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探析高中物理实验中虚拟仪器的设计

1前言

目前，衡量一个国家现代化程度的重要标志就是信息化水平，并且信息全

球化也是当今世界经济与社会发展的大趋势。“以经济和科技实力为基础

的综合国力的竞争日趋激烈，而且将长期存在。”当一前，信息技术的发

展和普及以教育改革为一个生长点，在教育领域得到迅速的延伸。

1.1高中物理实验教学改革的背景

国家教育部于2003年4月颁发了《普通高中物理课程标准》，在其中特别

强调:物理实验教学是基础教育课程结构中的重要组成部分之一，是高中

生认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础。从实验教学改革趋

势看，实验不仅仅是为了引出概念，验证规律，也不仅仅为了提高学生的

动手能力。中学物理实验作为学生自主学习、科学探究的载体，对培养顺

应时代要求的创新人才，提高学生的科学素质，促进学生的全面发展具有

及其重要的地位和作用。物理实验在物理教学中的地位和作用

物理课程和物理教学的重要组成部分之一就是物理实验。物理实验在物理

教学中的地位主要表现在它是不仅物理教学的重要内容、重要基础、重要

方法和重要手段四个方面：

（1）高中物理实验是物理教学的重要内容

可以从以下两方面来认识:从客观方面来看，物理实验本身就是作为物理

学的不可或缺的重要内容而存在。物理学中的单个物理量、由物理量组合

成的定律定理、由定律定理组合成的理论结构其实可以分解为:代表事实

的实验、表示逻辑关系或者方法论的物理思想和代表表述形势或计量公式

的数学这三种因素。由此可见，教师教学、学生学习的重要内容不然包括

实验本身。从主观方面来看，物理教学的重要组成部分是物理实验教学。

物理教学一旦脱离了这一作为基础的实验，只能是纸上谈兵，本来生动的

物理知识变成一堆枯燥无味的材料，这些在学生眼里毫无兴趣可言，更别

说学习物理的积极性。

(2)高中物理实验是高中物理教学的重要基础

实验本身具有客观性的特点和其在物理教学中的作用决定了中学物理教学

必须以实验为基础。

物理学知识主要来源于客观的自然界中的普遍规律，而实验就是通过客观

的手段和方法来反映客观的物理规律。

为了给学生创设一个良好的学习物理的环境，通过在物理教学中运用实验

辅助教学，一方面使学生通过观察实验，掌握实验的相关基础知识和基本

方法，培养他们的实验能力。另一方面学生在实验过程中发现问题，能能

运用己有的知识解决问题，提高综合实验能力，促进学生形成科学严谨的

学习态度。

(3)高中物理实验是高中物理教学的重要方法

为了某些具体的研究目标，人们需要反复地观察和研究某些特性的现象，

然而观察研究这些现象需要借助一定的仪器设备并且人为的控制和模拟自

然想象才’能得到。这种实验研究方法为了从研究对象的某种性质中提取

出精准的规律，需要借助外部的设备仪器来创设一个相对稳定独立的实验

环境，并分化和简化复杂的条件，突出影响研究对象的主要因素，剔除次

要的非本质因素，刁一能达到实验目的。

实验是学生学习物理的重要方法，学生只有通过像科学家探索物理规律那

样，不停观察与反复实验，像前人一样不断实验，以培养和提高逻辑思维

能力和观察能力，提高学生的创新能力和动手操作能力，让科学的实验方

法在头脑中留下深刻的影响，进一步推进学生掌握科学的学习方法。要达

到这样的效果，离了实验根本没办法办到。要让学生更好地探索物理世界

的奥秘，应该让学生运用科学的方法，以靠严谨的科学精神、精确地观察

、反复地实验和冷静的头脑面对攀爬物理山峰时的一切困难。

(4)高中物理实验是高中物理教学的重要手段

好的教学方法要想发挥它应有的作用还需要适当的教学手段。在物理教学

中，正是由于实验具有直观性和形象性等特征，又符合学生的认识规律，

顺应学生的心身特点，刁一能使学生顺利地完成在认识物理规律的过程中

从感性到理性，从具体到抽象，从简单到复杂的转变。实践证明，要想在

教学中调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣，从而加深学生对物

理知识的理解，必须运用一定的实验手段。这样以来，实验是物理学中不

可或缺的重要手段。

随着信息全球化范围的扩大以及教育的不断改革，传统实验仪器越来越跟

不上时代的脚步，其缺陷和不足日益暴露出来，完全不能满足当前的实验

教学的需要。于是，实验教学出现了一种引入虚拟仪器的新趋势。基于PC

机的虚拟仪器，在硬件方面:将信号采集与控制系统做