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【中图分类号】O4-33 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）11-0188-02
一、大学物理实验教学的重要性
实践是用来检验真理的，实验是用来支持理论的。像物理学这样一门充斥着规律的学科自然更少不了实验的支撑。因而实验教学就成为物理教学不可或缺的重要部分。随着数字信息时代的到来，教育实现人才培养的目标已经深入到创新能力的培养上来，而实践恰恰就是创新的源泉。大学物理实验，是理工科类大学生进入学校开始实践性学习的第一课，学生能够获取丰富的实验知识，接触各各先进的仪器设备，对于培养学生系统的实验素质和训练学生的实践技能起着至关重要的作用。因此，大学物理实验课教学的成败直接关系到学生后继实践实训，同时也关系着学生日后的科学探索和工程实践，是其它课程实验环节所难以取代的。
二、大学物理实验教学目前存在的问题
（一）主观因素造成的教学问题
1.教学理念落后
教学理念从其之定义上看，是人们对教学活动的看法和持有的基本的态度和观念，是人们对从事教学活动的信念。而我国目前很多学科都存在教学理念相对陈旧落后，教学观念更新缓慢的情况，落后的教学理念限制了大学物理实验教学的灵活度。在美国，物理实验课的开设是为了使学生懂得如何去研究物理问题。而在中国，更多的实验课教学只局限于理论的验证，学生成为简单的模仿者，这样的教学理念于创新何言，更无法促使我们在实验教学中树立更高的目标。
2.教学模式单一
在我国目前大学物理实验教学无外乎就是老师在上面讲，学生在下面做或学生照着实验讲义按部就班地完成实验内容。部分高校物理实验教学仪器由老师事先准备好，学生被动地按规定方法进行操作，机械枯燥。这在美国被称为“COOK”实验，即像照着菜单煮饭一样。完全忽略了学生的主观能动性。
3.教学内容陈旧
我国目前的物理实验教学中，实验内容陈旧，缺乏特色，不够新颖。传统，经典的实验多，体现现代科学技术的实验少；内容单一的实验多，含概知识丰富的综合性实验少；验证性实验多，设计性实验少。实验内容的设置既不考虑学生的专业实际更谈不上前沿科技的涉及了。学生想根据自己的专业需要和个人兴趣来选做实验的机会少，可选性低，而与现代生产联系密切的实用型实验的开出率接近于零。
4.教学状态封闭
大学物理实验有固定的开课时段，规定的授课学时和特定的实验内容，教师往往就是在特定的时间特定的地点组织学生完成特定的教学任务。而学生在课程结束后想要再踏入实验室的机会是微乎其微，根本谈不上什么开放式教学。
5.理论滞后实验
目前，多数高校大学物理实验课程的开课时间受到时间、地点、专业、教学人员按排等诸多因素制约，导致了实验中涉及的理论知识在学生进行实验时未曾触及，学生对实验原理一头雾水。而实验人员又不能靠有限的实验课时去深入讲解理论支撑，其结果就只能是老师带着学生“跑”。
（二）客观因素造成的教学问题
1.实验教材与内容脱节
教材改革缓慢也成为大学物理实验教学中一显著问题。我国目前大部分高校的大学物理实验教材采用的都是早以前的统编教材，讲授的实验内容和方法在较长一段时间内是一陈不变的，而各院校购置的实验室仪器设备又不尽相同，这样学生拿着旧课本对着新仪器，指导书完全没有了指导的意义。
2.学生主动性差
作为大学物理实验的教学对象——学生对教学的成败也有至关重要的影响。而受中国传统教育模式限制，中国的学生更加注重理论研究、解题计算而忽视实践动手能力的培养。在这种传统思想的驱使下，学生进入学校对实验课的注视程度就不够，仅限于完成学时拿学分。从学生主观上可能更愿意被动地接受，根本没有主观能动性的发挥，面对这样的教学对象教学效果可见一斑。
3.仪器跨度大
现在大学物理实验的教学仪器各式各样，层次不一。有老式机械化的，也有新式智能化的。旧的仪器原理陈旧设计老化，跟不上现化科技发展的步伐。而新式的又太过智能化，削弱了学生在实验中主导角色的地位。
三、虚拟仿真实验——大学物理实验教学多元化的平台
随着计算机互联网的普及，利用现代教学手段改善物理实验目前的教学状况，已经成为我国高校教改的必然发展趋势。
（一）虚拟仿真实验室的产生与组成
1.虚拟仿真实验室的产生
1961年，摩根扎特首次对“仿真”进行了技术性的定义。1984年，OREN给出仿真的基本概念，提出“仿真是一种基于模型的活动”的定义。20世纪80年代，兴起了虚拟仿真这门综合性信息技术。虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统，模仿另一个真实的系统的技术。由此应运而生的仿真实验室成为高等实验教学多元化的重要平台。虚拟仿真物理实验室，1989年，由美国的Willamwolf教授提出。通过计算机网络，把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机的融为一体，形成了一部活的可操作的物理实验教科书。北大教授赵凯华倡导推广虚拟仿真实验，他指出：计算机仿真实验虽不能代替学生做真实实验。然而，目前在物理实验教学中由于实验仪器复杂，精密和昂贵，往往不允许学生自行设计实验参数，反复调整仪器，这对学生剖析仪器结构和性能，理解实验的设计和方法是不利的。而虚拟仿真实验可在相当程度上弥补实验教学在这方面的缺憾，值得大力推广。由此可见，虚拟仿真实验对于物理实验教学具有举足轻重的作用。
2.虚拟仿真实验室的组成
虚拟仿真实验室由包括软件平台和硬件平台的虚拟现实应用平台，高性能图像生成及处理系统，立体式沉浸性的虚拟三维显示系统，虚拟现实交互系统，集成应用控制系统。
（二）虚拟仿真实验在物理实验教学中的作用
虚拟仿真实验是虚拟现实技术应用研究的重要载体，在教育领域有广泛的应用价值。它除了可以辅助进行科研工作，在实验教学方面也有利用率高、易维护等优点。另外，虚拟仿真实验室在创建时就达到了能为实验者提供逼真的虚拟实验环境，在这种虚拟环境中实验者可以任意操作仪器设备，能够实时模拟在线实验过程、实验现象，还能实现填写实验报告等与实验教学相应的辅助功能。
（三）虚拟仿真实验的特性与优势
用软件方法来模拟硬件设备的功能是虚拟仿真实验室的开发思想。由此也突显出虚拟仿真实验室的特性：①与实际仪器的物理化学性质的一致性；②强大的交互性；③具有实时反馈的特性；④能够多人合作使用。作为一种现代实验教学模式，虚拟仿真实验室的优势在于：
1.更新教学理念，改变教学模式
2.丰富教学内容，改进教学手段
3.改善实验效果，提高教学质量
4.经济、安全、共享的大平台
在网络教育迅速发展的今天，网络实验教学已成为解决传统教学种种弊端的有利工具。而虚拟仿真实验不仅能使学生获得身临其境的感觉，更能实现感知到理性的过度，成为大学物理实验教学多元化的工具，具有广阔的发展前景。
一、大学物理实验教学的重要性
实践是用来检验真理的，实验是用来支持理论的。像物理学这样一门充斥着规律的学科自然更少不了实验的支撑。因而实验教学就成为物理教学不可或缺的重要部分。随着数字信息时代的到来，教育实现人才培养的目标已经深入到创新能力的培养上来，而实践恰恰就是创新的源泉。大学物理实验，是理工科类大学生进入学校开始实践性学习的第一课，学生能够获取丰富的实验知识，接触各各先进的仪器设备，对于培养学生系统的实验素质和训练学生的实践技能起着至关重要的作用。因此，大学物理实验课教学的成败直接关系到学生后继实践实训，同时也关系着学生日后的科学探索和工程实践，是其它课程实验环节所难以取代的。
二、大学物理实验教学目前存在的问题
（一）主观因素造成的教学问题
1.教学理念落后
教学理念从其之定义上看，是人们对教学活动的看法和持有的基本的态度和观念，是人们对从事教学活动的信念。而我国目前很多学科都存在教学理念相对陈旧落后，教学观念更新缓慢的情况，落后的教学理念限制了大学物理实验教学的灵活度。在美国，物理实验课的开设是为了使学生懂得如何去研究物理问题。而在中国，更多的实验课教学只局限于理论的验证，学生成为简单的模仿者，这样的教学理念于创新何言，更无法促使我们在实验教学中树立更高的目标。
2.教学模式单一
在我国目前大学物理实验教学无外乎就是老师在上面讲，学生在下面做或学生照着实验讲义按部就班地完成实验内容。部分高校物理实验教学仪器由老师事先准备好，学生被动地按规定方法进行操作，机械枯燥。这在美国被称为“COOK”实验，即像照着菜单煮饭一样。完全忽略了学生的主观能动性。
3.教学内容陈旧
我国目前的物理实验教学中，实验内容陈旧，缺乏特色，不够新颖。传统，经典的实验多，体现现代科学技术的实验少；内容单一的实验多，含概知识丰富的综合性实验少；验证性实验多，设计性实验少。实验内容的设置既不考虑学生的专业实际更谈不上前沿科技的涉及了。学生想根据自己的专业需要和个人兴趣来选做实验的机会少，可选性低，而与现代生产联系密切的实用型实验的开出率接近于零。
4.教学状态封闭
大学物理实验有固定的开课时段，规定的授课学时和特定的实验内容，教师往往就是在特定的时间特定的地点组织学生完成特定的教学任务。而学生在课程结束后想要再踏入实验室的机会是微乎其微，根本谈不上什么开放式教学。
5.理论滞后实验
目前，多数高校大学物理实验课程的开课时间受到时间、地点、专业、教学人员按排等诸多因素制约，导致了实验中涉及的理论知识在学生进行实验时未曾触及，学生对实验原理一头雾水。而实验人员又不能靠有限的实验课时去深入讲解理论支撑，其结果就只能是老师带着学生“跑”。
（二）客观因素造成的教学问题
1.实验教材与内容脱节
教材改革缓慢也成为大学物理实验教学中一显著问题。我国目前大部分高校的大学物理实验教材采用的都是早以前的统编教材，讲授的实验内容和方法在较长一段时间内是一陈不变的，而各院校购置的实验室仪器设备又不尽相同，这样学生拿着旧课本对着新仪器，指导书完全没有了指导的意义。
2.学生主动性差
作为大学物理实验的教学对象——学生对教学的成败也有至关重要的影响。而受中国传统教育模式限制，中国的学生更加注重理论研究、解题计算而忽视实践动手能力的培养。在这种传统思想的驱使下，学生进入学校对实验课的注视程度就不够，仅限于完成学时拿学分。从学生主观上可能更愿意被动地接受，根本没有主观能动性的发挥，面对这样的教学对象教学效果可见一斑。
3.仪器跨度大
现在大学物理实验的教学仪器各式各样，层次不一。有老式机械化的，也有新式智能化的。旧的仪器原理陈旧设计老化，跟不上现化科技发展的步伐。而新式的又太过智能化，削弱了学生在实验中主导角色的地位。
三、虚拟仿真实验——大学物理实验教学多元化的平台
随着计算机互联网的普及，利用现代教学手段改善物理实验目前的教学状况，已经成为我国高校教改的必然发展趋势。
（一）虚拟仿真实验室的产生与组成
1.虚拟仿真实验室的产生
1961年，摩根扎特首次对“仿真”进行了技术性的定义。1984年，OREN给出仿真的基本概念，提出“仿真是一种基于模型的活动”的定义。20世纪80年代，兴起了虚拟仿真这门综合性信息技术。虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统，模仿另一个真实的系统的技术。由此应运而生的仿真实验室成为高等实验教学多元化的重要平台。虚拟仿真物理实验室，1989年，由美国的Willamwolf教授提出。通过计算机网络，把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机的融为一体，形成了一部活的可操作的物理实验教科书。北大教授赵凯华倡导推广虚拟仿真实验，他指出：计算机仿真实验虽不能代替学生做真实实验。然而，目前在物理实验教学中由于实验仪器复杂，精密和昂贵，往往不允许学生自行设计实验参数，反复调整仪器，这对学生剖析仪器结构和性能，理解实验的设计和方法是不利的。而虚拟仿真实验可在相当程度上弥补实验教学在这方面的缺憾，值得大力推广。由此可见，虚拟仿真实验对于物理实验教学具有举足轻重的作用。
2.虚拟仿真实验室的组成
虚拟仿真实验室由包括软件平台和硬件平台的虚拟现实应用平台，高性能图像生成及处理系统，立体式沉浸性的虚拟三维显示系统，虚拟现实交互系统，集成应用控制系统。
（二）虚拟仿真实验在物理实验教学中的作用
虚拟仿真实验是虚拟现实技术应用研究的重要载体，在教育领域有广泛的应用价值。它除了可以辅助进行科研工作，在实验教学方面也有利用率高、易维护等优点。另外，虚拟仿真实验室在创建时就达到了能为实验者提供逼真的虚拟实验环境，在这种虚拟环境中实验者可以任意操作仪器设备，能够实时模拟在线实验过程、实验现象，还能实现填写实验报告等与实验教学相应的辅助功能。
（三）虚拟仿真实验的特性与优势
用软件方法来模拟硬件设备的功能是虚拟仿真实验室的开发思想。由此也突显出虚拟仿真实验室的特性：①与实际仪器的物理化学性质的一致性；②强大的交互性；③具有实时反馈的特性；④能够多人合作使用。作为一种现代实验教学模式，虚拟仿真实验室的优势在于：
1.更新教学理念，改变教学模式
2.丰富教学内容，改进教学手段
3.改善实验效果，提高教学质量
4.经济、安全、共享的大平台
在网络教育迅速发展的今天，网络实验教学已成为解决传统教学种种弊端的有利工具。而虚拟仿真实验不仅能使学生获得身临其境的感觉，更能实现感知到理性的过度，成为大学物理实验教学多元化的工具，具有广阔的发展前景。