《大学物理实验》是理工科学生的基础课程之一。在课堂里，掌握物质微结构表征及磁学测量，是同学们理解磁现象的物理本质的关键一环。为了落实实验教学，中南大学引进了综合物性测试仪（PPMS）、透射电子显微镜（TEM）和聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）3套大型设备供师生使用。

然而，这3台“舶来品”设备造价昂贵、实验周期长，难以满足所有学生的使用需求。如何让成果惠及每一位师生？带着迫切的教学需求，徐富新教授带领团队着手建立虚拟仿真实验平台，尝试把实验室“搬到”同学们的电脑上。

化实为虚，寓教于行

“磁学仿真实验”平台页面

2016年，中南大学物理与电子学院大学物理中心与科大奥锐公司合作，启动了“低温强场下材料的磁性测试与结构表征虚拟仿真实验”（以下简称“磁学仿真实验”）平台的开发工作，力图利用现代计算机仿真技术，再现实验设备的操作过程，模拟实验结果。

历时3年，“磁学仿真实验”于国家虚拟仿真实验教学课程共享平台正式上线。作为实体实验的补充与拓展，“磁学仿真实验”能够直观展示大型仪器操作流程与实验测试过程，各个模块都配有原理介绍、仪器简介、操作指导以及演示视频，学生可在电脑上自主完成相应实验项目。

电子是如何在磁场下运动的？电子束又是如何像光线般在磁场透镜的作用下运动的？抽象而神秘的微观世界被“磁学仿真实验”无限放大，投射在学生们的电脑屏幕上。笔直的电子束按照设定好的行进路径，自发射极出发，撞向待测材料，在接触的刹那，分散成数根不同的线条：背散射电子、衍射X射线……这些术语被清晰地标注在程序里，大大降低了教学难度。

除了作为实验仿真平台，“磁学仿真实验”也是一个集资源建设、展示、管理、共享、交流和服务于一体的教学平台。相较于线下实验，学生可以随时访问该平台，进行预习、复习、拓展等课程环节。在学生完成实验操作后，系统后台也会即刻跟踪操作过程并给出相应评分，及时向师生提供反馈。“这样的教学模式，不仅能够提高我们的基本分析能力，还能让学生提前感受到与专业密切相关的内容，激发了大家对于‘高精尖’物理实验的兴趣。”来自物电院光电专业的高远基同学在使用中受益良多。

开放共享，教学相长

“旧时王谢堂前燕”的千万造价仪器，如今以虚拟仿真实验的形式，飞入了“寻常同学家”。大学物理实验中心利用该项目为本科生开展了《大学物理实验》《近代物理实验》等课程的教学，同时为有需求的研究生、教师提供培训，帮助用户在虚拟空间完成磁学性质测量、微结构表征、微纳器件制作及测试等难以借助实物完成的实验内容。平台已然成为了中南大学物理学科实验教学环节中不可割舍的重要法器。

PPMS测量材料的磁性能

2020年，“磁学仿真实验”入选首批物理类国家一流虚拟仿真实验课程，不仅为校内有需求的师生提供服务，也为兄弟院校提供便利。疫情期间，华中师范大学等高校与我校合作，利用该平台开展物理实验教学，产生了良好的教学效果和示范辐射作用。目前，平台的浏览量达9万余次，开展实验3万余次，用户数量超1万人，在平台同类课程中居于前列。

在信息化浪潮之中，“磁学仿真实验”借助现代信息技术手段，促进了教师与学生之间的交流，教师与学生间的交互从未如此直接且迅速。同时，这也对教师的教学提出了更严格的要求。李幼真副教授说：“如何将思想引导潜移默化地渗透到每一次课堂中，让知识传授与思想引导齐头并进，是教学团队仍将努力建设的内容。”在徐富新看来，“‘磁学仿真实验’课程的发展并不止步于此。团队会继续注重一流本科课程建设与应用优秀案例的推广，以‘学习革命’推动‘质量革命’向纵深发展。”

未来，“磁学仿真实验”团队将瞄准“高阶性、创新性、挑战度”的教学目标，抓好虚拟仿真实验实训项目建设，开辟“智能+教育”新途径，将《低温强场下材料的磁性测试与结构表征虚拟仿真实验》带上新的高度。