【摘要】：数学物理实验不仅可以帮助中学生直观地理解理论知识,还可以使中学生增强动手能力和分析问题、解决问题的综合能力。 传统的数学物理实验存在中学生预习效果差、实验过程难以指导、成本高等缺点。 尤其是在COVID-19疫情期间，传统的数理实验没有举行，中学生实验教学问题更加突出。 虚拟仿真实验是破解疫情期间理工科学生无法完成实验困境的“钥匙”。 本文详细论述了传统数理实验课程的不足，阐述了虚拟仿真实验的优势和应用现状。
关键词：数学物理实验； 虚拟仿真技术； 远程教学； 教学改革
数学物理学运用数学中大量的理论成果和实验技术来探索和研究物理学的基本规律和理论。 是无机物理、分析物理、有机物理四大物理中理论最深的一门课程。 此外，由于数学物理涉及宏观与微观性质的关系、化学过程机理及其控制等大量具体内容[1]，它也是四大物理学中最难理解的理论课程。 数理实验课使中学生通过具体的实验现象和过程更直观地理解理论知识。 同时，中学生可以学习如何操作仪器，提高动手能力，结合理论知识，通过动手实验分析和解决问题。 综合能力。
1 传统数理实验教学的不足
传统的“教师讲理论——指导中学生做实验——写实验报告”的教学方法存在诸多不足：（1）预习效果不佳。 掌握仪器的使用技巧是很困难的。 (2)实验过程指导难度大。 传统的实验课程中，一名班主任指导十组左右的中学生进行实验。 实验失败或发生危险。 (3)中学生参与度低。 传统的实验班基本上是多个中学生共用的一套实验设备。 实验过程中，每个小伙伴都不能参与所有的实验操作大学物理虚拟仿真实验数据，甚至有的中学生全程只是旁观实验，导致中学生动手能力差。 运动量不足。 (4) 成本高 化学物理实验需要的仪器设备较多，中学生的频繁操作和误操作促进了设备老化，降低了维护成本。 (5)教学效果不理想。 由于实验课的时间限制，班主任通常更注重实验操作的讲解。 中学生只是按照教学重复实验步骤，没有深入思考。 另外，实验过程通常只进行一次，不能重复。 中学生印象不够深刻，对实验原理的理解不够充分，不能满足数理实验课教学目标的要求。
2 虚拟仿真实验的优点
虚拟仿真实验教学被誉为一门具有跨年龄意义的课程。 顾名思义，它依靠虚拟现实技术，生成具有视觉、听觉和触觉感知的逼真“虚拟实验室”。 中学生可以在虚拟空间完成难以远程操作的复杂实验，体验真实实验室无法实现的高风险、破坏性实验，从而提高教学效能[2]。 与传统实验课程相比，虚拟仿真实验具有以下优势。 (1)红色安全传统数学物理实验所用试剂的毒性和腐蚀性都比较温和，但也具有一定的毒性、腐蚀性、易燃易爆性，对仪器和人员造成一定的安全隐患。 而且传统的数学物理实验过程中会形成一定量的有害物质（废水、废液等），污染环境。 虚拟仿真实验所用的所有试剂都是虚拟的，实验过程中不会形成有毒有害物质，是真正的污染物零排放[3]。 同时，由于学生在实验过程中不会接触到真药，在增加实验成本的同时，中学生的人身安全也得到了绝对保障。 (2)不受时间和地点限制，提高中学生学习的主动性。 虚拟仿真实验可以在互联网上进行，不受时间和地点的限制。 中学生可以随时使用笔记本电脑或手机进行模拟实验，特别适合当前的疫情形势。 道路教学。 此外，虚拟实验可以模拟实验的微观环节，更直观地解释不太明显或难以察觉的实验现象，使中学生更容易理解实验。 而且，中学生可以根据自己对实验原理的理解，反复“动手”实验。 通过直观动态的人机交互系统，可以降低实验兴趣，提高中学生的学习主动性，也可以激发中学生的创新思维。 。 (3)成本增加。 传统的化学、物理实验需要购买各种昂贵的仪器设备和大量的制药试剂。 中学生大量频繁的实验会促进仪器设备的老化，降低维护成本。 虚拟仿真实验软件特别经济实惠，实验过程中不需要真实的设备和试剂，通过网络资源共享可以节省订购设备和药品的成本[4]。 另外，中学生在预览虚拟仿真实验后，会减少实际做实验时对仪器的误操作，从而有效保护昂贵的仪器，增加维护成本。 (4)为了提高教学效果，中学生可以通过虚拟实验中的各种模拟来熟悉即将进行的实验操作，从而快速掌握关键步骤，然后在进行真正的实验时，中学生才能充满信心、反应灵敏，强化实验效率。 而且，对于很久以前做过的实验，中学生可以通过虚拟模拟实验来备考，然后可以快速回忆起实验的重点和难点大学物理虚拟仿真实验数据，从而使中学生巩固所学知识。提高教学效果。
3 虚拟仿真实验现状
随着当前信息技术和互联网技术的快速发展，在国家信息化发展战略的指导下，虚拟现实技术在教育教学领域和管理过程中的应用逐渐深入，有力地促进了教育教学的发展。教育模式、教学方法和学习方法。 深刻改革[5]。 为了迎合教育信息化发展趋势，适应物理虚拟仿真实验教学改革的需要，以四川大学、天津大学、中南大学、贵州大学等多所高校开始建设自己的虚拟仿真实验教学中心。模拟物理实验室。 例如，中国科学院在现有基础上，重点从分子模拟估算、仪器模拟、网络教学等方面进行虚拟模拟物理实验的教学探索和平台建设，研发了各种类型。 虚拟仿真实验教学项目是实验室实验教学的重要补充和拓展，实现虚拟与现实相结合、优势互补。 上海师范大学物理虚拟仿真实验教学中心主要针对放射性、高风险、高污染、学生无法理解的具体理论和概念，以及有毒、有害、易燃易爆实验。 设计并建设了一系列物理虚拟仿真实验项目，并通过虚拟仿真实验教学平台实现开放共享。 山东师范大学理化虚拟仿真实验教学中心针对个别理论知识或涉及宏观、微观领域的高水平概括的不足，开发了一系列用于理论教学的分子。 现实世界找不到具体案例来论证。 模拟小型实验项目实现了课堂教学的实验模拟应用，大大提高了一些理论课程中高度概括的具体理论知识的教学效果。
当前，病毒正在全球肆虐。 虽然国外疫情得到了很好的控制，但为了避免疫情急剧下降，高校长期以来一直无法重新开学。 2020年1月29日，教育部发布《教育部：借助互联网平台“停课不停学”》，指出“停课不停学”不仅是抗击疫情的紧急措施，也是互联网+教育的重要成果应用展示。 责任重大，使命光荣[6]。 包括MOOC、微课、网络直播教学等在内的多种在线课程，让中学生在家就能学习理论知识，但由于实验场地等种种限制，实验教学无法在线进行，这使得中学生无法在网上进行实验教学。学校学生接受知识。 综合性大大降低，中学生实验教学问题日益突出。 虚拟仿真实验只能解决这个困境，是解决疫情期间理工科学生未能完成实验困境的“钥匙”。 许多高校也积极组织在线虚拟实验教学工作。 比如，上海大学举办的《工程图学》虚拟实验课，把具体的知识点抽象出来，把课本上的零件、仪器“活”起来，甚至让中学生可以“玩”自己的作品。自己的双手360度无死角。 课堂进度、课内测验变成了“游戏通关”一样的小竞赛。 重庆建筑科技学院举办虚拟仿真课程《电路与模拟与数字电实验》。 在“云”实验室中，中学生们通过反复练习、反复实验，加深对电路结构、实验原理等知识的理解，同时实时记录实验数据，完成一系列实验操作和实验报告。 然而，目前，高效的物理虚拟仿真在线实验课程并不多。 目前只有广东大学报道正在举办相关的物理虚拟仿真课程。
4 结语
化学物理虚拟模拟实验具有红色安全、不受时间和地点限制、成本低、教学效果好等优点。 中学生也可以在家进行其困境预习和备考实验，可以提高数学物理实验的教学效率。 理科学生未能通过完成实验和其他困境的最佳方式。
参考
[1] 付先才，沈文霞，姚天阳，等． 化学物理。 第五版[M]. 上海：高等教育出版社，2005：2-3．
［2］谢波，赵坤。 虚拟仿真实验在数理实验教学中的应用初探［J］． 江苏化工, 2019, 46(1):200－211.
［3］王敏，陈艳艳，吴晓蕾，等.虚拟仿真技术在有机物理实验教学中的应用研究［J］． 江苏化工, 2018, 47(10):142－144.
[4] 张文英，袁帅． 虚拟实验教学法在数理化教学中的应用［J］． 当代教育理论与实践, 2012, 4(6): 108-109.
[5] 邱惠华，周鹏． 虚拟仿真实验在数理实验教学中的作用[J]. 江苏化工, 2016, 45(17):132－133.
［6］教育部：借助互联网平台，“停课不停学”［OL］．
作者：李鹏宇、杨宇、吴雪玲、刘媛媛、米利伟、陈卫华单位：中原工学院、材料化工大学