仿真物理实验室范文

导语：如何才能写好一篇仿真物理实验室，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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仿真物理实验室是一个设备较为齐全的模拟真实实验的物理教学软件平台，此软件一般包括三个仿真模块，即《运动及动力学模块》《电学模块》和《光学模块》，各个模块又各自包含许多实验器具和集成实验环境，学生可以在任意组合的虚拟的实验环境中构建仿真的各种环境，自主设置实验对象的各种参数，通过智能仿真做到动画与数据的结合，以其实现逼真的物理实验效果。

二、仿真物理实验教学模式的构建

物理仿真实验教学模式是在网络版“仿真物理实验室”环境下进行的实验教学，是基于发现式探究教学理论的四个环节即创设情境提出问题、引导学生提出假设、验证假设、归纳总结和“仿真物理实验室”在高中物理实验教学方面的切身实践，逐渐形成对仿真物理实验教学模式的构建。仿真物理实验教学过程为：学生播放仿真实验室中的内置课件教师创设情境提出问题并引导建立实验假设教师根据实验难度系数安排决定学生独立实验和小组协作实验学生进行逻辑推理而探究实验结论学生独自验证实验结论并在一定条件下改变实验参数进行实验创新教师揭秘实验难点并归纳总结实验结论。

三、运用仿真物理实验教学模式进行高中物理实验的案例设计和分析

1.仿真物理实验室在力学中的案例设计和分析

关于力学实验涉及很多，但有些实验在传统的演示实验的操作过程中会因为环境条件的限制会使得实验结果发生一些误差，但如果运用仿真物理实验室在软件环境中就可以创造出一个没有阻力的环境，从而实现实验预期目标。笔者拟选择动量守恒定律来作为力学中的典型案例来阐述仿真物理实验室的教学模式。以下内容为运用仿真物理实验室进行动量守恒定律的教学过程设计：（1）创设情境一是播放仿真物理实验室内置的课件进行动画演示：两个鸡蛋同时从相同等距离的高度分别落到木质桌面和沙滩上，前者破碎而后者却完好无损。二是抛出问题，如动画演示现象如何解释？或两碰碰车相撞，其动量如何变化？三是提出实验假设并进行实验。把相撞的碰碰车或两鸡蛋抽象成仿真物理实验室的两个小球，观察不同变量对两个小球的变化。（2）实验任务在仿真物理实验室的网络环境中，让学生设定不同质量和相同质量两种情况下的小球，分别实验一静一动相撞、相向相撞和同向相撞，计算两小球动量变化的结果，并改变参数多次实验来验证动量守恒定律。（3）实验过程一是在工具箱中选择两小球并据实验需要设定质量和坐标参数；二是画出一个20m长度的直线轨道并设置参数和为零的摩擦系数；三是将两小球放置直线轨道上，分别进行一静一动相撞、相向相撞和同向相撞并记录速度；四是改变小球质量和初速度，多次实验并对应记录，探索动量变化规律；五是进行小组实验并对实验难点讨论；六是老师归纳总结实验结论。为深刻理解这一定律，可做这样的实验：运动的蓝色小球沿左方向碰撞固定在弹簧上的绿色静止小球（如图1所示）。横纵坐标分别为时间轴和速度轴，即代表两小球的运动时间和速度变化。

2.仿真物理实验教学模式对于高中学生的应用效果

笔者基于对某高中一段期间的实地调查和反馈，获知学生通过仿真物理实验学习，不仅学习兴趣与日俱增，而且学生的思维能力和创新能力得到发展。例如，在创新能力考察方面，一是看学生是否由知识注重转向能力注重，二是看学生对知识的应用和迁移能力。能力考察方式有许多种，在此只选取一例进行简单说明。譬如教师可以给出一定的实物让学生自主设计实验来验证动能定理。其中，一位学生这样操作：将木块A和木块B用细绳连接绕过定滑轮，木块A和木块B分别与长木板右端和地面距离为h,放开A使B带动A做加速运动，结果A离开长木板的同时B也恰好落地。这一实验操作如图2所示：

四、结语

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关键词：虚拟仿真；物理实验；多元化

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0230-02

一、引言

实验教学是高等教育的重要组成部分，是学生实践能力和创新能力培养的必需环节。1961年摩根扎特（G.W.Morgenthater）首次对“仿真”进行了技术性的定义；1984年Oren给出了仿真的基本概念，提出了“仿真是一种基于模型的活动”的定义，被认为是现代仿真技术的一个重要概念[1]。近年来，随着计算机普及和网络技术的发展，虚拟仿真技术被广泛应用于实验教学，开创了一种新的实验教学方式――虚拟仿真实验[2，3]，它打破了实验时间、空间、仪器套数的限制，采用虚拟仿真实验与实物实验相结合的教学模式，激发了学生的实验兴趣，提高了实验教学质量[4，5]。本文就我校建设虚拟仿真物理实验取得的经验和成果作一介绍。

二、我校大学物理实验教学的现状

大学物理实验课程是理工科学生进入大学后最先接触的实践课，是学生接受系统的实验方法和实验技能训练的开端。该课程中所涉及的实验知识、实验技能和实验方法是后继实践训练的基础，也是学生以后从事各项科学探索和工程实践的基础，同时该门课程涉及知识面广，接触各种类型仪器机会多，为后续课程内容的学习和知识扩展打下基础，是其他课程的实验环节所难以替代的。大学物理实验课在实现我校的人才培养战略中承担如下任务：（1）物理实验的基本理论和知识的学习；（2）实验技能的学习和动手能力的培养；（3）实验数据处理能力的培养和提高；（4）实验结果的综合分析和表述能力的培养；（5）针对我校的研究型大学定位，突出以物理实验为载体，进行实验设计能力、实践探索精神、创新意识和创新能力的培养。根据大学物理实验课程在我校人才培养过程中的的地位、作用和任务，我校物理实验教学中心在实验教学队伍建设和优化、层次化课程体系建设、实验开放教学模式探索、研究性教学实践和实施创新教育以及实验室开放运行与管理机制健全等方面进行改革，取得了长足的进步及具有推广价值的成果。2007年被评为北京市实验教学示范中心。但相比同类院校而言，我校物理实验教学中心所开放的实验项目（40个实验项目）还远远不够。鉴于增加实验开放项目总数所带来的资金的投入、实验用房面积的增加和人员编制等问题及我校实际办学条件，建设虚拟仿真实验室，开设仿真物理实验课是目前解决这些问题的有效途径。

三、虚拟仿真实验概述

虚拟实验室（Virtual laboratory）最早是由美国的William Wolf教授在1989年提出的概念。计算机、多媒体网络技术在网络教育中的广泛运用，使得学习的资源更加丰富，学习的形式更加多样化，学习的安排更加灵活，这些都大大促进了网络教育的迅速发展。同时虚拟仿真技术的蓬勃发展，为成功建设虚拟仿真实验室提供了基本条件。虚拟仿真实验模式有如下特点与优势[3]：（1）降低实验成本，减少校院财政支出。（2）解放学生思想，开发创造性思维。虚拟仿真物理实验系统不会让学生因为担心元器件的损坏而畏首畏尾，为学生提供大胆探索的实验环境。（3）增强学习兴趣，理论与实践有机结合，预习及复习筑固所学知识[6]。我校的学生生源，很大部分来自边远地区，学生在中学时代几乎没有走进过实验室，对实验方面的知识基本上来自课本，对实验没有感性的认识。虚拟仿真实验室的建设提前让学生通过网络了解所作实验，带着问题走进实验室，既提高了学生实验操作效率，又激发了学习兴趣。（4）弥补现实教学中内容的不足，解决供需矛盾，丰富实验内容，拓宽学生学术视野。（5）虚拟仿真物理实验教学可实行网络远程教学[3，6]。学生在本地计算机上通过安装一定的程序便可使用安装在远程服务器上的虚拟仿真实验，完成实验过程。（6）开放性[7]。网络实验打破了传统实验的模式，学生不再受时间、空间的制约，可随时、随地进入虚拟实验室进行虚拟实验操作。

四、我校虚拟仿真实验室建设

我校在引进中国科技大学开发的《大学物理仿真实验2.0 for windows》[8]V2.5版本基础上，架构建成网络虚拟仿真物理实验室。目前我校的大学物理虚拟仿真实验室已初具规模，拥有专门的虚拟实验室及性能良好的IBM（XSERIES_3500）服务器一台，包括力、热、电、光、电子线路、近代物理等学科的50多个实验项目及实验仪器库，不仅包含《大学物理实验》课程开设的实验项目，还开发了傅立叶光学实验、介电常数的测量、喇曼光谱实验、牛顿环测量曲率半径、透射式电子显微镜、受迫振动、扫描隧道显微镜（STM）等实验项目。学生通过我校“大学物理实验教学管理系统”点击“虚拟仿真实验”便可进入虚拟仿真实验的“实验大厅”（如图1），在此页面下双击某个实验，安装完毕后就可对该实验进行操作。如果想初步了解某个实验，单击它便可出现“实验简介”、“实验原理”、“实验内容”、“实验仪器”、“在线演示”及“实验指导书下载”等不同的功能模块。双击该实验便可进行实验操作。如图2所示，击右键在弹出的窗口选择“开始实验”即可进行实验操作，系统自动记录实验数据，完成后实验者可进行数据处理及实验报告的撰写。从2009级中部分学生抽样试运行的反馈信息来看，学生反映良好，取得了一定的教学效果；同学们对这种全新的实验方式、与实验室不一样的教学氛围以及丰富的操作内容感到满意，从而激发对大学物理实验的兴趣，提高了对该实验课程的重视程度。下一步工作，我们希望在软硬件及人员配置各个方面能得到学校的大力支持，开设出大学物理虚拟仿真实验课程，营造多元化教学环境，用更多的实验内容开扩学生的视野。

多元化教学模式必将代替保持几百年的教育教学模式成为一种主流，虚拟仿真物理实验为多元化实验教学模式提供了更有力的工具。该实验结合我校以工为主的多科性石油类高等院校的特色，发挥多元化教学模式的优势，使之在培养学生的创新能力、实践能力和研究能力上发挥重要的作用，为培养有鲜明个性的复合型石油类人才作出贡献。

参考文献：

[1]赵英侠.基于探究式学习的物理仿真实验室的设计[D].长沙：湖南大学，2007.

[2]谭守标，霍剑青，王晓蒲.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报，2005，35（3）：429-433.

[3]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用[J].合肥学院学报，2008，18（3）：79-80.

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

[5]霍剑青，王晓蒲，杨旭，等.发展教育技术营造多元化教学模式的研究与实践[J].物理与工程，2004，14（2）：53-54.

[6]Dongil Shin，En Sup Yoon，Kyung Yong Lee，Euy Soo Lee.A web-based，interactive virtual laboratory system for unit operations and process systems engineering education[J].Computers and Chemical Engineering，2000（24）：1381-1385.

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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 【摘 要】本文通过分析当前大学物理实验教学中存在的一些不足，结合物理仿真实验自身所具有的特点，阐述了物理仿真实验在我校实验教学改革中的应用。 【关键词】大学物理实验 仿真实验 教学改革 【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）32-0062-03

大学物理实验是一门实践性很强的课程，在对学生进行科学实验方法和实验技能的训练、培养学生实事求是的科学态度、提高学生分析和解决实际问题的能力等方面有着不可替代的作用。

本文主要就是针对我校传统物理实验教学中存在的一些不足之处，结合物理仿真实验的特点分析其在我校大学物理实验教学改革中的应用。

一 当前我校大学物理实验教学中存在的不足

1.实验的预习效果不理想

学生上实验课前都要预习实验内容并写预习报告，但由于学生面对的是条条框框的物理公式、枯燥的文字描述和毫无立体感的平面图，对即将进行实验的实验目的、原理、步骤和实验仪器都无法很好地理解和领会，更不要说实验操作中需要注意的相关事项以及改进实验的其他方式方法。为了完成老师布置的任务，大多数学生都会选择盲目抄袭实验教科书或者抄袭已经完成的预习报告，无法达到预习的效果。另外，由于课时的限制上课时老师也无法通过提问逐一检查每个学生的预习情况。长此以往，导致学生对于物理实验预习越来越不重视，形成一种应付了事的学习态度。

2.教学的方式单一，教学的手段过时

在传统的大学物理实验教学模式中，基本上都是实验课堂上实验教师简单地讲解实验目的和原理，接着演示实验操作，最后在教师的指导下让学生自己动手操作完成实验。这种言传身教的实验教学方式，使学生常常处于被动接受的状态，实验也变得比较枯燥无味，影响了实验教学效果。这种教学方式不但不能提高教学质量，更加不能激发学生的学习主动性，不利于学生的独立思考能力和创新能力的培养。

3.实验资源有限，设备不足

近些年来，随着我校的招生规模大幅度扩大和大学物理实验这门课程愈来愈受到重视，使大学物理实验教学面临着严峻的挑战。一方面是实验教学仪器的频繁使用，损耗严重，现有的实验仪器设备更新完全跟不上实际需求;另一方面是实验仪器的数量和实验场地等教学资源的不足，导致学生不得不多人一组进行实验，而且由于时间的限制不能让每个同学都亲自操作一遍实验，很大程度上影响了物理实验的教学效果。另外，一些近现代的物理实验仪器价格很昂贵，因此开设的物理实验项目不得不有所保留，这样的结果就是让学生不能完整地、系统地学习物理知识。

二 物理仿真实验的概念及特点

1.概念

所谓物理仿真实验是指利用计算机技术建立一个与真实实验环境一样的虚拟实验环境，让实验者可以在其中进行各类物理实验操作的一种当代实验教学形式。虽然整个实验过程是由计算机程序软件运行完成的，但是更加方便学生在了解物理实验过程的同时，有效地分析实验的结果。

2.特点

中国科技大学研制的“大学物理仿真实验”系统具有以下特点：（1）模拟了实验仪器和实验的整体环境。具有熟悉仪器、仪器使用说明和操作实验仪器等功能，通过仿真实验使学生对实验从局部到整体建立起直观的认识。（2）提供了具有高度真实感的界面，实现了仪器的模块化。学生可对实验仪器进行选择、组合、拆卸和调整，对同一个实验操作可用不同的实验方法完成。实现了物理仿真实验的可设计性和虚拟仪器的可操作性，这有利于培养学生的设计思考能力。（3）具有误差模拟功能。对同一个实验可以调整实验条件和待测样品参数等，从而得出不同实验结果，同时还能对实验数据进行统计分析，以评判实验质量的优劣。（4）模拟了实验教学过程。物理仿真实验以实验教学思想作为指导，通过解剖教学过程对实验进行模拟，侧重培养学生独立思考和解决问题的能力。学生必须在理解的基础上通过思考才能进行实验操作，克服在实际实验中出现的盲目操作和实验“走过场”的现象，大大提高了实验教学的质量和水平。（5）拓展了与实验项目相关的理论内容、历史背景和意义、现代技术应用等方面的知识，扩大学生的知识面，培养了学生理论联系实际的能力。

三 物理仿真实验在我校物理实验教学改革中的应用

根据当前我校物理实验教学存在的不足之处，结合物理仿真实验的特点，我校可建立物理仿真实验室，在学校的教学管理系统中建立物理仿真实验教学平台，把物理仿真实验应用到物理实验教学中。

1.改善预习状况，增加学习兴趣，提高学习效率

物理仿真实验对实验目的、实验原理、实验仪器的结构及操作、实验内容及步骤均有详细的讲解，并针对每一版块设置了题目。课前要求学生必须进入学校教学管理系统中的物理仿真实验教学平台对实验进行预习，在学生阅读和理解了实验原理和内容后，通过回答提出的问题来检验其对实验原理和内容的理解情况，如果学生回答有错误，系统将给出提示，直到学生能正确回答问题后才能进行实验操作，最后根据学生操作的步骤和实验结果来判断学生是否达到预习的要求，对于达不到要求的给出提示，直达达到要求为止。物理仿真实验相对于实验课本提供了直观、丰富的学习环境，声音配合图像，简单有序的实验内容帮助学生从多方面进行学习，这样必然会增大学生的兴趣，调动他们的学习积极性。另外，经过物理仿真实验的预习，让实验操作更加轻松，把实验老师从传统实验教学的冗长讲解中解放出来，给学生更多的实践操作时间，极大地提高了教学效率。

2.改善了实验教学受时间和空间限制的状况

在以往的传统实验教学中，每节实验课通常只有2个课时或者3个课时，很难在有限的时间之内要求学生完成实验且达到实验目的，实验效果不理想。特别是对于一些实验难度大、设备要求高的实验，学生很难在短时间内理解实验原理、熟悉实验仪器、掌握实验操作，而且课后学生也无法对实验操作进行复习。应用物理仿真实验，学生可在任何时间任何地点通过网络对实验的相关内容进行课前预习和课后复习，克服了传统实验教学中长期受课时、实验场地的限制和干扰，使实验教学内容在时间和空间上得到延伸。

3.减少实验室对硬件资源的需求

在实物实验中，一个操作不当就会导致实验仪器损坏，严重的还会发生危险，无形中增加了实验仪器的维护费用。但是，物理仿真实验的虚拟性完美地解决了这个问题，即便学生操作失误，也不会造成任何仪器损坏，更不会发生实验危险，即使多次反复使用，也不会出现仪器的损耗问题。另外，由于实验教学仪器昂贵、教育经费紧张，使得一些实验项目无法开设，对于一些无法开设的实验项目，可以通过物理仿真实验进行讲解和实验演示，这样在很大程度上缓解了实验室硬件资源的不足。

4.有利于培养学生的自主实验能力和创新实验能力

在实物实验时由于时间及安全问题，对于一些复杂的、危险性高的实验不允许学生自行改变实验参数。而物理仿真实验中学生可以自主设置实验参量、反复调整实验仪器后，观察实验现象、分析实验结果。这有助于培养学生的自主实验能力和创新实验能力。

5.促进教学改革

利用物理仿真实验对传统的实验教学模式进行改革，采用物理仿真实验和实际实验相结合的二段式教学模式。第一阶段学生课前通过网络进入物理仿真实验教学平台对实验进行预习，而且必须达到系统的预习要求;第二阶段学生课堂内在实验室独立完成实际实验操作。经过物理仿真实验的全面预习后，让实际实验操作更加轻松快捷，把实验教师从传统实验教学的冗长讲解中解放出来，给学生更多的实践操作时间，把学习的主动权真正的返还到学生的手里，让学生积极主动地学习，极大地激发了学生的学习兴趣，提高了实验教学效率。

四 总结

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【关键词】高中物理；虚拟仿真；实验

目前对于物理演示实验的研究主要集中于在新课改的理念下，怎样才能更好的结合演示实验与学生在课堂上的主体地位，从而创建高效课堂；对于仿真物理实验的研究大多也停留在仿真物理实验的深入应用和设计方面，对于仿真物理实验在实验教学中应用优缺点的讨论。对于仿真物理实验的课堂应用效果研究较少。本文的主要内容在于研究物理课堂中的传统演示实验与基于flash的物理仿真演示实验的优缺点的讨论，哪种实验更有利于教学设计。

一、关键概念解释

探究即“深入探讨，反复研究”，笔者认为探究是人们发现问题、搜集数据、形成解释、解决问题从而实现从未知到已知的一个知识建构的过程。实验是学生进行科学探究的重要途径，是物理课程目标和内容的必要组成部分，学生学习和运用物理实验技能和科学探究方法。

虚拟仿真实验是指利用多媒体和仿真技术在计算机上对传统的真实实验中的各操作环节进行模拟，实验者可以像在真实的实验环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境（平台仿真）之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。

二、高中物理实验教学概述

物理学是一门以实验为基础的自然科学，在高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验。实验是科学探究的重要方式，大体上可以分为如下四种：

A.仪器使用类实验：如游标卡尺、弹簧秤的使用等；

B.测量类实验：如测定匀变速直线运动的加速度；

C.验证性实验：如动量守恒定律的验证等；

D.探究类实验：如探究平抛物体的运动，探究加速度与力、质量的关系等。

三、虚拟仿真实验的研究及应用现状

目前最权威的仿真实验教学系统是中国科技大学天文与应用物理系开发的大学物理仿真实验教学系统，该成果在国内一些高校得到广泛应用。这套软件的特点在于采用面向对象技术建模，对仪器和器件实现模块化，用数值模型建立仪器原理、实验设计、操作的各种数学关系，用图像模型表现操作的真实感，并用事件驱动方式将它们编制出来，使得这种软件具有任意的操作性和真实的交互功能，实现可设计性和真实感。

与在高等学校中的发展和应用状况相比，物理仿真实验在普通高中阶段仍然没有很大的发展，很多高中物理仿真实验，只是具有演示功能，离真正的交互实验、学生自主设置实验参数还有很大的距离。大多数只是在课堂上利用PPT来演示播放flas让学生观察，并没有让学生自己去操作。因此很大部分的仿真实验还不是真正的仿真！缺少开发高中物理仿真实验的人才，也是物理仿真实验在高中鲜有应用的原因，一般情况下懂物理实验教学的人不懂软件开发，懂软件开发的人不懂物理实验教学。

四、高中物理仿真实验设计与实现的必要性与优越性

1.仿真实验引入高中物理实验教学的必要性

高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养。高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。

2.仿真实验在高中物理实验教学中的优越性

仿真实验在高中教学中应用，它不仅可以逼真地模拟实际的物理环境，也可以模拟实际的仪器，大量的真实实验都可以用仿真实验来模拟和再现。而且，仿真实验有着真实实验无法取代的优越性，这具体体现在：

（1）仿真实验具有可扩展性。

（2）通过计算机仿真模拟一些重要的、在现实实验环境下难以完成的物理实验，则可弥补常规实验仪器的不足，提高物理实验的演示效果。

（3）仿真实验在计算机虚拟的环境下，可以完成现实条件下不可能完成的实验。

（4）对于真实实验无法完成的抽象的物理现象和实验室无法完成的真实物理图景，仿真实验都可以完成。

（5）仿真实验可以突破客观条件限制，是一种较好的“理想实验”法。

五、虚拟仿真实验的优势和不足

Flash因其采用矢量图，具有交互性，所以虚拟仿真实验的图形界面可以做的非常逼真，操作也可以做到非常简单，比 Matlab 等软件在界面处理上要好很多，有利于我们让学生更直观的了解一些危险性实验。

由于 Flash 主要用于简单动画制作、动态文字制作、广告设计等领域，其本身不擅长科学计算，有时计算明显具有误差，并且在多层循环时，响应速度已经相当乏力，如果再在多层循环中进行大量运算，忽略仿真效果，忽略响应时间的问题，动画能也几乎不能正常运行了。

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关键词：物理实验、创新思维、创新能力

物理学是一门以实验为基础的科学,尤其是在大力推进素质教育和课程改革的今天，物理教学时应把物理实验作为最重要的出发点,它是帮助学生探究物理知识最基本和最重要的方法和手段。

笔者在分析中学物理实验教学现状、初中新教材实施的基础上,提出为了充分发挥学生思维的主体性,促进学生创造性思维的培养,提高学生的创新能力,应改革实验教学现状，在初中物理教学中进行低成本实验教学。

1中学物理实验教学现状与新课程标准之间存在着差距

中学物理实验是学生学习、探究物理知识的基础,是培养学生的创新精神和提高创新能力的不可替代的实践环节。然而在不少学校的物理实验教学中却存在着许多问题:

其一，重理论轻动手。由于中考、高考中实验内容采用笔试和许多老教师上了多年老教材；一些学校的实验仪器设备又不十分完备,特别是在农村学校。再由于考试和评估体系的严重偏差，消弱了实验这一环节。有的教师用教师演示实验代替学生动手实验；甚至引发了“做实验不如讲实验”,“讲实验不如背实验”的荒谬作法，加之多媒体进入课堂,使得部分教师过分追求和迷恋多媒体的模拟实验，这样做结果是严重影响了学生思维能力和动手能力的发展。

其二，只动手不动脑。有的教师为了赶进度舍不得在实验上花时间，在学生实验中让学生盲目地照课本或教师讲的步骤按部就班,机械操作,更有甚者，教师预先印发实验报告让学生照“实验报告”逐条操作,填写数据。这样学生做完实验知其然而不知其所以然,同样影响了学生思维能力和创造能力的发展。

2新教材帮助学生实现了知识与能力的转化

新教材贯彻了“从生活走向物理,从物理走向社会”的课改理念。对许多知识点作了简化,增加了实验内容,安排了许多与生活实际联系紧密的小实验、小制作。它是帮助学生实现知识与能力转化的最有效的方法。有意把一些小实验安排在课外让学生亲自去做,就能起到激发学生的学习兴趣,发挥学习的主动性,同时又丰富了学生的课外生活。对学生的独创性、想象能力的培养有极大的好处,只要引导好,很多学生还能举一反三，大大提高教学质量。

自制低成本实验教具。做为一名中学物理教师应该具备自制教具，开展低成本实验的能力。学会利用我们日常生活中的现有的物品,及学生身边的物品来做实验。

低成本实验取材简单,常常使用日常用品甚至废弃物品取代实验室专用器材,因而花费很少,因此要善于发现、挖掘身边的“低成本实验”。

应用低成本实验可以不断改进演示实验,增强演示实验的趣味性、直观性,启发学生思维,加深对物理概念的理解。

例如:在“压强”的教学中,为使学生弄清压力、受力面积和压强这三者的关系,出示两块木板,一块木板上装有三到四颗钉子,另一板上装上密密麻麻的许多同样的钉子,把盛满红水的同规格的两个薄塑料封口袋,分别轻轻放在两板的钉子上,让学生观察实验现象,结果放在三到四颗钉子上的薄塑料封口袋被戳破,红水流出,另一袋没被戳破,为什么会出现这样的现象呢?要求学生从课本中找出答案,得出实验结论:在压力一定的情况下,增加受力面积可以减小压强。

应用低成本实验还可以创造性地设计小实验,让学生真正理解物理概念,突破教学难点。

例如:浮力方向总是竖直向上的。学生虽能理解浮力的方向是向上的,但理解“总是竖直向上的”就有一定的困难。为了突破这一难点,可以设计如下一个实验:将软线的一端用透明胶固定在乒乓球上,线的另一端固定在一个去了底的可乐瓶口(口用瓶塞塞好),往可乐瓶中灌水,乒乓球浮在水中,此时系着乒乓球的线是竖直的,说明乒乓球受到水的浮力是竖直向上的。将可乐瓶倾斜,系乒乓球的线仍然是竖直的,说明乒乓球受到的浮力仍是竖直向上的。向不同方向倾斜可乐瓶,会看到线总是竖直,所以浮力方向“总是竖直向上”的。

在应用低成本实验时，利用日常器具进行小制作,要手脑并用,重在创新。

例如,做阿基米德原理实验,缺少溢水杯,可以组织学生用一次性杯子,在杯底插入一根吸管,吸管口低于杯口便可制成一个简易的溢水杯。再如,用收集到废钢锯条可以做许多实验。例如:振动发声;音调跟频率的关系;响度跟振幅的关系;力使物体产生形变;磁化、磁极间的相互作用等等。还有,通过搓手发热的活动来感受摩擦生热;用手打桌子,手感到痛,说明力的作用是相互的等等。

3低成本实验的教育特点

价廉。由于它随手取材,教师和学生自己制作,成本价廉,有利于普及,自制低成本教具是解决资金短缺的得力措施。

亲切。由于取材于学生身边熟悉的东西而且制作又比较简单,因此有利于消除学生实践研究的神秘感,激发学生参与活动和学习的兴趣,这是激发学生学习动机的钥匙,这正是许多学生喜欢自制教具的直接原因。

简单明了,易于揭示事物的本质特征。由于这些教具主要是教师或学生在教师的指导下完成的,教师对教学的需要体会深切,力图使设计符合学生的认识规律。因此应用它的教学效果一般都比较好。

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[关键词]职高物理实验教学现状改革对策

物理学是一门以实验为基础的自然科学，回顾物理学产生和发展的过程，可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。无论是经典物理学的建立和发展，还是现代物理学的进展都与物理实验息息相关。可以预言，未来物理学的发展一定离不开物理实验。在职业高中的各门基础课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用，实验在物理教学中更是占有着举足轻重的地位。加强实验教学，提高物理教学效果和开发学生创造能力，在加强素质教育的今天，显得更加突出，尤为重要。

1实验在物理教学中的地位和作用

在新的职业高中物理教学大纲中，已明确指出：观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力，培养实事求是的科学态度，引起学生兴趣，具有不可代替的重要作用?quot;可见没有物理实验，很难达到物理教学目的。

回顾物理学产生和发展的过程，可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。所有的物理知识，都是在实验的基础上建立起来的。物理实验作为物理教学的基本手段，有其特殊的教学功能。

1）通过实验可以使物理教学理论联系实际，引起学生学习兴趣，引导学生发掘问题，激发其求知欲望，从而调动他们学好物理的主动性和积极性，引导他们热爱科学。

2）通过加强实验，不仅可以使学生具备一定的感性认识，更重要的是使学生进一步理解物理概念和定律是怎样在实验基础上建立起来的，从而有效地帮助学生形成概念，导出规律，掌握理论，正确而深刻地领会物理知识。

3）通过实验培养学生的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力；培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力，并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。

4）通过实验培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度，科学的思维方法，严谨的科学作风，逐步学会物理研究中基本的科学方法。

鉴于实验教学的地位和作用，我们不仅应该重视实验，而且应该在理论教学中认真贯彻以实验为基础的原则。

2职业高中物理实验教学的现状

随着素质教育的进一步深化，我们国家不少专家学者和广大物理教师对职业高中物理实验的重要性的认识和感受逐步加深，物理实验教学改革也正在密锣紧鼓地进行着。但是应看到，到现在为止，物理实验教学的现状在我们国家还是不容乐观的。

1）职业高中物理实验教学的基本情况。据抽样调查，现在有些职业高中对专业课的实验要求普遍较高，投入的资金也很足，而作为基础课的物理实验却普遍重视不够。不少学校的物理实验数目达不到教学大纲的要求，甚至有相当一部分学校基本上一个学生实验都不做。即使有的学校按要求完成了，但是实验教学的效果往往不理想。

2）学校和教师受传统教育的影响，普遍存在着重理论轻实验的思想。教学方法普遍采用讲授法。有的老师甚至认为学生不会动手做实验不要紧，只要会动笔考实验就行。由此而引发了做实验不如讲实验，讲实验不如背实验的荒谬作法。加之科技的飞速发展，多媒体进入课堂，使得部分教师过分追求，迷恋多媒体的模拟实验，让学生看看了事，不重视让学生看实物，实际操作．总而言之，目前相当数量的教师不做或少做实验，放弃了运用实验的直观教学方法，这一现象严重妨碍了培养具有创新能力的人才．这样教出来的学生一遇到实物就束手无策，不知道如何动手。

3）由于认识上的不足，教师在实验教学的组织上、在教学过程中、在物理成绩的考核上都存在着问题。例如：由于教师不愿在实验教学方案的设计上下工夫、花时间，导致实验教学方法形式单一、陈旧；单纯为了完成教学任务而安排实验，对学生实验能力的培养显得没有计划、没有目的、缺乏系统性。同时对?quot;引导学生积极、主动地学习，培养学生独立思考的能力和习惯的指导思想不够明确，教师在实验教学中一手包办现象严重，学生最多只是机械模仿，缺少动手和动脑的机会，能力得不到相应的提高。

4）实验教学模式僵化，物理实验教学的基本原则没有得到充分的体现，教学方式呆板．从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间．就分组实验来说，教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，写得面面俱到．然而每次实验课教师还要花相当长的时间根据教材讲实验目的、原理……，然后学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下，取几个数据，实验就算完成了．这样做实验，收获不大．再说，现阶段往往是一个班的学生同一时间做同一个实验，用同一种方法、相同的仪器，都要在规定时间内做完，得出同一结论，这样就有可能导致部分学生看别人怎么做，自己就怎么做，特别是两人合做时，有极少数学生只看不动手，也不留心实验观察，不记录有关数据，更谈不上去思考．这种教学模式不利于提高学生发现问题和解决问题的能力，不利于引导学生突破思维定势这个思维障碍，不利于学生创新思维方法的形成，不利于学生智能的发展。

以上实验教学的现状，极大地影响着物理教学质量，与物理教学目的、教育改革的要求和物理实验教学重要地位很不相称，与时展对人才的要求很不适应。

3促进实验教学改革的几个配套措施

我们应当看到当前职业高中物理实验教学薄弱，是有很多方面的原因。在分析问题、解决问题的时候也应从这些方面进行，应针对职业高中物理实验教学现状，从素质教育的高度，从这些制约因素出发，进行职业高中物理实验教学改革，使实验教学能充分发挥其在素质教育中的特殊作用。那么要加快实验教学改革的步伐，首先要抓好几个配套措施：

3.1转变观念

职高学校上至领导，下到学生，对基础课普遍不够重视，认为可有可无。职业高中物理实验教学的现状在很大程度上与观念有关，要促进实验教学改革，转变观念是关键问题。

教育是培养人的一种社会大行动，应该要从家庭、学校、社会来统一考虑。我们不能把物理实验教学的现状单单的归咎于物理教师，其实不少教师是深知物理实验的重要性，而且也曾经设想或尝试采用较好的教学方法，但迫于各方面的压力，教学课时上的限制，最后不得不放弃。因此要转变观念，就要转变整个社会的观念。要让学校和教师，特别是社会上的人们认识到教育不能追求暂时的表面的效果，不能急于求成，而要着眼于未来，特别要着眼于学生在未来社会的作用与价值。教育不能带有功利性，而要为社会培养真正的人才。

学校领导树立了新观念，观念端正了，才能在课程设置、经费投入、师资调配和其他相关方面充分考虑到物理实验教学的实际需要，并在一定程度上对实验教学改革给予保证。同时也只有让学生、家长知道素质教育的重要性，使他们从以前单单追求短期学生成绩和升学率的片面认识中转变过来。这样才能给广大物理教师一个广阔的发挥才干的空间，使他们能自由地投身于物理实验教学改革中去，充分发挥主观能动性，在教学中大胆采用创新教学方法。只有这样得到各方面的大力支持，物理实验教学的改革才能大步向前迈，才能改进现状。在物理实验教学上，以教师为中心的教育观，把物理实验教学作为教师传授知识、学生巩固和理解知识的辅助教学手段。

可有可无的情况。以学生发展为中心的教学观，则把物理实验教学作为整个物理教学过程的一个重要环节，启发学生主动地获取知识，培养和发展学生的能力。因此，改变传统的教育观，树立新的教育观念，实施素质教育，就要不断提高对实验教学基础地位的认识，从提高实验教学的效果，激发学生学习兴趣，提高学生的能力出发，认真改进、大力加强实验教学，把实验教学真正移到以实验为基础上来。职业高中物理教师树立了这个教育观后，教师就会千方百计地重视实验教学，努力做好实验。

3.2改革教材。

要推进实验教学的改革，应改革现行的教材。改革的主要思想是，教材应重视学生实验能力的培养，应体现以实验为基础的学科特色。在物理教学中，注意让学生通过自已动手实验学习物理知识。

1）现行有关实验的教材甚少，有关教育部门集这方面的专家学者根据各种实验教学类型编出相应的物理实验教材，供学生用书，并作为教师教好实验的参考用书。编成一个由正规的学生实验、实验练习题、课后随堂小实验以及课后小制作等组成的系列实验教材。当然还要适当增加一些能提高学生操作技能和拓宽知识面的课外读物。

2）对于学生实验应有一套专门的正规的实验教程。这个教程能与课本独立开来，有培养学生阅读能力和自学能力，提高实验技能，掌握科学思维方法等功能。这一教程的编写应注意以下几个方面：

一）要让学生上好实验课，预习是非常重要的环节。教程应根据实验内容布置一些预习思考题，让学生在阅读中思考，加深对原理的理解。例如：在研究匀变速运动的规律实验中可提出：1）根据纸带上的点，能判断小车的运动性质吗？什么情况下作匀速运动，匀加速运动，匀减速运动？什么情况下作加速运动，减速运动？2）为什么我们不一定从运动物体刚刚运动时打出的点作为起点，而从中间某一个作为起点？这样做有什么好处？在纸带上可以把任一个点选作起点（不一定从第一个点选起），为什么？3）两个连续的记数点怎样选择？是不是选两个相邻的点？为什么我们常用打点计时器打五个点的总时间为时间间隔，而不是逐点选取？4）通过纸带上打下的点怎样计算加速度？怎样计算即时速度？学生通过预习能做到实验前心中有数。只有让学生先动脑筋，课上才会动手。

二）实验教材应突出学生的主体地位，教程应在实验的各个阶段（实验前、实验中、实验后）对提出一系列富有启发性的问题，或根据需要，提出学生不易回答的问题。同时启发学生提出问题，问题一经提出，实验的目的也就很清楚了，学生也会带着问题做实验，在实验时分析、解决问题。

三）教程在介绍实验器材不要像抓方一样罗列在学生的面前，让学生机械地搬用；而是应该用开方的方法引导学生根据实验目的和实验原理来选取实验器材。使学生明白为什么要选用这些器材进行实验以及除了老师提供的器材外还可以选用哪些器材来代替。同时可以用例子来鼓励学生自制仪器进行实验，可以让学生收集我们日常生活中常见的物品，来替代原有的器材做各种实验。

四）现在很多学生很希望能亲自参与设计实验。教程要特别注意处理好统一要求与学生的个性化发展的矛盾冲突。在规定学生完成一定的实验计划和要求的前提下，教程可以鼓励、引导学生不拘泥于教程中的做法，可以进行一些创新改进，或自己另外设计不同的方案或者自己提出实验研究课题，设计实验方案，独立或与同学合作进行实验。

五）教材应对学生实验提出明确、具体的要求，要让学生带着一定的任务来做实验。有了具体要求，学生实验时才有矩可循。当然提出的要求要循序渐进，在不同阶段，提出的要求应有所不同，在刚开始做实验时可以只提出简单要求，循序渐进，然后逐步提高。当然教程在编写实验时也应注意分出层次：开始几个实验可以详细的给出实验的各个环节，例如：实验原理、实验目的、实验步骤、数据表格、实验报告的书写模式等。先让学生打好基础，养成按一定程序有条不紊地进行实验的习惯；以后的实验就不再这样，而是逐步引导学生在理解实验原理和内容的基础上，自己独立地列出实验步骤、自制实验表格等，从而提高学生的实验能力和素养。

3）利用多种有效渠道增加实验在教材（区别于上述的实验教程）中的比重，尽可能的增加学生动手实验的机会。例如：在教材中可以适当增加一些有趣的实验来引入课题，激发学生学习愿望；或增加一些简便易做的课堂实验，使学生利用手边的学习用品或生活用品就能自己动手实验，观察现象。这样既可以使学生多动手做实验,又有利于学生理解理论知识。又或者在各章节后面的阅读材料或开?quot;小实验栏目介绍有趣的实验等，这也会大大提高学生的动手能力和学习积极性，加深对知识的理解。多数学校仪器设备不足，物理实验教学受到限制。为了在仪器设备不足的条件下加强实验，。教材也可重点安排不必使用专门仪器、简单易做的课堂实验、实验性习题和课外小实验、小制作，并把一些过去由教师演示的实验，改为既可以演示又可以由学生自己动手做的实验，供教师选择。还可鼓励学生结合所学物理知识自己设计一些实验。不要单单采用陈述性的语言，而应该多一些启发性，比较生动的言语或问题来编写实验。例如在编写时可以通过设置一些类?quot;看一看、问一问、想一想、做一做等环节来促使和引导学生多观察、多发问、多动脑、多动口、多动手，逐步培养学生能力。4）由于我国地域辽阔，人口众多，各地区经济文化发展不平衡的国情，试图只有一个大纲，一套教材的做法是行不通的。

5）教材改革是一个长期过程，随着社会、教育形势的发展，旧的矛盾解决了，新的矛盾又会产生。知识不断在更新，教育也应该要有新的内容、新的知识，因此，不断研究教材在使用中存在的问题，随时注视国外教材的最新动向，每隔一定时间对教材作一次较大的修订，可以使教材不断更新、不断适应新的教学要求。例如：教材改革要对于一些陈旧过时，或者说明问题不够直观，又或者在说明问题时出现漏洞的演示实验必须剔除或者改进，添加一些已经解决了困难的物理疑难实验等。同时在改革教材添加与生活、科技的联系紧密的实验课题，应反映物理科学的变革，让学生多了解近、现代物理方面的重大实验成果，知道这些成果对人类发展的重大作用从而激发他们学习物理的极大兴趣，并且重视物理实验。同时也让学生知道多一些新的知识。

3.3提高教师自身素质。

战斗在教育第一线上的教师是实施教育的直接参与者，要真正运用好物理实验，使之对提高教学质量发挥出独特的作用，需要教师具备的实验教学的素质，既要有物理学理论和实验知识，又要有教育学、心理学和教学法的知识，还必须脚踏实地亲手实践。

科学在发展，教育也要发展，没有一成不变的。作为一名物理教师要通过不断的学习使自己的实验教学能力和知识水平提高，使自身具备良好的实验能力和实验技能；要有钻研和创新精神，例如对物理中的疑难实验进行专题学习和研究、改进一些实验等；也应接受新的教育理论、新的教育思想，指导自己的教学实践。同时各地区教育部门应组织力量定期对在职教师进行培训或组织在职教师进修。其他教育教学方面的培训在有些地区已经开展，但针对物理实验方面的相对较少。可以进行针对物理教师在物理实验中对实验的

设计，实验测量的操作技巧，设计、改进实验以及排除故障的创造性能力，实验考核的命题能力等方面的培训，此外通过举行各级研讨会，提供物理教师间交流与探讨的机会，从而相互促进。

3.4重视实验教学目标的实施

1）确定实验教学指导思想，强化实验教学目标

在职高物理实验教学过程中确定以实验为基础，用实验来展开激发学生的实验兴趣，发挥学生参与教学的主动性和积极性，培养学生操作实验、设计实验的实践能力和创造能力．加强实验教学的研究，尽量把验证性实验改为探索性实验，把演示实验改为边讲边实验，通过挖掘教学内容的学术性，有机地把课内探索延伸到课外。总之，尊重科学，实事求是，面对群体，以实验创新教育为前提，使学生达到掌握物理实验技能和科学方法，养成科学态度，学会运用实验手段解决物理问题的能力为指导思想，强化实验教学目标，要求学生在实验的全过程中自始至终抓好七个正确：其一，选择仪器正确；其二，安装调试实验装置正确；其三，操作规程正确；其四，观察方法正确；其五，测量读数正确；其六，处理数据正确；其七，实验结论正确。

2）探索改革实验教学模式，发挥主导、主体功能

大力探索改革不适应新时期形势的职高物理实验教学模式，建立起按科学设计实验教学程序、优化实验教学过程、指导实验方法、培养创新能力的引导-探索-实验-掌握教学模式。这种教学模式应充分发挥教师的主导作用，突出学生的主体地位。教师充分相信学生，使学生主动参与实验．课本让学生看，实验让学生做，思路让学生想，疑难让学生议，错误让学生析。让学生独立设计实验，利用物理实验，发挥学生的主观能动作用，最大限度地调动学生自主学习的积极性和主动性。变单向信息传递为双向式、多向式信息传递与交流，教师在课内讲重点、关键点和注意点，发挥好主导调控作用．主要方式是采取提问、答疑、讨论、观察实验现象、动手操作等．在实验中，加强对学生实验方法和创新能力的培养。

按教学大纲规定必做的分组实验，采用一人一组，总体安排，并将学生分成三种类型：第一类是理解能力差，反应较慢，动作缓慢；第二类是思维敏捷，动作粗糙；第三类是独立思考，动手能力强。不管哪类学生整个实验过程全部由学生自己独立完成，教师必要时答疑引路。另外还要改革实验报告的书写，实验报告不要求统一的格式，只要求与物理教学相联系，写出本实验成功的关键、有何不足。

3）改革考试方法，加大实验考核力度

以前我们在物理考考试中，在检查学生实验部份的掌握情况时，基本上只局限于书面考试，关于实验能力、特别是实验操作技能的考试很少，导致出现学生背实验、纸上谈实验的状况实验考核极不全面。职高物理实验考试总体要求是把考理论和考操作结合起来，全面反映学生实验课的基本要求；不论哪类学生考试的原则都是把考实验和做实验结合起来。考试成绩由平时考核成绩、理论考试成绩、操作考试成绩几个部分组成，三者的比例为2∶2∶6。平时考核内容包括上课到位率、认真程度、实验报告的书写等三个方面；理论考试可全面考查学生掌握实验基础知识的广度与深度；方法是在期中、期末考试卷中加大实验理论题的比例。操作考试是根据教学大纲的要求把实验操作能力要达到的教学目标加以分解，并按实验内容难易程度将考试分解为考基础实验，一般以大纲中规定必做的实验为主，时间一般安排在每学期期中、期末前两个星期内。另外对2）中第二、三类学生还要增加综合性和设计性实验的考试，所谓综合性实验考试是将不同的实验进行组合，综合解决较复杂的问题，要求学生利用本实验手段去解决新的问题。考设计性实验时，根据教师提出的实验目的要求，学生自行设计实验方案，完成实验，时间安排在课外科技制作课上进行，开展丰富多彩的第二课堂活动

1)把课外活动纳入实验教学的范围是实验教学改革的重要环节，为了从多方面培养学生做物理实验的兴趣，在学生掌握了一些基本实验技能后，应按统一计划，组织好课外活动，配合课堂实验教学，具体措施，一是根据教材实验特点和青少年的心理要求，精心设计课外活动的内容。做到既注意内容和形式的统一，又注意活动的趣味性。保证两课的内在联系。二是抓好落实，一学期的实验内容要事先确定，建立活动小组，安排好辅导老师，以保证课外活动经常化、制度化。把课内和课外内容衔接好，课内课外就能相互补充。此外，利用课外活动这块阵地，我们还举行了许多别开生面的专题讲座、专题答辩会、科技信息讲座、小制作、小发明等，对促进实验教学起到了很好的作用。

2)举办综合性实验竞赛，将知识性、趣味性、科学性和群众性融为一体。为了巩固实验教学的质量，使课外活动具有更大的吸引力，每学期定时举办规模较大的实验竞赛活动。

3)引导学生日制学具、教具，参加小发明、小制做活动，培养创造型人才引导学生进行发明创造，参加自制学具、教具的活动，一方面可以巩固课内实验所学的知识和初步掌握的基本实验技能，更重要的是培养了学生的创造能力。在这个活动中，学生们大胆设想认真设计，精心操作，这是传统的教学过程无法达到的。引导他们自做学具、教具，鼓励他们创新。在这一活动中，应始终坚持真（原理科学）、新（设计新颖，采用新技术）、美（设计简单合理，主次分明），在整个活动中自然形成以学生为主体，并由一批骨干队伍带动，发展到全班学生纷纷动手，大大提高了学生的实验技能和理论水平，丰富了学生的课外活动的内容。

3.6实现两个保证

职业高中物理实验教学改革，还有赖于一个教育系统目标、各方面的政策、经费投入等的保证。例如：改变实验室的管理方式，经常性地对学生开放实验室，提供第二课堂阵地，鼓励学生根据学习的需要或教材中的小制作等自行设计一些验证性或探索性实验。可是实验室要向学生开放，是有一定的困难的。困难在于支付包括有关人员工资、水电等等在内的一切费用，没有足够的经费去支持实验室向中学生开放。因此，资金的保证很重要。国家要设立专门经费来支持特别是经济落后地区学校的实验?教育设施。例如有的学校的物理实验楼装修得很漂亮，实验室的外在硬件设施都很好，可?quot;内在--实验器材却很缺少，很落后。因此学校应把有限的经费用在最基本的教学需要上为好，给实验教学的顺利开展提供一定的保证，少一些形式上的东西。

还有，教学上学生实验的时间太少，学生能够用于自由支配，根据自己的爱好去做些小实验搞些小发明并进行思考钻研的时间被学校设置的课程和布置的作业充斥掉了。因此，物理实验教学改革的推动还有赖于学校对学生在这方面时间上的保证，增加实验的比重。

结束语可以相信，只要切实地抓好制约物理实验教学改革的几个配套措施，通过广大物理教师、教育研究工作者的共同努力，职业高中物理实验教学改革的步伐将进一步加快，实验教学的现状将得以改变。

参考文献：

1．安忠、刘炳升中学物理实验教学研究高等教育出版社

2．张民生中学物理教育学上海教育出版社

3．赵凯华对中学物理教学改革的意见和建议（1）物理教学探讨2000，4（1）

4．郭昭全、何胜红高中物理学生实验课改革的实践与思考物理教学探讨2000，8

篇7

[关键词]工程仿真 三维动画技术 LNG产业链 3DS MAX

中图分类号：G540 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0133-01

1、工程仿真动画整体设计

1.1 项目背景介绍

LNG（Liquefied Natural Gas）即液态天然气，是一种清洁，高效的能源。其产业链大致可以分为三段，每段包括几个关节。项目要求用影视语言对气电公司的主工业园区及LNG产业链进行生动的描述。运用三维动画和多种剪辑合成技巧进行设计制作，得到生动真实、视觉效果和逻辑性很强的工程仿真动画。

2、设计定位及策划

对于工程仿真动画，除需要展现厂区设施、自然环境外还需要展现相关工业流程，体现工程的真实物理过程，所以通常采用写意与写实相结合的表现手法。

在对LNG产业链的三维动画设计中，采用该种表现手法，以精细的三维动画描述各关键环节的工作情况，总体过程按照产业链逻辑脉络，将大量的视觉信息（三维动画、静态图片、视频等）进行逻辑性的组合、穿插，配合一定的字幕共同传达信息。充分利用影视语言表现手法进行叙事，结合精心选配的音效、背景音乐营造气氛；整体画面体现出气电公司产业链的工作过程，传达信息令人信服。

3、基于真实物理的仿真建模方法

3.1 运动物体模型对象

涉及自身运动的模型对象往往是工程仿真动画的表现重点，应该采用较为精确的建模方式，适当增加模型分段数，提高光滑程度，避免在展示的过程中由于模型的精度不够出现模型缺陷。精确程度要根据脚本中镜头设计具体把握，避免无谓的增加模型数据大小。

在对一些涉及复杂机械运动的机械设备仿真时，要注意各零件的坐标系问题。如卸料臂，在对它的各活动部件进行定位时，要特别注意它们的自身坐标系和相关部件的同心轴问题，防止在旋转动画制作过程中出现跳转。在调整自身坐标系时，激活Hierarchy面板下的Affect Pivot Only功能，将坐标系调节到适当位置，使相关部件在旋转时能够绕同一中心进行旋转[3]。

3.2 固定设施模型对象

固定设施和设备模型对象在工程动画展示中，主要是做为背景表现。在建立模型时，可以在不降低视觉效果的条件下，采用比较粗略的建模方式。在调试的时，要尽量勾选Display面板下的Display as Box选项，将模型以box显示，提高系统的运行速度，这种操作在设计过程中是十分必要的。另外在建模时，要尽量降低Blone的使用次数，控制模型大小。

3.3 自然环境模型对象

自然环境是工程仿真中不可缺少的表现对象，它主要包括天空、地理环境、主光源等。LNG产业区自然环境，天空模型用椭圆，然后贴以无缝贴图，产生无缝天空的效果。地理环境大多复杂且不规则，用通常的建模方式来生成地形，生成的数据量很大，影响动画生成的速度，所以采用贴图的方式，在平板上贴以地形图像，有效地控制模型大小，并且有很好的视觉效果。在仿真动画的设计过程当中，所有场景的设计都要调用同一个自然环境背景，确保环境的统一性。在调用的过程当中，为了避免贴图信息的丢失，要对文件进行File Archive打包处理，调用打包文件实现文件的共享。

4、基于真实物理过程的动画实现方法

4.1对象本身的动画

。

（1）机械物体的动画。机械物体的动画主要涉及的就是对象自身的位置变换和自身的机械运动。对于位置的变换动画可以在3DS MAX中通过路径绑定或设置关键帧的方式来实现。路径绑定类动画实现的关键之一是路径的准确绘制，对于二维平面上的路径直接绘制可以实现，但是对于凸凹不平的三维平面上的路径来说，这种绘制过程是无法实现的。需要我们首先在一个虚拟的平面上绘制出二维曲线，然后通过投影的方式将二维曲线投影到目标对象上，

（2）柔性物体的动画。所谓柔性物体，是指工程中没有固定形态的对象物体，例如液体、气体等。此类对象在工程中大多是密封状态保存，运动不规则，对此就要求设计者对它们的表现形式进行设计，在对其自身运动进行模拟外，还要采用容器变透明、切割容器、将摄像机放置到容器内等特殊表现手法对其进行诠释，表现他们的真实性。

（3）示意性动画。对于一些复杂的工业过程或是特殊的作业环节，简单的如实表现往往使观者很困惑，不理解其中的原理或是作业内容，这是就应该采用示意性动画的表现手法进行动画演示，起到传达信息帮助人们理解的作用。

4.2 摄像机动画

（1） 移动摄像机。移动摄像机在工程仿真动画中的应用最为广泛。在进行产业区浏览、场景展示时大多采用移动摄像机的动画表现方式，通过摄像机的路径绑定，模拟人眼从不同角度连续观察对象。

（2）推拉镜头。根据人们观察事物的习惯和逻辑特点，在某些特定场景的表现时，还运用到推、拉镜头的表现手法，实现由远到近或由近到远的观察方式。卸料臂与LNG船对接后固定的过程表现，为了清楚表现对接过程，满足观者的观察要求，就利用了拉镜头的摄像机动画，

（3）跟镜头。这种表现手法在诠释生产线运作、液体流向等场景时是比较实用的。如卸料臂卸载液态天然气，液体沿卸料臂上升的过程就采用了这种表现方式，用摄像机跟踪液态天然气流动直至输送到陆地管线内。使整个液态天然气的卸载过程清晰的呈现在人们面前，表达信息十分准确。

（4）摇镜头。摇镜头，这种在普通影视片和传统工程仿真中很少用到的镜头方式，在通过三维动画技术实现的工程仿真动画示中是一种常见的表现手法。

5、剪辑

剪辑是三维动画制作的最后一个步骤，这个步骤也是很重要的，同样要求设计人员具有导演意识。在这一步骤中，设计人员对前期的片段动画进行剪切、编排，并加以背景音乐，生成可播放的影音文件[6]。在剪辑时，要特别注意画面的连续性，对跳跃性特别大的镜头要重新设计、重新渲染。音效的添加，除了选择合适的背景音乐，还要加以适当的真实声音效果，如机械转动、轮船汽笛、水泡等，完成工程仿真动画的设计。

6、结束语

利用三维动画技术进行工程仿真是为了提供真实的仿真动画给决策者，降低工程建设和方案选择的难度，同时起到树立企业形象和传达信息的作用。为实现这一目标，该类型仿真动画应该体现出工程的真实物理过程，直观的展示工程全貌和工业流程。本文介绍了应用三维动画技术实现工程仿真的工作流程，讨论了针对工程中不同类型对象的真实性表达的方法和技巧，努力寻求最恰当的仿真方法和表现形式。

参考文献

篇8

关键词：仿真实验计算器，仿真物理实验室，探究模式，弹簧振子，数据处理，控制变量法

 

一、新型探究模式的设计缘由

在学习了高中物理人教版（选修3-4）第十一章《机械振动》后，学生了解了单摆和弹簧振子是简谐运动的两重要特例，只学习了单摆周期的计算公式，可对弹簧振子的周期表达式学生对此却一无所知，知道单摆周期只与摆长有关而与摆球质量无关。那弹簧振子周期又与哪些量有关呢？学生对此表现出强烈的好奇心和探究欲。由于实验环境和实验条件的限制及对学生动手操作能力要求过高，让学生在传统物理实验室去做，实验结果往往和物理理论不相符，甚至出现试验数据相反的情况。于是便萌发了构建一个“仿真实验计算器”来代替实验并直接输出实验数据的想法，就好像日常生活中用计算器代替心算一样。让学生在计算机环境下进行虚拟实验操作，并利用计算机处理实验数据，为实验探究问题提供了新的思路。

二、“仿真实验计算器”介绍及对中学物理实验探究的实际意义

“仿真实验计算器”笔者是在“仿真物理实验室”这个软件的环境下实现的。“仿真物理实验室”是一款全新概念的全开放性教学、课件制作平台和实验仿真平台，它将物理定律全部内置了，并提供了一个实验器具完备的综合性实验室，教师所需要做的只是设置一下实验的初始环境，仿真物理实验室都能够进行仿真。不但可以做出一般实验室可以做出的实验，也可以做出一些真实实验室做不出来的实验．比如在本软件中，可以非常轻松地实现闪照功能，可以实时跟踪显示运动对象的速度和加速度，让人一目了然。对于正在学习物理的学生来说，仿真物理实验室是一个可以体验探究物理过程、一个可以设计实验去验证自己的设想、一个可以自由探索未知世界的实验探索平台和自由的想象空间。

“仿真实验计算器”虽然被认为是实验数据的计算者和输出者，但最重要的是它要求实验者事先从物理现象或问题中探究出物理实验模型和实验方案，进而根据被仿真实验的方案、原理、器材等事先构建好实验情景，其实这一点是和传统实验是一致的，也是实验的核心所在。在新课程的理念中，注重对学生的自主探究性培养，让学生自主体验科学探究，亲历“科学家发现真理”的过程，并把“过程与方法”作为物理教学的一个重要内容，以更好地培养学生的科学素养。基于此，以往只在大学里被用于大学实验的模拟仿真实验，由于其独特的优势现在也在中学物理实验中也被广泛应用。笔者开设了《探究弹簧振子的周期表达式》的研究性学习课题，让学生在仿真实验室这个平台上充分自主探究，由于仿真物理实验室制作出的弹簧振子模型交互性非常强，并能提供频闪照片和实时输出众多运动数据和图像，所以“仿真实验计算器”为学生提供了处理实验的一把利器，为学生探究提供便利和可行性。

三、新型科学探究模式展示：探究弹簧振子周期表达例析

探究是学习物理知识的一种重要的方式。科学探究都要经历一个基本的过程：

篇9

[关键词]实验室开放专用开放实验室设备共享 综合能力

目前，一般大学物理实验室的开放是在正常教学之外的空余时间，实验室既作教学用，也兼作开放用，这种形式的开放确实提高了实验室设备的利用率，也提高了学生的动手能力和创新能力。但也存在以下问题；

1、 由于首先要满足教学的需要，所以时间上不能完全开放，只有在教学任务完成以后的空余时间才能对学生开放，不能满足所有学生的需要。

2、 设备共享率不高，一般实验室在同一时间只能放置一套设备，做单一的实验，很难在不同实验中实现一机多用式的共享。

3、 由于综合性、设计性实验往往需要多种设备的组合使用，实现多种功能，在普通实验室设备单一，无法实现。

4、 管理困难。由于设备单一，开放单个实验室不能满足所有学生的要求，一般都要放开放几个或十几个不同的实验室，在管理人员和指导教师不足的情况下对学生以及设备的管理将带来困难。

为了克服以上不足，我们作了如下的尝试：将每个实验室的两套备用设备整合在一个实验室，组成一个由多种不同设备组成的综合实验室，将此实验室从教学中脱离出来专用于对学生开放。这些设备中包括力学、电学、热学、光学等多种设备。同时，我们为了让学生能更好地做设计性实验，我们还整合了两套用于做物理仿真实验的计算机，安装了物理仿真软件、多媒设计软件以及DEA电子设计软件。结果，很大程度上解决了以上的问题。于是，我们提出了构建一个专用于做开放物理实验的实验室的初步设想，以供同行们参考。

一、专用于开放的物理实验室的构建

1、硬件

基础物理实验设备 基础物理实验室的设备包括力学、电学、热学、光学等多种设备，由于这是专用于开放，不用于上课，所以每种设备不必太多，一般以两套为宜。按每学期开15个实验计算，专用实验室需放置30套的各类设备，正好组成一个实验室。学生在做实验时有许多设备可共享，所以还可少配一些，象直流电源，只要电压范围符合要求一般可通用。

设计性物理实验设备 主要是用于运行物理仿真软件、EDA电子设计软件、flash多媒体设计的计算机以及电学部分用到的示波器、信号发生器、稳压电源、九孔板、面包板、万用表等。如果经济条件许可，可配两套数模电实验箱，供能力较强的学生使用。当然要配备许多零配件，象测试线、焊锡、电铬铁、线夹、元器件等。

2、 软件

物理仿真软件 这主要是在做基础物理实验前在计算机上通过软件进行演示，以提前掌握操作过程中所出现的各种情况，避免真正做实验时走弯路，或者对一些在实验操作中不易完成的实验，象高压电实验、不易观察的快速运动实验，象弹性碰撞过程以及宏观的万有引力实验和微观的电磁场实验等进行仿真模拟。我们使用的仿真软件包括Pro-E、VC 、Matlab、UG以及王晓蒲、霍建青设计的《大学物理仿真实验》2.0版。

EDA软件 这是电子设计自动化软件。用于培养学生运用现代化EDA工具完成各种电子电路及系统设计。加强应用新技术、新方法、新器件的训练，强化工程能力和创新能力的培养。

多媒体软件 为了鼓励师生积极参与设计性实验，我们在计算机上安装了多种多媒体设计软件，让师生能在做实物前进行多媒体软件的设计实验，提高实物设计的成功率。达到少走弯路，节省成本的目的。

3、设备的来源：

全新购置 如果经济条许可，此种方法较好，一次性购置全新设备，让参与开放的师生有一种设备精良的感觉，同时也突出学校对开放实验的重视。从而提高师生参与的积极性，必竟会有多一分投入多一分产出。

闲置设备利用 专用开放的物理实验室成本不高，一般学校的物理实验室在配置设务备时，都会考虑多配两套以备用。象我们学校一般每班学生人数为30人，最多32人，按2人一组计算，配16套设备已够用，但一般会配置18或20套，以备损坏时备用，那两套设备平时闲置着，可先“供出”。一般不会影响正常教学，如有急需，临时可搬回。

旧设备可利用 在设备报费时，一般不会每组设备都不能使用，整套设备有一半不能使用时已不能用于正常教学，只要有足够年限就申请报费了，另外一半正常设备也随着进入了储藏室。这些正常设备完全可再回实验室与其它正常设备一起放在专用的开放实验室里发挥“余热”。

二、专用开放物理实验室的管理

从其构建的内容看，专用于开放的物理实验室与普通的物理实验室不同，设备的种类由原来的单一设备变成了热、力、电、光等各类设备样样齐全。再加上仿真设备以及各种设计软件，使得实验室的管理难度大大增加，为确保实验室开放工作的顺利进行，必须有相应的配套措施。

1、完善管理制度，实验室要根据具体情况制定相应的管理制度，确保实验室从时间上、管理人员的数量上以及设备的完好率上都能达到正常开放要求。因为专用开放实验室不担负教学任务，可以全天候开放，要求上午、下午、晚上甚至周末都要安排人员值班。这样，实验室管理人员的上班时间延长了，会给他们的生活带来不便，需要有相应的制度来保障正常休息，不然会影响实验室的管理效率，一般可采用轮班制来解决。另外，由于设备种类多，学生可能通过多种设备的组合来完成一个综合性或设计性的实验，在不同设备的相互连接方面很容易出现问题，设备的损坏率会增加，这需要制定出一个完善的设备维修制度来确保各种设备都能正常使用。

2、提高管理人员及指导导教师的综合素质，一般实验室的开放是每个实验室仅开放单套设备，管理相对容易，但现在情况不同了，管理员要在一个实验室内管理好几种或十几种设备，甚至还要悉计算机的操作及多种软件的应用，有时学生提出的是各种各样的问题，特别是设计性实验，都是一些平时没有接触到的新问题。对管理人员和指导教师来说都是一个极大的战。管理人员和指导教师需要参加各种培训或请其他学科教师帮带才能适应此类工作。

三、注意事项

1、增加维护力量和经费，专用开放实验室确实给学生带来了方便，因为全天候开放，设备种类又多，学生可根据需要自由选择时间、自由组合设备进行做多种实验，且许多设备可共享，也提高了设备的利用率。但这会带来一个问题，学生对设备的频繁搬动和连接，难免会不同程度地造成设备的损坏，增加设备的维护费用和工作量，学校需研究对策加以解决。

2、加强指导力，在专用实验室内学生同时参与多种实验，涉及到的内容广，对指导教师也提出了更高的要求。普通实验室开放，内容单一，相对较容易指导。但现在多种设备集中在起，不同的学生会提出不同的问题，而且内容多变。要帮他们解决这些问题，远比讲解、辅导一、二门课的工作量要大得多，这就要求指导教师的知识面广，知识更新更快，既要有扎实的理论基础，又要有丰富的实验经验。原来仅指导一、二门课的实验教师或刚参加工作的缺乏经验的教师难以胜任此类开放实验的要求。另外，实验时间的延长也显的指导力不足，这也是必需解决的问题。

四、效果比较

对比原先一个实验室开放一套设备的做法，专用于开放的实验室有明显的优点，首先设备的利用率明显搞高了。我院物实验室课的开设对象是理工类专业的班级，并非全院的所有专业，所以在课外对学生开放时，参加开放实验的学生人数相对有限，而且不同的学生要会要求使用不同的实验室。在这样情况下，实验室管理人员不得不把所有的实验室都同时开放，这样，学生较分散。对于每个实验室来说，参加开放实验的学生总数占设备总数的比率较低；现在不同专业、不同爱好、不同程度的学生可集中在一个专用实验室使用设备，学生人数占本实验设备的比率大大提高了。另外，由于方便多种设备组合使用，程度高的学生可以开展一些综合性、设计性实验，可根据自已的设计要求综合运用多种设备，完成特定的设计要求，真正达到一机多用的目的。这样的实验室不只是简单的把多种设备放在一起而已，它可达到1+1＞2目的。其次，专用开放实验室没有正常教学任务，可实行全天开放，对于不同专业、不同班级的学生来说都没有时间限限制，只要有空余时间就可参与开放实验，并仔细研究，有效消化。第三，管理效率大大提高了，原来有多少个实验就需开多少个实验室，现在只要开放专用实验室就可以了，不仅节省了人力，而且管理效果得到改善。因为管理人员能直接监控本实验室的情况，也可现场指导学生如何使用设备，减少了设备的损坏率。第四，管理人员的水平得到了提高，由解决问题的需要，管理人员必需通过多种途径来提高自已的综合水平。

结束语

以上组建的专用实验室好处是明显的。整体设备来看，它包含了力学、电学、热学、光学等各种设备，这种一体化的性质决定了实验的可拓展性，原来只可做单一实验的设备，现在经过多种设备的不同组合就能实现不同的功能，实验的范围大大拓展了，从而能进行的实验数量也增加了，这是最直接的经济效益。另外，从软件设计，实验过程的演示，到真正进行实物实验是一条龙进行，学生所学到的知识会更全面，由于软件演示可重复进行，学生可反复观察现象，加深理解，掌握的知识更牢固。这样，对设备的不同组合增加了实验的综合性，对课堂上的单一实验进行深化各创新；从软件到硬件整个过程的延长，增加了实验的步骤，使学生的动手能力得到了充分的段炼，这正是目前各高等院校所追求的目标。

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