大学物理实验仿真教学论文

摘要:大学物理实验教学面临困难,物理仿真软件的出现,给教学带来了阳光。物理仿真实验这一新型的教学方式可否与实物实验教学齐头并进,结合宁波大红鹰学院的探索实践,讨论了物理仿真实验的利弊,提出了物理仿真实验的发展空间。下面是小编为大家整理的《大学物理实验仿真教学论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

大学物理实验仿真教学论文 篇1：

大学物理仿真实验教学实践与体会

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

摘要：將计算机仿真技术运用于大学物理实验教学是提高教学质量促进物理实验改革的重要举措。仿真实验完善了物理实验的教学过程、丰富了教学模式，是新形势下科技进步的产物。结合西安石油大学仿真实验的教学实践，总结分析了现阶段仿真实验的教学特点和教学现状以及运行过程中出现的问题。通过阐述仿真实验的积极意义和不足之处，说明其在实验教学中的辅助地位，并给出完善仿真实验的建议。

关键词：仿真试验；大学物理实验；教学实践

一、引言

物理学对于人们科学素质的培养有着重要的地位，其中物理实验教学做为一门基础实验课程肩负提高学生的综合素质、培养学生的实践能力与创新能力的工作，成为大学教育阶段人才培养必不可少的一部分[1]。传统物理实验教学由于受教学资源、教学时间等各种因素的限制，满足不了现阶段不断提高的教学要求。伴随着仿真技术的迅速发展，计算机仿真实验系统在物理实验教学中得到了广泛的应用。仿真实验系统是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其他相关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具创建的非实物形态的实验体系。在仿真实验中没有以实物形态存在的实验仪器，实验者通过对虚拟的软件进行操作得到类似于真实实验的实验结果，以这种方法去认知真实的世界[2]，虚拟实验环境下进行的计算机仿真实验，让物理实验教学走出实验室，在最大可能节约实验室硬件资源的同時，克服了实验教学长期受到场地、课时等等条件的制约 [3，4]，为大学物理实验开辟了开放性、设计性甚至研究性实验教学的新途径[5，6]。为了适应物理实验教学的发展，提高学生综合实验技能以及培养广大学生对物理实验课程的兴趣，西安石油大学于2013-2014学年第二学期开始将仿真实验纳入全校理工科物理实验课程教学大纲，形成了在传统物理实验的基础上结合开设仿真实验的综合教学模式，教学实践完善了物理实验教学方法和教学内容，提高了物理实验课程教学质量，仿真实验教学实践收到了良好的教学效果，在实践过程中出现的各种问题也值得我们思考和探索.

二、仿真实验的特点

仿真实验解决了实验室师资与学生规模失调的问题，仿真实验不受实验课时的限制，只要仿真实验服务器在运行，任何配有计算机设备和网络的地方学生都可以进行操作，延长了实验时间，具有可操作性强、重复性好的特点[7]。随着计算机软硬件及校园网的发展，大学物理仿真实验在开发技术和功能各方面都在不断提升，仿真实验软件利用组件的理念开发出物理仿真仪器库，使仿真实验实现了可自主设计实验方案，自主选择实验仪器，不仅满足了基础实验教学的开展，同时为设计性实验、研究型实验的开展提供了条件。仿真试验采用学生为主体、教师为主导的教学方法。学生根据不同测量结果的要求，可自拟实验方案，根据实验方案灵活选择实验仪器，激发学生实验兴趣的同时引导学生创新思维，创新能力的形成。仿真实验软件提供实验数据接口，能够得到实时实验状态，给出实验结果评判，实验灵活度高、针对性强，界面友好、实验指导信息丰富，实验提示栏在学生操作实验时，实时提示相关仪器的名称、功能、操作方法等信息，实验帮助文档融合了实验简介、实验原理、实验仪器、实验内容，实验指导。学生可在提供的实验提示信息及实验帮助文档的指导下顺利完成实验内容。

三、仿真实验教学现状

1.仿真实验教学内容。西安石油大学物理实验课程中要求学生在一学期的时间内除了完成实验室的八个必做实验项目外还需要在网上选作两项与本学期实验室实验内容不相同的仿真实验项目。仿真实验采用大学物理实验中心仿真实验室和远程服务器终端对学生开放的方法完成。依照逐步提升的层次化、模块化的教学体系，遵循基础性实验、综合性实验、设计性实验的发展顺序，依次对学生开放的仿真实验项目共计31项，界面主要包括：力学实验的5个项目、热学实验的3个项目、光学实验的6个项目、电学实验的10个项目、电磁学实验的3个项目、近代物理实验的4个项目。

2.仿真实验教学过程中出现的问题。首先是服务器稳定性的问题，西安石油大学物理仿真实验开设在大学一年级的第二学期，此阶段学生课程任务繁重，社团活动多，很多同学总是把两项仿真实验拖到最后的时间集中进行完成，造成仿真系统服务器经常瘫痪的现象，实验室就此现象升级服务器，并要求学生合理利用时间尽早完成仿真实验，不要出现学期末扎堆的现象，同时建议学生按照院系进行分时段登录操作，完善仿真实验系统的稳定性。

其次是软件的安全问题，部分学生反映在使用软件时出现登陆不了仿真系统大厅的现象，老师们和厂家沟通发现是人为更改了登陆密码，由于仿真系统使用的是同一个登陆用户名和密码，所以更改后出现原有密码失效的现象，后面经过对密码进行复位操作以及在数据库中新增一百个用户，暂时解决了登录失败的问题。为了维护软件的自身安全防止黑客的攻击，需要软件开发人员对软件进行不断修补和升级，维护正常的教学秩序，提高软件的安全性。

3.虚拟仿真实验教学平台建设。为进一步完善实验教学过程，提高实验教学水平，物理实验中心在原有的大学物理仿真实验基础上增添了物理实验预习评判系统和物理实验考试系统两项教学软件。物理实验预习评判系统是在大学物理仿真实验基础上，进一步加强虚拟实验的模型设计，建设在线实验预习环境。学生在课前通过预习系统操作仿真实验，了解实验原理、内容及实验仪器的操作方法，建立起对实验的直观认识和完成实验的思路。自动评判的预习成绩帮助学生及时了解学习效果，也有助于教师掌握学生预习情况，针对性的调整教学重点。

四、仿真实验教学展望

仿真实验以自身强大的功能特点在实验教学中得到了良好的教学效果，被越来越多的学科领域广泛应用，成为实验教学环节中必不可少的一部分。仿真实验带给实验教学最大的便利就是节约了实验仪器，灵活了实验时间、实验空间，给广大师生教学带来了实实在在的方便。但是仿真实验主要是对实验所需要的仪器和操作方法的模拟，不能充分体现真实的实验环境下的实验结果，大学物理实验课注重培养学生的动手能力，学习规范操作各种实验仪器以及应对实验过程中的实际突发问题。

在现阶段的仿真实验的建设实践中，应该注重将科研成果与教学相结合，将科学发展的成果融入到基础教学中来，我校物理实验中心实验教材中已经引入光纤光栅传感技术的部分研究成果，下一步在仿真实验项目中增加相应的研究型实验对于丰富和扩展学生的知识面，提高综合实验技能，加强学生的科学素质和创新意识的培养尤为重要。

参考文献：

[1]高宏，郭文阁，贾振安.“综合设计型物理实验”公选课的实践与体会[J].大学物理实验，2010，23（2）：97-99.

[2]陈守川，杜金潮，沈剑峰.新编大学物理实验教程[M].第二版 杭州：浙江大学出版，2008：321.

[3]王晓蒲，霍煎青，杨旭.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验，2001，21（1）：28-29.

作者：张小真 陈海霞 马成举 白 亮

大学物理实验仿真教学论文 篇2：

物理仿真实验在大学物理实验教学中的地位

摘要:大学物理实验教学面临困难,物理仿真软件的出现,给教学带来了阳光。物理仿真实验这一新型的教学方式可否与实物实验教学齐头并进,结合宁波大红鹰学院的探索实践,讨论了物理仿真实验的利弊,提出了物理仿真实验的发展空间。

关键词:物理仿真实验 物理实验课程 实物实验 虚拟环境

1 大学物理实验教学存在的问题

1.1 理论教学和实验教学的内容在时间上不同步。大多数学生反映在做实验预习报告时有力不从心之感,主要表现在对实验设计思想的理解不足,对实验数据的物理意义不清,导致对实验数据建立分析模型存在困难,缺乏对实验过程的反思,长久以往,必然导致学生学习兴趣的降低。

1.2 实验预习是整个学习过程的起点,但它也是实验教学的瓶颈。学生做预习报告时,往往面对的是条条框框的书本,枯燥的文字描述导致学生产生畏难情绪。多数学生在做预习报告时,长篇累续地抄袭实验教学指导书上的文字,对实验原理、设备、过程没有用心去阅读和体会,这种缺乏主动感性认识的应付性劳动,严重束缚了学生的思维空间。

1.3 现有的实验种类和规模与学生规模的扩大和课程要求的升级难以同步,现场指导教师资源缺乏,不利于大学物理实验课程个别化教学特性的要求,往往使实验教学流于形式。

2 未来大学物理实验教学的发展趋势

大学物理实验教学的主要目的是通过实验使学生对于物理学有更深刻的认识以及培养他们从事实验物理学研究的能力和所需的科学素质。单一传统的实物实验教学已无法满足人才培养的需求,我们需要打破模式型的实验教学,让学生有更多的思考空间,同时我们也要提供给学生一定的知识基础,和实践条件。那么仿真实验与实物实验相结合的实验教学模式,是实验教学的改革趋势。

物理仿真实验即通过计算机及相关软件来模拟(仿真)物理实验环境。仿真实验系统能营造一个虚拟的实验环境,可以真地模拟出学生进行实验操作的整个过程,可以实时显示测量结果,提供多种实验方法,可以实现更灵活的操作。物理仿真实验在对实验现象模拟的直观性、全面性,操作的直接性、简易性、形象性,实验中各种难点及问题的预设置,实验步骤的容错性及综合纠错提示等各方面的开发都做到了系统完善。并在实验原理及实验步骤的动态演示,实验参数的可设计性,教与学的交互性,练习及实验总结的等方面都有着一般课堂讲解难以达到的效果。

3 物理仿真实验教学应用现状

物理实验仿真软件应用最多的是中国科技大学研制的大学物理仿真软件系列,该软件相对比较完善,模拟环境较贴近实物实验,仪器实现了模块化,具有实验教学解剖过程以及误差模拟功能等。大部分高校主要把其用于辅助教学,即作为实物实验前预习的工具,或是教师讲解实验时的课件。南京邮电大学葛智勇,毛巍威两位教师在《仿真技术在大学物理实验教学中的应用》一文中提到,他们开发的FLASH软件制作的仿真实验软件可以提供学生预习和教师教学之用。渤海大学董海宽,费英两位教师在《大学物理仿真实验教学探讨》一文中提到实物实验要结合仿真实验教学,学生通过仿真软件来预习实验,对实物实验教学有着事半功倍的效果。当然还有个别学校把仿真实验教学作为了一门课程,并取得了较好的教学效果。泰山医学院张东升在《应用“大学物理仿真实验”系统创新物理实验教学模式》文中提到仿真实验已作为一门课程在一、二年级1000学生中进行了教学,并取得了一定的教学效果。

4 物理仿真实验是否可以与实物实验并行

我们知道大学物理实验课时在不断的压缩,那就意味着老师讲学生做的传统实验教学只能使学生接触到有限的几个实验;另外加上仪器设备投入限制,学生无法一人一机操作,使一些自控能力较差的学生鱼目混珠。要解决这些问题,物理仿真实验给我们带来了教学改革的阳光,然而物理仿真实验能否与实物实验并进,成为一门课程呢?

物理仿真实验也有一些弊端,虽然物理仿真实验操作简单,但终是虚拟的环境,印象不深刻,另外实验的结果也是人为设定的,无法给学生留下思考的空间。但是对于一些基础性、验证性的实验,主要是要学生熟悉实验仪器,了解实验过程,而不需要学生设计,其实验结果也是一定的,同时,这些实验一般是在前期开设,也就是学生在大学刚接触实验时,是从这些实验开始的。由于地区教学差异,一些学生在中学很少接触实验,进入大学刚接触实验时,头脑中没有一定的概念,不明白实验课程到底要做些什么,实验仪器应如何操作,往往忙的焦头烂额,结果收获不多,可能还会损坏仪器,而实验教师面对的是几十个学生,无法做到一一指点。面对这样的教学现状,我们要解决的是让学生明确实验学习要做到哪几步,一些基本的实验设备应如何操作。而层次差异以及时间有限,我们无法一步一步带领学生进行,我们要留给学生足够独立的学习空间,同时为了杜绝鱼目混珠的现象,最理想的是学生一人一机。那么前期的实验教学可以采用物理仿真实验,物理仿真实验软件设置了一个虚拟的实验环境,有一套规范的系统,学生可按其步骤一步一步的做下去,这样即让学生明白了如何进行实验,包括预习、实验操作、数据记录、数据处理以及实验报告形成,同时也让学生在不破坏仪器的情况下熟悉了实验仪器,另外软件安装成本较低,可以满足学生一人一机。因此,物理仿真实验可以作为一门课程开展教学,但前提是作为实物实验的先修课程,让学生漫漫熟悉实验课程教学,为后期实物实验教学做准备。在后期的实物实验教学,教师不必再详细的讲解整个实验的规范,只要从旁指导就可以了,从而节省了师资力量,为培养学生独立思考能力和动手能力做准备。

5 物理仿真实验在我校的应用

宁波大红鹰学院是一所应用性本科院校,现有2届本科生,在09级本科生中开设了仿真实验课程,采用的是科技大学物理仿真软件,开设的实验项目是基础性实验。就课程教学情况对学生进行了访谈,主要总结如下。

物理仿真软件依托计算机,只要有计算机,学生可以随时随地进行实验操作,为学生对实验的预习和复习带来了方便,同时也不再怕课前虽努力复习原理,然在操作时还是困难重重,理论与时间衔接有差距。物理仿真软件对实验的步骤有提示,对刚接触大学物理实验的学生来说,可以自己研究学习,不再做无头苍蝇,同时可以写出系统、完整的实验报告,这这点上,我校学生体现比较明显。

当然,它的不足之处也有体现。例如仪器的调节,我们只能通过鼠标点击来进行,缺乏真实感。另外同一个实验的实验结果是相同的,容易使学生抄袭数据。

这些问题,笔者认为可通过对仿真软件的再研究来进行改善,毕竟计算机模拟仿真技术的发展从二战期间冯·诺依曼和乌拉姆模拟裂变物质中子随机扩散,从事与原子弹研制有关的探索;到战后美国麻省理工学院利用其研制的电子数字计算机Whirlwind模拟飞行器,解决导弹轨迹的优化。这些实例不难看出计算机模拟仿真技术的发展将成为人类研究、学习的重要手段,而物理仿真也既是计算机模拟仿真技术的一个分支,它将是物理实验教学中必不可少的一部分。

参考文献:

[1]霍剑青.大学物理实验仿真实验的研制和教学实践[J].教育与现代化,1999,13(2).

[2]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用.合肥工业大学学报(社会科学版),2008(5).

[3]王晓蒲,霍剑青,杨旭等.大学物理仿真实验和教学实践.物理实验,2001(1).

[4]赵英,陈小林,何仁生.大学物理仿真实验教学刍议.大学教育科学,2004(4).

[5]蔡青.仿真实验的应用与大学物理实验的教学改革.成都信息工程学院学报,2006(1).

作者：吴晶晶

大学物理实验仿真教学论文 篇3：

仿真技术在《大学物理实验》教学中的应用

【摘要】大学物理实验是高等院校本科教学中极为重要的实验教学环节，通过仿真模拟辅助教学是实验教学的一种重要补充方式。作为一种新的教学模式，仿真实验具有诸多优点，在大学物理实验教学中的应用越来越广泛。利用仿真软件能够模拟分析大学物理实验中的温度场，电磁场等物理场问题，对于各种物理场能够用直观的曲线，图形乃至视频等形式进行展现，仿真软件在大学物理实验教学中的应用不仅有利于学生理论知识的掌握，同时对激发学生兴趣，提高教学质量均有显著效果。

【关键词】大学物理 仿真实验 辅助教学

引言

《大学物理实验》是本科教学理工科专业的必修基础课。该课程旨在培养学生严谨的科学思维和创新能力以及理论联系实际，分析和解决问题的能力。在实际教学中有些物理实验很抽象，直观性不够，难于理解，而且学生常满足于课堂上学会的基本仪器操作，不利于学生的系统学习和对知识的掌握。因此，我们需对传统实验教学模式进行改革。将计算机仿真技术运用到物理实验教学中，不失为改进传统实验教学的一种新途径与新方法。

一、大学物理实验引入仿真技术的必要性

大学物理实验教学的传统模式为学生根据统一排课的实验课表轮流到规定的实验室上课，采用“讲解—实验—报告”的教学模式，此种模式形式单一，方法落后，不能紧跟发展需要，学生的主观能动性得不到发挥，学生的创造性思维得不到开发，不能体现创新教育和个性化教育的要求。同时， 这种教学方法也使得学生只是机械地忙于应付实验，实验报告与结果千篇一律，大同小异，这一结果严重违背了大学物理实验课程培养大学生创造性思维的初衷。面对这些现状，为了提高教学质量和改革教学手段， 帮助学生更快更好地学习大学物理实验， 利用计算机仿真模拟技术辅助实验教学已是当今时代的要求。

二、仿真技术应用于大学物理实验的优势

近年来，随着计算机技术的不断发展，仿真技术也得到了快速发展。目前，国际上用于仿真模拟的大型通用软件包含有ANSYS，ABAQUS，NASTRAN，ADINA，SAP等等，这些软件的优点在于通用性强，易于操作，计算精度高等。不仅能够解决结构分析问题，还能够应用于电学，热学，电磁学，声学等众多领域。将仿真技术引入到大学物理实验教学中的优势具体表现为：

1.经济性

由于实验经费的匮乏， 大学中实验设备更新缓慢。仿真技术的引入为我们提供了简洁、便利的教学手段，我们可以利用计算机平台下的仿真实验模拟真实实验，这将在很大程度上缓解学校由于经费不足带来的设备更新难题。与此同时，大学物理仿真实验为物理实验教学拓展了新的教学手段，促进了实验教学改革，符合现代信息化教学模式的发展方向。

2.直观性

借助仿真软件模拟大学物理实验，可以得到色彩丰富的物理场分布云图。以静态图形和动态视频形式展现模拟结果，得到二维或三微的图形以及视频图像，大大提高了物理实验的可视化程度，能够将抽象的物理现象得以充分展现。使得学生能够直观，准确的理解实验现象与物理结果。对于学生掌握理论知识，提升自身科学素质具有独特优势。

3.高效性

借助仿真软件模拟大学物理实验，仿真操作均可在计算机上完成，可缩短材料、仪器等的准备过程，同时也节省了材料、设备等的回收时间。在仿真操作过程中，学生们可以轻松的对错误操作进行初始化，对尚未完成的操作选择节点存贮，对已得到的实验结果进行调入回顾，极大地提高了实验效率。

结束语

计算机仿真实验能够逼真地模拟真实实验，引入仿真模拟技术辅助教学， 不仅能够提高学生的学习兴趣，同时又能适当的减轻授课难度。此外，运用仿真教学手段也是促进教学改革，提高教学效率的重要途径。在教学中，充分利用计算机平台下的仿真技术优势，注重学生综合能力的培养，在实验课题的选取上注意立足基础、着眼现代，加强学生实验技术和创新意识的培养。

大学物理实验教学作为教学的一个重要组成部分，其教学手段的信息化、网络化将是大势所趋，数值模拟仿真技术的综合应用是未来教学的发展方向。因此，我们应充分利用信息时代的优势，加大仿真模拟辅助教学在现代大学物理实验教学中的应用力度，从而更好地迎接信息化社会对大学物理实验教学带来的挑战。

参考文献：

[1]黃国锋，白洪波，尹辑文，李战厂.新课改下高师物理教法实验课程的构建与实践[J].赤峰学院学报，2014（30）：260-262.

[2]李志刚，邵长金，唐炼.大学物理实验中有限元软件ANSYS求解电场问题的应用[J].长春师范学院学报，2004（23）：33-36.

作者简介：

李亚东（1989年10月-），男，蒙古族，博士，长江师范学院电子信息工程学院讲师，研究方向：凝聚态物理。

作者：李亚东