摘要：在数字化视角下大学物理实验教学面临着全新的挑战和机遇，使用虚拟仿真实验教学，通过对比传统的大学物理实验教学方法和虚拟仿真实验的优势，提出了在大学物理实验中引入虚拟仿真实验的思路。在数字化教育理念的提出和实施，对传统教学模式进行创新并予以实践，有效提升物理实验的教学效果。物理实验教学不仅要传授学生基础的物理知识和实验技能，还要注重培养学生的创新能力和综合素质。提高物理实验教学的质量和效果，并培养学生的创新思维和实践能力。

关键词：数字化教育；大学物理：实验教学；创新与研究

一、在数字化视角下大学物理实验教学改革的重要性

大学物理实验是高等院校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课程。物理学是一门以实验为基础的学科，实验也是物理教学中非常重要的一个环节。因此，教师在教学中要注重对学生物理核心素养的培育，要改变以往传统的教学方式，让学生在实验教学中掌握物理知识，掌握解决实际问题的方法与技巧，从 而真正提升学生的核心素养。大学物理实验在培养学生实践能力和创新思维方面扮演着关键角色。在物理实验教学的过程中，教师要注重对学生实验思维与创新能力的培养，通过物理实验有效提升学生分析、解决实际问题的能力。同时，教师要注重对学生科学探究能力的培养，通过实验教学让学生自主学习、独立思考、 自主探索、自主合作与自主评价。总之，在数字化视角下，对物理实验教学进行改革不仅需要紧跟时代潮流，更要结合理工科学生的专业特点和未来职业需求。教师在教学过程中要注重对学生核心素养的培养，为提高物理实验教学效果打下坚实基础。实验教学探索不仅立德树人也是当前教育改革的重中之重。

二、传统线下大学物理实验教学现状及存在的问题

（一）实验设备管理体系滞后

设备维护效率低下，因全校理工科专业广泛使用且高频次开放，设备超负荷运转导致故障频发，而维修响应周期长直接影响实验教学连续性。 设备更新速率迟缓：光学成像等新兴技术设备配置率不足，与学科前沿存在显著代差，制约创新性实验开展。

（二）教学实施过程中的现实困境

当前的大学物理实验教学普遍面临一些问题，包括内容陈旧，缺乏创新和实用性不足。传统的教学方法无法激发学生的创新思维和实践兴趣。分组教学效能衰减，常规2人/组模式下，实际动手操作者不足，存在"旁观者效应"。眼动追踪研究表明后排学生有效观察时长仅为前排的。个性化指导缺位，教师与学生配比普遍高，难以实施差异化指导。智能诊断系统缺失导致个体认知偏差无法及时矫正。个别实验设备由于受损等原因导致该实验设备的台套数不足，出现学生不能按实验要求进行分组，出现每组学生过多而部分学生不能亲自进行实验操作，这就限制了学生对物理学知识的深入理解和掌握，同时也会影响 到学生的实验、实践能力的培养，从而影响学生的综合素质发展，难以保障实验的教学效果。

（三）质量评价体系存在缺陷

过程性评价薄弱：现有评价体系中操作考核占比达，但预习报告和报告撰写难以真实反映能力水平。多元评价主体单一，过度依赖教师评价，同行互评、机器诊断等新型评价方式应用率不足。反馈机制延迟，传统纸质评语反馈周期长，错失最佳改进窗口期。

三、虚拟仿真实验的优势

虚拟仿真实验作为教育信息化的重要载体，其技术特性与教育规律的高度契合正在重构传统实验教学范式。基于建构主义学习理论与自身认知理论，系统阐释虚拟仿真实验的核心优势及其科学依据。技术赋能下的教育公平性突破虚拟实验平台通过云端部署实现实验资源的指数级扩展，突破传统实验室的时空限制。采用虚拟仿真实验的高校实验项目可及性提升，这种"数字孪生"技术使优质实验资源实现了跨地域、跨学校的无缝共享。设备可及性革命，实验转化为可无限复用的数字模型。采用虚拟设备后，学生单次实验成本降低，高危实验开展率提升。教学创新的系统性支撑，个性化学习路径生成，基于知识图谱的智能诊断系统可实时分析学习者行为数据，动态调整实验难度梯度。

四、数字化视角下大学物理实验的创新与探索

实验教学形态的数字化跃迁下空间维度重构，基于数字孪生技术构建的虚实融合实验环境，实现了物理空间与信息空间的深度耦合。突破传统实验的观测极限。时间维度延展，混合现实技术支持实验过程的时空解耦，学生可通过时间轴操控实现实验过程回溯与加速。数字化实验教学使概念掌握效率提升，教学模式的智能化变革，建立自我适应学习系统，基于知识图谱的智能诊断模块，通过分析学生操作序列数据实时生成个性化实验方案。融合眼动追踪、脑电信号与手势识别的多通道交互系统，构建沉浸式认知场域。有利于实验数据的价值挖掘，学生实验安全违规率下降，异常数据处理效率提升形成全息数据采集体系。数字化教育注重培养学生的创新能力，但并非所有学生都习惯或擅长创新思维和实践。这需要学生在学习过程中逐渐培养和提升。实验教学中的团队合作对与学生的学业和未来职业都起到重要作用。新的学习方式要求学生具有更强的自我管理能力包括时间管理、自我激励和自主学习能力。为适应这些能力应该适当进行培训和辅导，教师帮助学生适应新的学习环境和要求提供必要的指导和支持。虚拟实验使学生的实验设计能力提升速度加快。大型科研装置（如同步辐射光源）的虚拟重建，使本科生得以接触尖端科研设备。质量保障体系的革新，全流程数据追溯，区块链技术确保实验过程数据的不可篡改性，形成完整的学习证据链。评价体系的科学化重构为教学评估提供科学依据。智能评价模型构建，融合计算机视觉与自然语言处理的自动评分系统，可从操作规范性、现象解释、创新设计三个维度进行精准评估。

五、结语

数字化转型不仅重塑了物理实验的教学形态，更催生出“数据驱动、智能引导、虚实共生”的新型教育生态系统。未来的研究应聚焦人机协同机制优化与技术理论边界探索，推动实验教学向“精准化、智能化、人本化”方向持续演进。未来应建立虚实融合的混合式实验体系，充分发挥教学模式的优势互补。推动实验教学向智能化、个性化、科学化方向发展。

参考文献：

[1]张敏，何龙庆，张波.仿真实验在大学物理实验教学改革中的应用[J].南京晓庄学院学报，2009，25（03）：104-108.

[2]于培清，杜晶晶.基于创新能力培养理念的大学物理实验教学改革[J].农村经济与科技，2019，30（12）：276-277.

[3]王杰.基于“互联网+”的物理实验教学改革创新实践研究——以建筑类专业为例[J].电子元器件与信息技术，2022，6（03）：78-80.DOI：10.19772/j.cnki.2096-4455.2022.3.028.

[4]王军，王帆，沙金巧，等.线上线下相结合的大学物理实验教学改革研究[J].物理与工程，2020，30（05）：26-31+36.

[5]于培清，杜晶晶.基于创新能力培养理念的大学物理实验教学改革[J].农村经济与科技，2019，30（12）：276-277.

[6]李金星，朱国良，张珑，等.近代物理实验教学改革方向的探讨[J].湖北师范大学学报（自然科学版），2017，37（02）：101-103.

[7]邓湘元，全洋萍.基于光学实验平台的设计性物理实验教学改革研究与实践[J].广西物理，2017，38（04）：30-32.