虚拟仿真辅助“大学物理实验”网络教学的构建与实践

江小丹 程涛 应雨霖 张宏雨 夏婧雨

[摘 要] 虚拟仿真是促进实验教学思路从验证性向设计创新性转变的助推器。可从虚拟仿真平台的资源整合等方面着手，进一步完善虚拟仿真辅助“大学物理实验”网络教学的功能。从中国矿业大学（北京）“大学物理实验”教学的现状出发，探索并构建了虛拟仿真辅助“大学物理实验”的教学模式，通过总结线下教学特点，充分发挥线上教学模式的优势，构建虚拟仿真实验在“大学物理实验”教学中丰富教学内容、改善教学方式和客观评价学生实验成绩的新模式、新方法，对进一步深化实验教学改革、培养学生创新能力具有重要意义。

[关键词] 虚拟仿真;大学物理实验;构建与实践

[基金项目] 2020年度中国矿业大学（北京）大学生创新训练项目“基于虚拟仿真平台在实验教学中应用的探索和思考”（C202007342）;2020年度中国矿业大学（北京）本科教育教学改革与研究“微信公众平台辅助大学物理实验教学的实践与探索”（J200802）

[作者简介] 江小丹（1991—），女，山东烟台人，硕士， 中国矿业大学（北京）理学院实验师（通信作者），主要从事大学物理实验教学及激光等离子体物理研究;程 涛（1980—），男，山东青岛人，博士，中国矿业大学（北京）理学院副教授，主要从事大学物理实验教学、流体力学及激光等离子体物理研究;应雨霖（2001—），女，浙江金华人，中国矿业大学（北京）理学院2018级信息与计算科学专业本科生，研究方向为金融数学与统计学。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）37-0073-04    [收稿日期] 2021-04-06

随着计算机技术的不断普及和提高，使用计算机仿真软件进行虚拟实验和远程教学在全国各高校得到了广泛的开发和应用[1]。使用虚拟仿真实验进行现代化教学，可以作为传统实验教学的重要补充[2]。目前，全国很多高校都在开展这方面的教学实践和研究，并取得了一些经验和成果。本文主要从我校“大学物理实验”教学的现状出发， 结合“科大奥瑞”提供的抗击疫情虚拟仿真教学云平台，探索并构建了虚拟仿真辅助“大学物理实验”的教学模式，构建虚拟仿真实验，对丰富教学内容、改善教学手段和提高学生学习兴趣等方面做了一些尝试性的教学工作[3]。

一、“大学物理实验”网络教学模式的探索与构建

结合我校“大学物理实验”培养方案，对比虚拟仿真平台可提供的实验项目，初步设想：先开设与“大学物理实验”培养方案相同且仿真实验平台可提供的实验项目，“大学物理实验”培养方案要求但仿真平台没有的实验项目作为创新使用，以保证学生完成的实验项目与培养方案一致[4]。通过类比虚拟仿真平台提供的实验项目，发现需要解决如下几个问题。

（一）开展实验项目的选择问题

1.如果实行两学期打通的学习方式，目前仿真平台提供的实验项目中只有9个实验与培养方案中要求的完全一致，现需增加一个原培养计划中没有的实验项目，或者改为创新实验项目。

2.管理员登录系统后看到的基本实验项目与预习系统中的预习实验项目、仿真系统中的仿真实验项目及报告批阅系统中的报告实验项目不一致，但对比预习系统、仿真系统及报告系统的实验项目，发现这三个系统中对应的实验项目一致性比较高且都包含初步设想方案中的全部实验，证实初步预想方案可行。

（二）学生提交报告系统的选择问题

学生进入系统后可通过两种方式进行实验报告的提交：一是实验报告智能评阅系统;二是仿真实验平台。

如果统一要求学生使用实验报告智能评阅系统，对于本学期计划开展的实验项目，系统只提供了9个实验题目的实验参考模板（学生只需填写数据处理、实验思考、实验总结及原始数据上传）。对于系统未提供的模板，需要对应负责该实验项目的教师自行设计模板后上传。

如果统一要求学生使用仿真实验平台上传报告，学生在完成在线实验后可以直接在仿真系统里提交实验报告，但此平台目前系统并未给提供上传实验报告模板，且实验报告批阅系统中的实验报告模板不可作为仿真系统中的模板（两个系统不兼容），因此所有实验名称的实验报告模板均需要对应负责实验项目的教师完成实验报告设计并上传，学生方可下载模板填写后上传报告。

（三）两种提交报告形式对教师批阅报告的影响

批阅使用实验报告智能评阅系统提交的实验报告，只要系统实验报告模板中有与之对应的实验名称，教师进入实验报告智能评阅系统后，系统已对实验数据设置自动批阅功能，教师只需要重点批阅实验思考、实验总结及原始数据即可;对于系统中不存在的实验名称报告模板，因报告的内置由平台厂家负责（需要收取费用），即使我们上传了模板，系统也不能自动识别相关实验数据，教师进入实验报告智能评阅系统后，需要对自主上传的模板中所有内容进行批阅（除去上传模板前设计在报告模板中的内容）。

批阅使用仿真实验平台系统提交的实验报告，教师必须通过进入仿真实验平台进行批阅，因为实验报告智能评阅系统与仿真实验平台系统相互独立，所以通过仿真实验平台系统提交的实验报告，教师进入仿真实验平台系统后，需要对实验报告中的所有内容进行批阅。

（四）学生最终实验成绩如何给定

通过学生端账号登录系统，我们发现系统中给出了实验预习系统、实验报告智能评阅系统及仿真实验三个系统，结合最终实验成绩确定的需求，我们需要解决是否统一要求学生必须进入实验预习系统完成预习方可进入仿真实验系统进行试验。

（五）居家无法完成实验同学预案设想

在正式开始系统调试前，因仿真实验对设备及网络的要求较高，我们通过问卷的方式对全校近2000名理工科学生进行调研，统计发现有近10%的学生回家后只带了手机，且居家无网络或者信号不足。针对这种情况，建立居家无法完成实验同学通知群，以便及时掌握学生需求，合理制定补做实验预案（见图1、图2）。