的时期，原有虚实结合的实验教学模式被打破，超星学习通+钉钉直播+虚拟仿真实验三元教学模式临时加以实施，如图1所示：通过学习通在线平台，团队老师在线上自建了大学物理实验课程，在课程中，每一个具体实验上传有实验相关PPT讲解文档，实验操作视频，实验注意事项等，另外，通过导入学生相关信息，可以提前给学生通过学习通下达预习任务，授课时间提醒，作业等;学生可以根据老师发布信息，通过学习通预习，自学相关实验内容，然后到虚拟仿真平台了解仿真平台相关实验操作要求，进行仿真操作，最后在教师约定的授课时间（两个学时）进行钉钉直播，就学习通平台及仿真操作中遇到的问题进行讨论，根据讨论的共性问题在仿真平台进行仿真操作并讲解，学生可根据讲解进一步通过仿真实验平台完善实验操作，达到理想仿真成绩后完成实验报告回传至学习通平台待实验教师批阅。

2 三元实验教学模式实施过程中的利弊分析

2.1 三元实验教学模式优势

（1）通过学习通平台的课程资源建设，团队老师把实验授课的相关资料上传到学习通平台，其中包括一些优秀的实验视频资源，这样能够激发学生学习的兴趣，通过自学进行实验探索，不计次数学习，解决了学生没有实验教材问题以及实验课中教师花大量时间讲解实验而学生课堂操作实验时间不足的问题。

（2）学生只需要具备电脑及网络则可以随时随地通过仿真实验平台去进行仿真实验操作，最大限度地弥补无法进行实操带来的不足[5]。进行模拟操作，可以检验学习通自学实验的效果，并且可以在平台上查看自己实验效果好坏与否，不限时限次数操作，直至仿真达到理想结果，是实操实验的有效补充与辅助手段[6]。另外由于仿真实验不需要消耗实验耗材，能够有效减少实验经费[7]。

（3）通过上述两个平台的自学与仿真操作，钉钉直播互动主要内容是解决遗留的问题，教师通过仿真平台实操的形式在钉钉群直播讨论，答疑，很好地解决原有实操实验课教师花费大量时长讲解实验原理等问题。

2.2 三元实验教学模式弊端

三元实验教学模式虽然很好解决了实验授课的问题，最大限度地消除了无法进行实操的影响，但是，在实践中也发现一些问题：

（1）三个平台的同步应用让教师与学生在三个平台之间反复切换，烦琐，没有办法实现之间相互兼容，比如，学校为了监管，学生需要把仿真操作后的实验报告上传到学习通。

（2）学习通平台资源的仅仅是解决燃眉之急，资源需要優化，比如针对性的讲解原理或者实验操作微视频。

（3）仿真平台仿真实验的结果是固定的，纯粹的仿真实验无法满足同学们对实操实验渴望，无法体会真实操作带来的直观，贴身体会，缺少实操环节。

（4）除了教师安排实验内容外，仿真平台其他实验访问频率、实验效果不理想。

3 优化虚拟仿真平台的探讨

通过三元实验教学模式的实践，分析其利弊，为今后实验教学提供了很好的优化思路，三元平台的模式无法兼容，可以探索三合一的模式，综合到一个平台上把所有功能予以实现，然后结合实操实验进行虚实结合的实验教学模式进行实验教学，具体如图2所示。因此，根据授课经验，提出优化大学物理虚拟仿真实验平台的建议。

3.1 仿真平台预习内容优化

大学物理实验虚拟仿真平台虽然没有办法兼容学习通平台，但完全可以实现对教师开放自由，以至于内部可以嵌入学习通平台相同功能的内容，可以有效解决平台多样化的问题，以及师生平台反复切换及平台兼容问题。

（1）虚拟仿真实验平台原有的实验内容、步骤等的罗列，可以更改为有教师端可开放式的修改，上传适合自身学校授课的优秀实验视频资源，自行录制视频演示等微课资源。

（2）经过教师筛选后的上传的实验资源可以避免学生在网络上寻求到鱼目混杂的实验资源情况发生，另外学生可以微课等视频资源学习实验的原理和实验操作部分的预习，拓宽学生的视野及解决问题的途径，深化认识，并可以通过平台的仿真操作实验进行反馈，便于知晓自己预习的效果，最终结合实操实验一起达到最优的实验效果[8]。

（3）通过虚拟仿真实验平台上传微课视频资源，则仿真平台亦变成承载视频资源的一种载体，是实现翻转课堂[9]的一种有效形式，翻转课堂能够让实验教师花费更更多的精力到视频资源的优化和后期课堂互动答疑上，解决了每学期反复讲解实验原理及内容的过程;让学生通过仿真平台的视频资源自主学习，遇到不懂的知识点可以资源回放，亦可观看其他类似资源的形式达到原本比教师课堂讲解更好的效果，更是可以进行仿真操作检验观看效果，这更容易激发学生学习的自主性和兴趣。

3.2 仿真实验优化

仿真实验平台中仿真实验应根据师生操作中反馈的问题中不断的优化，应根据时代的发展、教学技术的进步不断的优化。

（1）在一些基础实验中，增添学生规范操作的设置，操作不规范则设置为无法继续进行仿真操作，突出培养其实事求是，严肃认真的科学态度。比如：游标卡尺、螺旋测微计初次使用是否进行零刻度校正，天平、三线摆在使用之前是否进行水平调整等。对于一些重要的原理，设备的调整使用等关键环节，可以设置一些判断或者选择，正确通过后方可继续进行仿真实操，增加重点知识和技能的中间考查环节。

（2）仿真实验项目相比传统实验项目不仅仅要在数量上有优势，还要考虑到不同爱好和层次的同学的需求，根据学生基础和能力的差异的情况分类别、分层次，即仿真实验在力、热、光、电实验分类情况下，还要进行基础性、设计性、研究性、开放性实验分层次呈现，激发学生的学习兴趣[10]。

（3）虚拟仿真实验应根据现代教育技术成熟程度，适时加入一些仿真操作新技术，比如友好的人机交互VR技术，让仿真操作更加贴近于真实操作。

3.3 虚拟仿真实验平台互动性

仿真平台的师生互动暂时无法和钉钉直播平台相提并论，达到钉钉互动效果还有很高的技术和成本问题需要解决，但仿真平台仿真操作中可以有师生互动的场景，当然，课堂的实验教学就是最好的反馈，有老师讲原理等更改为同学实操过程前后的答疑，这样的互动，无疑效果是最好的。

4 结语

三元实验教学模式，分析实践过程中的问题，提出了优化仿真实验平台的建议，而不断完善优化的虚拟仿真平台与实操实验相结合，能够达到良好的实验效果，促进大学物理实验教学改革，提高实验教学的效果。

参考文献：

[1]蔡青，胡永金，李星星，吴云沛.基于MOOCs的大学物理实验教学改革[J].实验室研究与探索，2016，35（09）：177-180+199.

[2]王墨林，罗乐.“大学物理实验”网络教学系统的设计[J].实验室研究与探索，2012，31（12）：140-144.

[3]宋金璠，郭新峰，王生钊，罗鹏辉.微课在大学物理实验教学中的应用[J].物理实验，2015，35（02）：12-17.

[4]辛督强，张建祥，罗积军，王倩，林鹏.基于翻转课堂的大学物理实验分层次教学实践[J].西部素质教育，2020，6（02）：115-116.

[5]刘志远.大学物理仿真实验的定位研究[J].吉林省教育学院学报（学科版），2011，27（11）：133-134.

[6]董海宽，费英.大学物理仿真实验教学探讨[J].渤海大学学报（自然科学版），2008（01）：80-82.

[7]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，2016，3（40）：118-119.

[8]杨昶，杨昌虎，黄伟荣.波动光学仿真实验设计及其在大学物理教学中的应用[J].大学物理实验，2019，32（04）：113-115.

[9]卢强.翻转课堂的冷思考：实证与反思[J].电化教育研究，2013，34（08）：91-97.

[10]朱纯，陈国庆，聂延光，吴亚敏.雨课堂：“多维度分层次”教学的实践与思考[J].大学物理，2020，39（06）：52-58.

基金项目：平顶山学院新工科实践项目（项目编号：2017-XGK04）

作者簡介：姬鹏飞（1983— ），男，河南平顶山人，硕士，实验师，研究方向：实验教学与管理工作。