大学物理网络仿真实验在高职院校的应用研究

郝杰

（南京化工职业技术学院基础部，江苏南京 210048）

大学物理网络仿真实验在高职院校的应用研究

郝杰

（南京化工职业技术学院基础部，江苏南京 210048）

本文通过对高职院校物理实验教学现状进行分析，介绍网络仿真实验在大学物理实验教学中的应用实践，并阐述其对培养学生学习能力和提高实验效果所发挥的积极作用。同时给出了一种新的实验教学模式，为高职院校大学物理实验改革提供借鉴思路。

网络仿真实验；光电效应；物理实验教学

大学物理实验是培养学生基础实验知识、实验方法和实验技能的课程，它对培养学生的创新意识、动手能力、分析问题和解决问题的能力有着不可替代的作用。由于仿真实验不易受场地和时间的限制，目前已有一些高校把它作为辅助手段用于实验教学，亦取得了良好的教学效果，其中最为主要的仿真软件是中国科技大学研发的《大学物理仿真实验》。但对于高职院校而言，由于经费不足、物理实验重视不够等因素，建设现代化大学物理仿真实验室，目前还难以实现。本文立足于南京化工职业技术学院物理实验教学，分析高职院校物理实验教学的现状，并以“光电效应”实验为例，介绍网络仿真实验在大学物理实验教学中的应用实践，并阐述其对培养学生学习能力和提高实验效果所发挥的积极作用。同时给出了一种新的实验教学模式，为高职院校大学物理实验改革提供借鉴思路。

1 高职院校物理实验教学的现状

1.1 对物理实验教学重视不够

随着高等职业技术教育的学制改革，专业教学的加强，加上近年来急功近利的社会风气，物理教学和物理实验教学在高等职业教学中的地位被动摇，其重要作用被怀疑。即使在纯工科性的院校中，大学物理实验也是面临着课时压缩或停开的局面。

1.2 实验经费不足，仪器陈旧，缺乏现代化教学手段

目前，多数高职院校是在原中专基础上升格的，物理实验室原有设备只能满足中职物理实验教学需要的一些验证性的实验。仪器不仅陈旧，而且多数不能适应大学物理实验教学要求，更谈不上面向专业开设针对性的综合实验。不少学校升格后都是把绝大部分经费用于扩大办学规模，实验经费的总体投入相对较少，能投放到物理实验室的更是杯水车薪。在这样的大环境下，物理实验器材无法大面积更新，建设现代化大学物理仿真实验室，目前还难易实现。

1.3 实验教学流于形式

由于课时压缩，学生完成一个实验的时间只有2课时。由于时间的限制，课堂上教师难以充分阐述实验原理，介绍实验思路，被迫进行“填鸭式”灌输；学生听得懵懵懂懂，只能茫然地完成实验，对仪器的性能和结构、实验的设计思想和方法，根本没有时间去思考、探索，而这些又是实验至关重要的环节。由于课堂实验的“走过场”，课后，学生更没有兴趣总结实验，只是完成一份东抄西凑的实验报告。这样的实验教学，往往使实验教学流于形式，不能发挥学生的主观能动性，影响了学生实验效果，束缚了学生的科学思维能力的发展。

2 网络仿真实验的应用实践

如何改变以上实验教学现状，网络仿真实验与大学物理实验课程的整合为此开辟了新思路。教学实践采用美国科罗拉多大学创建的在线实时仿真实验室PhET。PhET是免费使用的公开网络实验室，不需要学校花费大量资金建设现代化仿真实验室，解决了资金难的困顿。物理仿真实验内容包括力学、热学、电磁学、光学、量子现象与电路等。

下面以“光电效应”实验为例来说明教学实践的实施过程。该实验的主要目的是观察光电效应和测量普朗克常数，由于实验仪器价格较高，实验操作步骤繁琐，学生一般都是按照老师设定好的参数和实验步骤完成实验，不利于培养学生探究能力。而且在实验过程中学生要读取大量数据，测量过程较长，微电流测量仪在长时间工作状态下也会不稳定，造成学生读数困难、实验数据误差较大，重复性变差。应用仿真实验辅助教学具有一定的优势。

2.1 仿真实验平台

图1为光电效应仿真实验平台，包括光源、光电管、电流表、电源及模拟数据图像等，电源电动势范围-8V～8V，光源波谱范围为100～850nm，光照强度范围0～100%。

2.2 仿真实验教学

实际实验前，学生利用课余时间先进行网络仿真实验预习。进入光电效应仿真实验平台后，可根据实验教材提示，也可自行设计实验参数、实验表格完成仿真实验。对于不清楚或难以理解的地方，可以反复实验观测，完成仿真实验后写出简易的仿真实验报告。为起到督促作用，可将仿真实验报告按一定比例纳入实验总成绩。学生在模拟实验中可得到如图2、图3的关系图，这些关系图可以帮助学生对光电效应规律有直观认识。

图1 光电效应仿真实验平台

图2 光子最大初动能-光频率关系图

图3 电流-光强度关系图

2.3 真实实验教学

真实实验在物理实验室进行，采用GD-2型用普朗克常数测定仪，包括高压汞灯光源、滤光片、光电管暗盒、微电流测量仪、普朗克常数测定仪五个部分。先检查学生仿真实验的预习情况，然后重点讲解本次实验原理、实验思想，并介绍光电效应实验的意义和应用。有了仿真实验的基础，学生在进行仪器组合安排、线路连接、实验现象的观察、遏止电压的测量等各项操作时，效率明显提高，不像以往手忙脚乱，无所适从，实验兴趣也明显提高，提出的问题也有了深度。在完成实验之后，我们对测量结果进行点评讨论，效果令人满意。在讨论中，学生对比了仿真实验和实际实验，提出了实际实验中存在的一些不足，如无低频滤光片，无法验证截止频率的存在；没有光照强度调节，不利于探究光电效应规律等。

2.4 网络仿真实验的积极作用

2.4.1 打破了实验的时空限制

网络仿真实验室作为一个“开放的实验室”，打破了时间和空间的限制，学生可以根据自己的时间随时进行仿真实验操作，为学生的课前预习和课后研究提供了便利条件。

2.4.2 提高了实验的效率和质量

仿真实验形象直观，操作便捷，让学生更容易理解实验原理、熟悉实验仪器和操作过程，提高了预习质量。随着认知的加强，学生的实际实验兴趣也提高了，在课堂上能够积极地完成实验，并主动思考实验的设计思想以及实验中出现的问题等，充分调动了学生的课堂参与性，摆脱了任务式的教学模式。

2.4.3 加强了信息技术与物理实验课程的整合

教师在教学中充分挖掘、利用这些信息技术和信息资源，无形中培养了学生的信息素养，从而增强学生的学习能力，帮助学生成为具有信息处理能力的、主动的终身学习者。

3 物理实际实验与仿真实验相结合

基于教学实践，应用网络仿真实验为主要预习手段，给出一种新的物理实验教学模式 (图4)。

图4 物理实验教学模式图

按照物理实验要求，学生可以相对自由选择实验题目，在充分预习之后，可以根据自己掌握情况选择独立完成还是教师参与。如果选择教师参与就要等教师安排统一时间指导完成实验，如果是独立完成可以随时到各种开放实验室去自己完成整个实验。

4 结束语

教学实践证明，在大学物理实验教学中，充分利用网络仿真实验优势，与实际实验相结合，是提高实验效果的有效途径，亦是提高学生信息素养、增强学生学习能力的有效途径。但在教学中需注意，仿真实验的定位一定要明确，它只是实际实验的模拟，只能作为实际实验的补充，不能代替实际实验。

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The Application of University Physical Network Simulation Experiment in Higher Vocational Colleges

HAO Jie
(Nanjing College of Chemical Technology,Nanjing 210048,China)

Based on the analyses of present situation of physics experiment teaching in higher vocational colleges, the article introduces the application of network simulation experiment in university physics experiment teaching, and explores the active affection of cultivating students’learning ability and improving the physics experiment teaching.The article presents a new experiment teaching mode which provides the reference for reformation about university physics experiment teaching in higher vocational colleges.

network simulation experiment;photoelectric effect;physics experiment teaching

G71

A

1008-178X(2012)09-0018-03

2012-04-25

郝 杰（1980-），女，辽宁沈阳人，南京化工职业技术学院基础部物理教研室实验师，从事物理教学研究。